SpringCloud-微服务概述

好久不见，从今天起开启新的学习连载---SpringCloud。

由于篇幅过多，我会把我的学习笔记分成几大块展开

今天只讲概念，谈谈什么是微服务。

学习中用到的学习资料如下：

文章：SpringCloud极简入门

视频：Spring Cloud从入门到实战

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为什么要使用微服务？

传统的 Java Web 都是采用单体架构的方式来进行开发、部署、运维的，所谓单体架构就是将 Application 的所有业务模块全部打包在一个文件中进行部署。但是随着互联网的发展、用户数量的激增、业务的极速扩展，传统的单体应用方式的缺点就逐渐显现出来了，给开发、部署、运维都带来了极大的难度，工作量会越来越大，难度越来越高。

因为在单体架构中，所有的业务模块的耦合性太高，耦合性过高的同时项目体量又很大势必会给各个技术环节带来挑战。项目越进行到后期，这种难度越大，只要有改动，整个应用都需要重新测试，部署，极大的限制了开发的灵活性，降低了开发效率。同时也带来了更大的安全隐患，如果某个模块发生故障无法正常运行就有可能导致整个项目崩溃，单体应用的架构如下图所示。

单体应用存在的问题

• 随着业务的发展，开发变得越来越复杂。
• 修改、新增某个功能，需要对整个系统进行测试，重新部署。
• 一个模块出现问题，很可能导致整个系统崩溃。
• 多团队同时对数据进行管理，容易产生安全漏洞。
• 各模块使用同一种技术框架，很难根据具体业务需求选择更合适的框架，局限性太大。
• 模块内容太复杂，如果员工离职，可能需要很长时间才能完成任务交接。

为了解决上述问题，微服务架构应运而生，简单来说，微服务就是将一个单体应用拆分成若干个小型的服务，协同完成系统功能的一种架构模式，在系统架构层面进行解耦合，将一个复杂问题拆分成若干个简单问题。这样的好处是对于每一个简单问题，开发、维护、部署的难度就降低了很多，可以实现自治，可自主选择最合适的技术框架，提高了项目开发的灵活性。

微服务就像一个饭店，原本一个厨师负责切菜洗锅颠勺烹饪卤煮所有的活，现在把厨房里的活分模块的包给好多个厨师专门负责，然后多个厨师互相协作维持整个厨房的工作流程。

微服务架构不仅是单纯的拆分，拆分之后的各个微服务之间还要进行通信，否则就无法协同完成需求，也就失去了拆分的意义。不同的微服务之间可以通过某种协议进行通信，相互调用、协同完成功能，并且各服务之间只需要制定统一的协议即可，至于每个微服务是用什么技术框架来实现的，统统不需要关心。这种松耦合的方式使得开发、部署都变得更加灵活，同时系统更容易扩展，降低了开发、运维的难度，单体应用拆分之后的架构如下图所示。

微服务的优点

• 各个服务之间实现了松耦合，彼此之间不需要关注对方是用什么语言，什么技术开发的，只需要保证自己的接口可以正常访问，通过标准协议可以访问其他微服务的接口即可。
• 各个微服务之间是独立自治的，只需要专注于做好自己的业务，开发和维护不会影响到其他的微服务，这和单体架构中"牵一发而动全身"相比是有很大优势的。
• 微服务是一个去中心化的架构方式，相当于用零件去拼接一台机器，如果某个零件出现问题，可以随时进行替换从而保证机器的正常运转，微服务就相当于零件，整个项目就相当于零件组成的机器。

微服务的不足

• 各个服务之间是通过远程调用的方式来完成协作任务的，如果因为某些原因导致远程调用出现问题，导致微服务不可用，就有可能产生级联反应，造成整个系统崩溃。
• 如果某个需求需要调用多个微服务，如何来保证数据的一致性是一个比较大的问题，这就给给分布式事务处理带来了挑战。
• 相比较于单体应用开发，微服务的学习难度会增加，对于加入团队的新员工来讲，如何快速掌握上手微服务架构，是他需要面对的问题。

即便是微服务存在这样那样的问题，也不能掩盖这种技术选型在当今互联网环境下的巨大优势，了解完微服务的基本概念、优缺点之后，我们来谈一谈微服务的设计原则。

如何来拆分服务也是一个有难度的挑战，如果拆分的服务粒度太小，导致微服务可完成的功能有限，这种情况反而会增加系统的复杂度。相反如果服务粒度太大，又没有实现足够程度的解耦合，那它本质上就还是单体应用的架构，同样是失去了拆分服务的意义。比较合理的拆分方式是由大到小，提炼出核心需求，搞清楚服务间的交互关系，先拆分成粒度相对较大的服务，然后再根据具体的业务需求逐步细化服务粒度，最终形成一套合理的微服务体系。

微服务设计原则

• 服务粒度不能过大也不能过小，提炼核心需求，根据服务间的交互关系找到最合理的服务粒度。
• 各个微服务的功能职责尽量单一，避免出现多个服务处理同一个需求。
• 各个微服务之间要相互独立、自治，自主开发、自主部署、自主维护。
• 保证数据独立性，各个微服务独立管理其业务模块下的数据，可开放出接口供其他微服务访问数据，但是其他微服务不能直接管理这些数据。
• 使用 REST 协议完成微服务之间的协作任务，数据交互采用 JSON 格式，方便调用与整合。

综上所述，微服务的架构设计不是一次成型的，需要反复进行实践和总结，不断进行优化，最终形成一套更为合理的解决方案，微服务架构图如下所示。

微服务架构的核心组件

• 服务治理(服务注册、服务发现)

