互联网架构演进:从传统单体到Service Mesh

简介: 互联网架构演进:从传统单体到Service Mesh

01 引言

博主之前曾经写过互联网架构的演进过程,又过了一段时间了,内容也需要更新下,之前写的文章可以参考:

下面是博主整理的互联网架构演变过程:

  • 传统架构 → 分布式架构 → SOA架构 → 微服务架构 → 服务网格 → ServiceMesh

本文按照顺序依次讲解这些架构演进节点的相关概念。

02 架构演进

2.1 传统架构

相关架构图如下:

传统架构:在这种架构中,整个应用程序作为一个单一的、紧密耦合的单体进行开发、部署和维护。就是大家在刚开始初学JavaEE技术的时候SSH架构或者SSM架构,业务没有进行拆分,都写同一个项目工程里面,一般是适合于个人或者是小团队开发。


优点:简单易理解、开发速度快、部署简单、集中式数据管理等

缺点:一旦有一个模块导致服务不可用,可能会影响整个项目。

2.2 分布式架构

分布式架构:基于传统架构演变过来,将传统的单体项目以项目模块进行拆分,拆分为会员项目、订单项目、支付项目、优惠券项目等,从而降低耦合度,这种项目架构模式慢慢开始适合于互联网公司规模人数开发。


优点:可伸缩性(增加节点来提高负载能力)、高可用性(解决单点故障)、更好的性能(减轻单一节点压力)

缺点:复杂性(设计与维护)、一致性问题(受地区、故障影响)、开发和调试难度大、成本高。

2.3 SOA架构

相关架构图如下:

SOA架构:代表面向与服务架构,俗称服务化,通俗的理解为面向与业务逻辑层开发,将共同的业务逻辑抽取出来形成一个服务,提供给其他服务接口进行调用,服务与服务之间调用使用rpc远程技术。

SOA架构特点

  • SOA架构中通常使用XML方式实现通讯,在高并发情况下XML比较冗余会带来极大的影响,所以最后微服务架构中采用JSON替代xml方式。
  • SOA架构的底层实现通过WebService和ESB(xml与中间件混合物),Web Service技术是SOA服务化的一种实现方式,WebService底层采用soap协议进行通讯,soap协议就是HTTP或者是HTTPS通道传输XML数据实现的协议。

优点:模块化和可重用性、松耦合、跨平台和跨语言(使用标准的通讯协议如HTTP和SOAP等);

缺点:对于大规模的SOA系统,需要有效的治理机制来管理服务的生命周期、版本控制、监控等,这可能是一个挑战。

2.4 微服务架构

相关架构图如下:

微服务架构基于SOA架构演变过来的,在传统的WebService架构中有如下问题:

  • 依赖中心化服务发现机制;
  • 使用SOAP通讯协议,通常使用XML格式来序列化通讯数据,xml格式非常喜欢重,比较占宽带传输;
  • 服务化管理和治理设施不完善。

微服务架构:从SOA架构演变过来,比SOA架构粒度会更加精细,让专业的人去做专业的事情(专注),目的提高效率,每个服务于服务之间互不影响,微服务架构中,每个服务必须独立部署,互不影响,微服务架构更加体现轻巧、轻量级,是适合于互联网公司敏捷开发。

微服务架构特征

  • 微服务架构倡导应用程序设计程多个独立、可配置、可运行和可微服务的子服务;
  • 服务与服务通讯协议采用HTTP协议,使用restful风格API形式来进行通讯,数据交换格式轻量级JSON格式通讯,整个传输过程中,采用二进制,所以HTTP协议可以跨语言平台,并且可以和其他不同的语言进行相互的通讯,所以很多开放平台都采用HTTP协议接口。

微服务架构如何拆分

  • 微服务把每一个职责单一功能存放在独立的服务中;
  • 每个服务运行在单独的进程中;
  • 每个服务有自己独立数据库存储、实际上有自己独立的缓存、数据库、消息队列等资源。

微服务架构与SOA架构的区别

  • 微服务架构基于 SOA架构 演变过来,继承 SOA架构的优点,在微服务架构中去除 SOA 架构中的 ESB 消息总线,采用 http+json(restful) 进行传输。
  • 微服务架构比 SOA 架构粒度会更加精细,让专业的人去做专业的事情(专注),目的提高效率,每个服务于服务之间互不影响,微服务架构中,每个服务必须独立部署,微服务架构更加轻巧,轻量级。
  • SOA 架构中可能数据库存储会发生共享,微服务强调独每个服务都是单独数据库,保证每个服务于服务之间互不影响。
  • 项目体现特征微服务架构比 SOA 架构更加适合与互联网公司敏捷开发、快速迭代版本,因为粒度非常精细。

