谈谈我对微服务的理解

本文是我发表在InfoQ下属公众号“聊聊架构”上的文章，地址重新理解微服务

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微服务是个说的挺长时间的概念，也是比较成熟的技术体系。像 Spring Cloud，甚至提供了微服务所需要的全套框架，包括注册中心 (Eureka)、配置中心 (Config)、断路器 (Hytrix)、API 网关 (Zuul) 等组件。微服务体系庞杂，每个组件都能独自成章。本文作者仅从个人的经验和实践出发，谈了谈自己对微服务及其部分内涵的思考和理解。

微服务与 SOA/ESB 的异同

微服务与更早就起来的 SOA 是什么关系? 个人觉得如果从概念上来说，微服务和 SOA 都是一回事，强调把整个系统，按照多个服务的方式去组合及通信，而不是揉合在一起，但它们的内涵有很大的区别。

SOA 诞生在早期企业级的应用，其业务复杂、技术体系多样，SOA 强调的是各个服务之间，尤其是异构系统、遗留系统之间，建立起一套统一的协议和通信 (SOAP)，以及寻址服务 (UDDI)，它的侧重点在集成和兼容；与 SOA 同期的另一种概念 ESB(企业总线)，强调通过一根总线服务，把所有服务串联起来，由 ESB 总线来屏蔽各种不同业务系统自身业务 / 语言 / 协议的特殊性，各服务以一种统一的方式，与总线相连，从而降低接入成本。

这两种概念，我感觉在国内没有太发展起来。一是国内的软件起步相对较晚，系统的整体复杂度——多厂商、多语言 / 技术栈、历史遗留系统的问题，还不算突出。而对于公司内部的产品系，又没有必要使用 SOA、UDDI 来做复杂的集成。随着互联网的兴起和用户量的迅速爆发，企业自身的产品的微服务化的需求，快速发展起来，而与此同时 SOA 这种以 XML 为基础的 SOAP 协议、以寻址为主要作用的 UDDI，不能使用互联网产品的发展——SOAP 的 XML 协议内容太多，造成性能明显下降；HTTP 协议的效率不如 RPC；UDDI 只有寻址，缺少服务治理等功能。

在此种大背景下，以服务切分 + 服务注册 + 服务治理 + 限流降级 +RPC+ 监控等为主要内涵的微服务，就快速发展起来的。国内的阿里巴巴走在前列，以 Dubbo 为代表在国内互联网企业中得到广泛应用；后来 Spring 官方发布 Spring Cloud，揉合了一系列自研或其他企业捐赠的开源项目，发布微服务领域的 Spring Cloud 产品。各自都有各自的优势和劣势，而随着这些年来，微服务的继续下沉 (sidecar 和 service mesh) 到基础设施层，给微服务的治理带来了新的方向。

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微服务的关键特性

服务粒度

服务的粒度，切分到多大算合适? 太粗的话，这服务就涵盖过多的业务逻辑，从而难维护、易出错；太细了，就会搞出很多的工程，造成很大的工程维护和通信成本。

主流说法是依据康威定律——团队的交流机制应该和组织机构相匹配。应用到软件领域来看，如果某个应用，需要多个组织之间一起交流和修改，那么它的交流机制就大于组织机构了，出现了不匹配的情况，那么这个应用很可能就太粗而需要拆分。

这里有个不太好懂的地方——既然系统架构和团队组织机构想匹配，那我们是先定系统架构呢，还是先定团队组织机构呢? 这有点类似先有鸡还是先有蛋。我觉得可以这么来理解：无论是团队怎么定、还是架构怎么定，这都是跟着业务的发展而发展的，可以说都是业务的衍生发展而来。所以系统架构设计，首要做的还是业务理解和切分——业务切分决定了服务切分、业务切分也决定了团队组织。

业务切分有两种简单办法：

1. 参照业内同类公司的划分：比如电商，业内比较成熟的：支付、库存、订单、搜索、用户等；
2. 将自身业务的主要信息流画出来，先找出其中的名词或动名词，它就可能是个服务

eg：在我们的线上贷款业务中，典型的 user case 是这样：

1. 用户导入几项金融资料数据
2. 系统根据信息清洗出部分衍生变量
3. 系统跑欺诈规则
4. 系统计算授信，给出额度
5. 用户试算得到月费率和利息
6. 系统人工信审
7. 系统放款
8. 到还款日时用户还款或者我们系统主动扣款