拆分之后的微服务首先需要完成的工作就是实现服务治理，包括服务注册和服务发现。这里我们把微服务分为两类：提供服务的叫做服务提供者，调用服务的叫做服务消费者。一个服务消费者首先需要知道有哪些可供调用的微服务，以及如何来调用这些微服务。所以就需要将所有的服务提供者在注册中心完成注册，记录服务信息，如 IP 地址、端口等，然后服务消费者可以通过服务发现获取服务提供者的这些信息，从而实现调用。

• 服务负载均衡

微服务间的负载均衡是必须要考虑的，服务消费者在调用服务提供者的接口时，可根据配置选择某种负载均衡算法，从服务提供者列表中选择具体要调用的实例，从而实现服务消费者与服务提供者之间的负载均衡。

• 微服务网关

在一个微服务架构中会包含多个微服务实例，每个微服务实例都有其特定的网络信息，如 IP 地址、端口等，很多时候完成一个需求需要多个微服务来协同工作，那么客户端就需要频繁请求不同的 URL ，不便于统一管理，可以使用微服务网关来解决这一问题，为客户端提供统一的入口，系统内部由网关将请求映射到不同的微服务。

• 微服务容错

前面我们提到过，各个服务之间是通过远程调用的方式来完成协作任务的，如果因为某些原因使得远程调用出现问题，导致微服务不可用，就有可能产生级联反应，造成整个系统崩溃。这个问题我们可以使用微服务的熔断器来处理，熔断器可以防止整个系统因某个微服务调用失败而产生级联反应导致系统崩溃的情况。

• 分布式配置

每个微服务都有其对应的配置文件，在一个大型项目中管理这些配置文件也是工作量很大的一件事情，为了提高效率、便于管理，我们可以对各个微服务的配置文件进行集中统一管理，将配置文件集中保存到本地系统或者 Git 仓库，再由各个微服务读取自己的配置文件。

• 服务监控

一个分布式系统中往往会部署很多个微服务，这些服务彼此之间会相互调用，整个过程就会较为复杂，我们在进行问题排查或者优化的时候工作量就会比较大。如果我们能准确跟踪到每一个网络请求，了解它整个运行流程，经过了哪些微服务、是否有延迟、耗费时间等，这样的话我们分析系统性能，排查解决问题就会容易很多，这就是服务监控。

Spring Cloud

微服务是一种分布式软件架构设计方式，具体的落地框架有很多，如阿里的 Dubbo、Google 的 gRPC、新浪的 Motan、Apache 的 Thrift 等，都是基于微服务实现分布式架构的技术框架，本课程我们选择的框架的是 Spring Cloud，Spring Cloud 基于 Spring Boot 使得整体的开发、配置、部署都非常方便，可快速搭建基于微服务的分布式应用，Spring Cloud 相当于微服务各组件的集大成者，下图来自 Spring 官网。

Spring Boot 和 Spring Cloud 的关系可大致理解为，Spring Boot 快速搭建基础系统，Spring Cloud 在此基础上实现分布式系统中的公共组件，如服务注册、服务发现、配置管理、熔断器、控制总线等，服务调用方式是基于 REST API，整合了各种成熟的产品和架构。

对于 Java 开发者而言，Spring 框架已成为事实上的行业标准，Spring 全家桶系列产品的优势在于功能齐全、简单好用、性能优越、文档规范，实际开发中就各方面综合因素来看，Spring Cloud 是微服务架构中非常优秀的实现方案，本课程就将为各位读者详细解读如何快速上手 Spring Cloud，Spring Cloud 的核心组件如下图所示。

服务治理的核心组成有三部分：服务提供者，服务消费者，注册中心。

在分布式系统架构中，每个微服务(服务提供者、服务消费者)在启动时，将自己的信息存储在注册中心，把这个过程称之为服务注册。服务消费者要调用服务提供者的接口，就得找到服务提供者，从注册中心查询服务提供者的网络信息，并通过此信息来调用服务提供者的接口，这个过程就是服务发现。

既然叫服务治理就不仅仅是服务注册与服务发现，同时还包括了服务的管理，即注册中心需要对记录在案的微服务进行统一管理，如何来具体实现管理呢？各个微服务与注册中心通过心跳机制完成通信，每间隔一定时间微服务就会向注册中心汇报一次，如果注册中心长时间无法与某个微服务通信，就会自动销毁该微服务。当某个微服务的网络信息发生变化时，会重新注册。同时，微服务可以通过客户端缓存将需要调用的服务地址保存起来，并通过定时任务更新的方式来保证服务的时效性，这样可以降低注册中心的压力，如果注册中心出现问题，也不会影响微服务之间的调用。

服务提供者、服务消费者、注册中心的关联

• 首先启动注册中心。
• 服务提供者启动时，在注册中心注册可以提供的服务。
• 服务消费者启动时，在注册中心订阅需要调用的服务。
• 注册中心将服务提供者的信息推送给服务调用者。
• 服务调用者通过相关信息(IP、端口等)调用服务提供者的服务。

注册中心核心模块：

服务注册表：用来存储各个微服务的信息，注册中心提供 API 来查询和管理各个微服务。

服务注册：微服务在启动时，将自己的信息在保存在注册中心。

服务发现：查询需要调用的微服务的网络信息，如 IP 地址、端口。

服务检查：通过心跳机制与完成注册的各个微服务完成通信，如果发现某个微服务长时间无法访问，则销毁该服务。

后记

Spring Cloud 的服务治理可以使用 Consul 和 Eureka 组件，下篇文章我将分享SpringCloud框架中的 Eureka。