第1章：微服务架构概述

1.1 传统单体架构 vs 微服务架构

文字讲解

在软件开发的早期阶段，单体架构（Monolithic Architecture） 是最主流的架构模式。在这种模式下，一个大型应用程序的所有功能模块（如用户界面、业务逻辑、数据访问层）都被打包在一个独立的单元中，通常是一个WAR或JAR文件。

单体架构的优点：

• 开发简单：所有代码都在一个项目中，易于管理和调试。
• 部署直接：只需将单个应用包部署到服务器即可。

单体架构的缺点：

• 技术栈固化：整个应用被锁定在单一技术栈上，引入新技术非常困难。
• 可靠性差：任何一个模块的错误都可能导致整个应用崩溃。
• 扩展性受限：只能对整个应用进行水平扩展，无法针对性地扩展高负载模块，造成资源浪费。
• 维护成本高：随着业务增长，代码库变得臃肿，模块间紧密耦合，修改和迭代变得异常困难。

为了解决这些问题，微服务架构（Microservices Architecture） 应运而生。它将一个大型应用拆分成一组小而独立的服务，每个服务都围绕特定的业务功能构建，并可以独立开发、部署和扩展。

架构图：单体 vs 微服务

微服务架构

单体架构

API网关

用户界面

用户服务

订单服务

商品服务

用户数据库

订单数据库

商品数据库

业务逻辑层

用户界面

数据访问层

数据库

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1.2 微服务架构的优缺点

文字讲解

微服务架构的优点：

• 技术异构性：每个服务都可以选择最适合其业务场景的技术栈，团队可以自由选择编程语言和数据库。
• 独立部署与扩展：服务之间解耦，可以独立部署和升级，互不影响。可以根据每个服务的负载情况进行独立扩展。
• 高容错性：一个服务的故障不会影响到其他服务，通过熔断、降级等机制可以保证系统的整体可用性。
• 团队自治：每个服务可以由一个小型、专注的团队负责，提高开发效率和自主性。

微服务架构的缺点：

• 分布式系统复杂性：服务间的通信、数据一致性、分布式事务等问题带来了额外的复杂性。
• 运维成本高：需要管理和监控大量的服务实例，对自动化部署、监控和日志系统有更高的要求。
• 测试困难：端到端的集成测试和链路测试变得更加复杂。
• 服务治理挑战：需要引入服务注册与发现、配置管理、服务网关等组件来管理服务。

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1.3 微服务设计原则

构建一个成功的微服务系统，需要遵循以下核心设计原则：

• 单一职责原则（Single Responsibility Principle）：每个服务只关注一个明确的业务功能，并把它做好。
• 围绕业务能力构建（Organized around Business Capabilities）：服务的划分应基于业务边界，而不是技术分层。
• 去中心化治理（Decentralized Governance）：团队可以自主选择技术栈和数据存储方案，避免统一的技术标准限制。
• 去中心化数据管理（Decentralized Data Management）：每个服务拥有自己的私有数据库，避免跨服务直接访问数据库。
• 基础设施自动化（Infrastructure Automation）：通过CI/CD（持续集成/持续部署）实现服务的快速、可靠交付。
• 为失败而设计（Design for Failure）：认识到服务随时可能失败，并设计相应的容错机制（如超时、重试、熔断）。

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1.4 Spring生态系统介绍

Spring生态系统为Java开发者构建微服务提供了强大的支持，其中最重要的三个项目是Spring Framework、Spring Boot和Spring Cloud。

• Spring Framework：提供了核心的依赖注入（DI）和面向切面编程（AOP）功能，是构建企业级Java应用的基础。
• Spring Boot：极大地简化了Spring应用的创建和开发过程。它通过“约定优于配置”的理念，提供了自动配置、嵌入式服务器和Starter依赖，让开发者可以快速启动和运行独立的、生产级的应用程序。
• Spring Cloud：基于Spring Boot，为微服务架构提供了一整套解决方案。它集成了各种经过验证的开源组件，用于解决分布式系统中的常见问题，如服务发现、配置管理、负载均衡、服务容错和API网关等。

架构图：Spring Cloud生态

Spring Cloud生态系统

服务注册与发现 - Eureka/Nacos

API Gateway - Zuul/Gateway

配置中心 - Config/Nacos

服务容错 - Hystrix/Resilience4j

负载均衡 - Ribbon/LoadBalancer

链路追踪 - Sleuth/Zipkin

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本章总结

本章我们对比了单体架构与微服务架构，明确了微服务在解决复杂系统问题上的优势，同时也认识到其带来的挑战。一个设计良好的微服务系统应遵循单一职责、去中心化治理等核心原则。最后，我们介绍了强大的Spring生态，特别是Spring Boot和Spring Cloud，它们是接下来我们构建微服务系统的核心工具。从下一章开始，我们将正式进入Spring Boot的世界。