将其中的名词整理出来，整理流程大概就是如下图： 这些都是候选服务。根据其复杂度和相关性，做适当的拆解和合并，形成了如下几个子系统及服务。

治理范围

从服务的角度来看，对外公开的是契约——即我们系统提供哪些特性，而内部算法 / 数据都应该隐藏起来，而在不同服务间“是共享数据库还是独享数据库”上，实践中的冲突和困惑，体现地比较明显。

我们假想个流程，ServiceA 的李雷需要更新 User 表的某个字段，如果大家数据库表都共享的，李雷只要写个 SQL 就解决了。但一旦把 User 表服务化后，归到 UserCenter 这个服务自治之后，问题就麻烦了：

1. 李雷要去找 UserCenter 团队——假设是韩梅梅接了这个需求，好在是个女生，男女搭配干活不累——讲清楚他的需求或提供需求文档；
2. 韩梅梅理解了需求，设计接口、提供文档、评审并准备开发；
3. 韩梅梅可能手里有其他事，所以这个需求大概要等几天才能开发；
4. 终于韩梅梅开发完了，她要自测、部署；上游李雷开始联调，如果有问题，需要双方再沟通解决；
5. 联调完毕上线，韩梅梅的 UserCenter 先上，李雷的业务系统再接着上；

从这可以看到，一旦一个人、一个系统做的事，变成了 2 个人、两个系统来做，那要多出多少麻烦了。所以我完全理解，在公司早期，所以业务系统共享一套数据库表，是多么地务实。我们功夫贷在创业之初也是这么做的，在创业 2 年后，它的弊端开始密集体现，而服务化改造过程中，我们也是付出了相当大的代价。

随着用户量和数据量的上升，这种共享数据库表的最明显的弊端就是慢查询越来越多——因为谁都可以操作任何一张表、而开发过程中或者是对业务理解不够、或者是 SQL 能力不足，很容易写出慢 SQL 来，其结果就是导致 DB 的 CPU 飙升到 100%、或者是 IOPS 被打满，从而全 APP 被拖慢甚至无法提供服务。这种危害是相当巨大的。

所以，从运行时的慢 SQL 带来的巨大杀伤力来说，数据库应该是隐藏在服务内部，该服务由熟悉该业务的固定团队维护、也会做很多优化。虽然开发阶段慢了，但是运行时稳定了、系统的可用性得到了保障。只是这件事，不应该在创业初期就做，那样会比较严重地放缓系统迭代速度、更应该在系统规模相对较大的时候来改造。

当然，我们说改造是要付出代价的。不仅之前的一个库中的表，要分成不同的库，各服务的程序要做不小的改造，其中最困难的是，同一张表的字段，可能会属于各个不同的应用。看下面这个 User 表。

开始的时候，User 表只包含了完全业务无关的属性，但随着系统的发展，一些和业务相关的字段 (上图红色部分) 逐渐地被加进来——这也不完全是决策时犯的错误，而是本身这属性是否和业务有关，也不是很容易界定。所以逐渐会发现，很多系统都会依赖这张表，从而交织难以拆分。各个服务可能都需要有这张表，而各自维护自己所关心的那部分字段及功能。