优点

  • 灵活性和可维护性: 微服务使得应用程序能够更容易理解、开发、测试和维护,因为每个服务都是相对独立的。
  • 独立部署: 每个微服务都可以独立部署,这使得团队可以更频繁地发布新版本,而不会影响整个系统。
  • 可伸缩性: 微服务允许针对不同的服务进行独立的水平扩展,从而更好地适应变化的负载。
  • 技术多样性: 因为每个微服务都是相对独立的,所以团队可以选择最适合其服务的技术栈,提高了灵活性。
  • 分布式开发: 不同团队可以独立开发、测试和部署各自的微服务,从而提高了整个开发团队的效率。
  • 容错性和隔离性: 单个微服务的故障不会影响整个系统,这提高了系统的容错性。此外,服务之间的隔离性使得故障更容易定位和修复。

缺点

  • 复杂性: 微服务架构引入了分布式系统的复杂性,包括服务发现、通信、一致性、事务管理等方面的问题。
  • 运维挑战: 管理大量的微服务并确保它们有效运行可能是一项挑战,尤其是在监控、日志记录和调试方面。
  • 一致性问题: 因为微服务是独立部署的,保持数据一致性变得更加复杂,需要引入一致性解决方案。
  • 性能开销: 微服务之间的通信可能引入性能开销,特别是在分布式事务和跨服务调用时。
  • 服务发现和治理: 管理大量的微服务实例、服务发现和服务治理可能需要引入额外的工具和复杂性。

缺点:复杂性、一致性问题、性能开销、服务发现和治理。


这里顺带附上服务间通信协议的发展:

关于gRPC的工作原理如下:

2.5 服务网格

服务网格: 是一种用于管理和控制微服务架构中服务之间通信的基础设施层。它通过将通信控制从应用程序代码中分离出来,集中管理服务间的通信,提供了更好的可观察性、可维护性和安全性。服务网格通常包括用于流量管理、服务发现、负载均衡、故障恢复、安全性、监控和日志等功能的组件。


优点

  • 可观察性: 服务网格提供了对服务间通信的全面观察,包括请求成功率、延迟、错误率等指标,以及请求的完整跟踪和日志。
  • 流量管理: 可以通过服务网格进行流量控制、路由、分阶段发布等,提供更灵活的流量管理能力。
  • 故障恢复: 服务网格可以自动处理一些故障恢复任务,例如超时、重试、断路器等,提高系统的稳定性。
  • 安全性: 服务网格可以提供对服务间通信的加密、认证和授权,加强了系统的安全性。
  • 解耦和可维护性: 通过将通信控制从应用程序中抽象出来,服务网格提供了更好的解耦,使得服务间通信的维护更容易。

缺点

  • 复杂性: 引入服务网格会增加系统的复杂性,需要配置和管理大量的组件,包括代理、控制平面等。
  • 性能开销: 由于服务网格通常涉及在服务间通信中引入代理,可能引入一些性能开销,尤其是在大规模微服务架构中。
  • 学习曲线: 对于团队来说,学习和理解服务网格的概念和工作原理可能需要一些时间,特别是对于初次接触的团队。

2.6 Service Mesh

相关架构图如下:

Service Mesh:前面说到微服务架构是一种设计理念,将应用拆分成小而独立的服务。而服务网格是一种基础设施层,用于管理这些微服务之间的通信。服务网格提供了一些额外的功能,如流量控制、安全性、故障恢复,使得微服务架构更容易操作和维护。简单地说ServiceMesh就是微服务时代的TCP协议


优点

  • 屏蔽分布式系统通信的复杂性(负载均衡、服务发现、认证授权、监控追踪、流量控制等等),服务只用关注业务逻辑;
  • 真正的语言无关,服务可以用任何语言编写,只需和Service Mesh通信即可;
  • 对应用透明,Service Mesh组件可以单独升级;

缺点

  • Service Mesh组件以代理模式计算并转发请求,一定程度上会降低通信系统性能,并增加系统资源开销;
  • Service Mesh组件接管了网络流量,因此服务的整体稳定性依赖于Service Mesh,同时额外引入的大量Service Mesh服务实例的运维和管理也是一个挑战;

03 最佳实践

微服务教程可参考:

微服务的最佳实践可以参考:

单体、前后端分离、微服务可参考(可快速上手,外包神器):

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