在我们的实践中，服务化的过程以及数据迁移，大约是这样的步骤 (以“用户中心”应用为例)：

1. 创建新应用 UserCenter，梳理清楚其的业务边界和所涉及的数据表；
2. 收集和分析其他系统对这些数据表的需求，并在 UserCenter 中开发接口，以备上游系统调用；
3. 逐渐改造上游系统，使其由原先的读取数据库，修改为调用 UserCenter 接口。由于有多个上游系统和功能需要改在，因此这个阶段会比较长，上游系统在这个时间周期内，也会“访问接口服务”和“直接访问数据库”这两种形态并存；
4. 检查并确认上游系统都改造完毕上线，此时理论上应该没有上游系统直接读取 UserCenter 的表了，都通过接口了，此时准备迁移 UserCenter 的表数据；
5. 建立 New UserCenter DB，并通过 DB 同步机制，实时地将 UserCenter 的表数据由老库同步到新库。在新库同步完成之前，UserCenter 的应用仍然使用的是老库里的表；
6. 新库同步完毕，UserCenter 应用切换到新库，此时所有的新数据都会进新库，而老库理论上是不用了；
7. 断开新老库的同步链，同时 rename 老库的表 (先不删，同时在 rename 前一定要断开同步链，否则新库也会被同步 rename 掉了)。如果此时万一有某个系统的功能，在之前的系统改造 / 测试中遗漏了没被发现，仍然是直接读取的数据库表，那么这时候就会报错 (因为表名被 rename 掉了，找不到了)。此时就是个恢复窗口，赶紧把表 rename 回来，减少损失，然后再继续处理。这也是前面千万不能直接把老表删除的原因；
8. 运行几天没问题之后，再把老库的表删除，整个服务化过程结束；

服务组合

在微服务之后，各个系统只对某一块业务负责，那么就有可能需要对服务做一些聚合。下面是常见的两种模式：

这是聚合服务的模式，由 web 应用去负责聚合后端服务或做个性化处理，这是它的好处——可以根据自身的业务做任何组合和处理，而它的坏处也很明显——对于不需要特殊处理的，也得过它一道。

这是后台服务自包含的模式。某个后台应用，依赖于其他服务，于是就将其他服务的相关调用都处理完了，或者这么理解——后台服务也有多个层次：库存服务、支付服务、发票服务是最底层的，交易服务是更上层一些的共享服务，从而达到封装细粒度服务的目的，与此同时，它的个性化也就丧失了。假如有个交易，是不需要发票服务的，那么这种模式就不是太灵活。 从我个人的经验来看，我是倾向于聚合服务这种模式。每个前端应用，还都是应该有个自己的后台服务，去完成很多小的功能 (比如更新 APP 版本、展示首页广告、记录埋点等 APP 特有 feature)、以及聚合。而对于不需要 App-Server 处理、直接使用后台服务的，应该能够通过 gateway 直接调用，而不需要 App-Server 来做代理转发。

容错

容错的目的就是在出现问题的时候，仍然能够正常提供服务，其具体表现形式有这么几种：

• 当调用下游服务 B 出错的时候，可以在安全的情况下考虑重试；
• 当调用下游服务 B 出错的时候，可以调用替代服务 B'；
• 当调用下游服务 B 出错的时候，是否可以返回某个默认值、或者返回最近一次的值?
• 当调用下游服务 B 超时的时候，如果超时请求达到一定数量，则需要熔断，以保证自身其他服务能正常提供服务，而不会被拖垮；
• 当调用下游服务 B 出错的时候，能否以异步 + 定时任务补偿的方式代替?

上面这些特性，有些是通过 RPC 框架来实现 (重试)、有些是应用控制 (调用替代服务、异步 + 定时补偿)、有些可以通过 Hytrix 这样的断路保护框架来实现。容错也比较简单，但为了容错确实也需要增加不少开发工作量，它就像买保险，有的人看重风险、愿意付出一些代价来买一份适合的保险；有的人比较乐观，不相信灾难会降临到自己身上，所以这就看一个公司对自己的要求了。从我个人的观点来看，公司到达千万用户级以上，就需要比较严肃地考虑这个了，因为一次全局事故，带来的损失就会是不小。

限流

限流主要有两种算法：令牌桶算法和漏桶算法。

下图是漏桶算法 对于很多应用场景来说，除了要求能够限制数据的平均传输速率外，还要求允许某种程度的突发传输。这时候漏桶算法可能就不合适了，令牌桶算法更为适合。如下图所示，

令牌桶算法的原理是系统会以一个恒定的速度往桶里放入令牌，而如果请求需要被处理，则需要先从桶里获取一个令牌，当桶里没有令牌可取时，则拒绝服务。

从互联网实践的角度看，我觉得这两种方法都不是很理想。主要原因是看我们怎么理解流量控制这个事情。在互联网领域，系统的最大处理能力，是一个比较核心的指标。假设系统 (或某接口服务) 只能同时支撑 10000 个请求同时处理 (这也是非常容易模拟测试的)，那么它所关心的，就是在任何一个时间点的执行中任务，是否超过了 10000，而这是令牌算法和漏桶算法都提供不了的。

• 令牌算法：单位时间内生产的令牌是固定的，而令牌桶就相当于一个蓄水池。如果令牌不被马上用完，令牌桶可以存储一部分。它是从请求数 (开始处理的) 的角度，随着蓄水池中的令牌多少，而相应请求多或者少。它不能衡量当前有多少请求正在进行中。且蓄水池的大小，并不是它自己可以说的算，虽然它有令牌，也还需要系统能处理才可以。

• 漏桶算法：单位时间内可以处理的请求是固定的，持续恒定，没有令牌桶来做蓄水池。它同样是从请求的角度出来，无法衡量“当前的并行处理任务”。

所以这两种算法，我认为它都不是从精确的系统承载量角度出发，更像是一些预估或外界因素所引发的流控——比如该系统 1 分钟只允许处理 100 个请求，以一种比较粗略的方式、来保护系统不过载；该系统依赖的第三方不能超过每天 XX 次的请求量；

从请求出发的角度，还有令牌算法的优化版——滑窗模式。以 X 个滑窗作为一个周期，比如 1 秒作为 1 个窗口，3 个窗口作为一个周期，在这个周期内令牌蓄水池。3 秒到了则在排队等待令牌的请求都置拒绝。这样防止在流量阻塞的时候，随着时间推移，很多用户已经等不及离开了，而他们的请求还在这里排队，导致最新用户的请求无法获得令牌。

而如果从系统承载力的角度，既能最大发挥系统能力，又不会过载，个人认为最好的方法“响应模式——在访问开始前，计数器 +1；访问结束，计数器 -1；保证计数器不超过阀值，也就是当前系统正在处理的任务，不超过阀值”。

从另一个角度看，令牌算法和漏桶算法被很多框架完好支持，比如 Nginx，这样对于大部分接口，尤其是处于安全角度考虑的限流，就是个很好的策略。在 Nginx 中配下就可以了，不需要业务去衡量自身负载、再开发相应代码。所以这也是种取舍——如果要快速覆盖、尤其在产品初期，尽量地保护自己的系统，尤其是安全原因，那么令牌或漏桶算法是很好的选择；如果针对一些核心接口，希望能在保护自己系统的同时、尽量多地发挥系统潜力，那么就开发“响应模式”是更好的选择。

一致性

CAP(Consistence、Available、Partition) 理论是很熟悉的分布式理论——在同一时间 CAP 不能全部满足、只能满足其中两个。而由于分布式系统的特点，Partition 是必须要满足的，所以只能要么 CP、要么 AP，即要么系统可用，但数据可能不一致；要么数据一致，但系统不可用。

这里对“为什么 Partition 必须要满足”解释一下。CAP 主要是针对有状态、即有数据的，典型形态就是存储类产品。因为数据才有一致性、分区同步这样的场景。在存储类产品中，为了避免单点故障，都是需要主从结构、或者集群结构，这就势必有相互之间的数据复制——主从的话，是主向从复制；集群的话，是多副本复制。这就必然涉及到网络通信，而网络我们说不是非常稳定的，“满足 Partition”就是在网络不稳定的时候，比如主和从网络短时不通了，这时候产品还能够正常提供服务。这就是“Partition 必须要满足”的原因，否则就有较大的单点风险。

既然 P 必须要满足，则只能选 AP 或者 CP 了。就互联网企业来说，保证服务可用性更为重要，所以 AP 往往是主流选择。在我的经验中，金融财务相关领域可能会用到 AP 这样的强一致，这往往是通过有 ACID 特性的 RDMS(Oracle、MySQL) 来实现的。

前面我们提到，分布式的服务治理，数据被隐藏到服务内部了，那么对数据的修改就由原先的直接操作变成了接口调用，原先可能可以通过 Transaction 来实现多表更新的 ACID，现在实现不了了，那在保证 AP 的同时，Consistence 怎么办呢? 此时 BASE 理论也就应运而生。

BASE(Base Available、Soft State、Eventually Consistence)——基本可用、暂时不一致、最终一致。短时间内数据不一致，可能会造成一定的脏读，但最终会达成一致，而达成一致的速度窗口，也就是个比较重要的指标。Paxos 和 Raft 算法是两个主流的最终一致性的算法。从 BASE 的定义来看，对于准确性高度敏感的金融财务领域，可能就不合适。

在存储类产品中，使用 Paxos 或 Gossip 算法，主要是用于协调各个节点的状态和版本，以完成同步。而在微服务领域中，我们面对的是各个 RPC 或 http 通信的不同类的应用服务 (可能使用这些算法也可以，复杂度应该是比较高，反正我是没试过)，那么又怎么做到最终一致? 主要策略有两个：撤销、补偿。前者是努力恢复到操作前的一致状态，后者是努力保证成功、达到操作后的一致状态。看下图，

Server 的某个业务操作中，要分别调用 Service-X、Service-Y、Service-Z 三个服务，才能完成。此时如果调用 Service-Z 的过程中出现错误了，怎么保证最终一致性?

按照上面的撤销或者补偿，就有两个策略:

1. 撤销：Service-X 和 Service-Y 提供反向的撤销接口。如果调用 Service-Z 失败，则调用 Service-X 和 Service-Y 的反向撤销接口，以恢复到操作前的状态。如果撤销的过程中失败? 呵呵，那又要补偿了。

2. 补偿：Service-X 和 Service-Y 都执行成功了，那么 Service-Z 调用失败，在“确保 Service-Z 只要恢复正常、必然能执行成功的前提下 (无论是系统自动还是人工)”，通过定时任务重试或者 MQ 的机制，补偿重试，再不行人工处理，直到 Service-Z 成功，以达到都成功的状态。这里“确保 Service-Z 必然能执行成功”非常重要。以账户转账举例，如 Service-Z 的操作是从账户上扣 100 元，但他的余额只有 10 元，那无论怎么重试、人工，都是不可能成功的，也就不可能达到最终都操作成功的一致性状态，此时要么提前校验、锁定，要么就采用前面的撤销的思路。

在实际的实践中，除了类似 Service-Z 的环节失败，还有入库失败、网络通信失败、发送 MQ 失败等各种可能失败的环节，我在后面一篇《功夫贷的支付服务，是怎么实现最终一致性的》这篇文章里，拿一个具体的 case 详细地介绍了它的实现，供参考。要实现一个严谨的最终一致性，还是比较复杂的，所幸在全系统中，真正要保证绝对最终一致性的功能点，还是比较少的。

容量评估 / 测试

容量评估后续会专门拿个 case 来介绍实践，我们主要是强调拿线上环节通过路由、监控等策略，在线测试评估容量。搭建性能测试环境，在现在已经是相对落后的手段。

支撑系统

对于如今的互联网系统来说，越来越复杂，支撑系统必不可少，每一章都可以单独列文章来分析其原理，这里只列出些目录。

• 业务监控系统：如订单量、转化率、各类报表等，以及相应的预警子模块。这主要是从业务视角来看的监控，很直接有效；
• 日志系统：开源的选择之一就是 ELK 套装，在数据量大的情况下，如果要把这三个搞稳定运行，工作量也是不小的；
• 分布式调用链系统：跟踪请求在全系统中的去向、以及快速定位出问题的地方；
• 服务设施监控系统：传统的 CPU、Memory、Disk 这个很多产品都提供，但还不够，应用内的情况，我们也要知道，主要包括：线程池使用情况、GC 的频率和时间、线程栈
• 技术指标监控系统：Error 率、Latency、Exception 统计等
• 运维支撑系统：资源管理、容器化、部署、灰度、可用性指标等
• 测试平台：接口测试、MQ 测试、集成测试、性能测试、测试环境构建、持续集成

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作者张轲目前任职于杭州大树网络技术有限公司，担任首席架构师，负责系统整体业务架构以及基础架构，熟悉微服务、分布式设计、中间件领域，对运维、测试、敏捷开发等相关领域也有所涉猎。下方是我的微信公众号，欢迎关注。