软件架构的演进
讲正事儿之前，先讲个故事——话说，从前有个叫周星星的少年，从摆街边摊起家，通过自己的奋斗，最终成为饮食界的大亨。他的发家过程经历了四个阶段：
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街边摊阶段：这时刚刚创业，一穷二白，要钱没钱、要人没人，自己什么都得做，卖材料、做饭菜、摆桌子、收钱，全都他一个人搞定。刚开始，客人不多，一个人游刃有余。后来，来光顾的客人也越来越多，一个人就忙不过来了，有时客人看要等很久就走了……于是，赚了些钱的他，盘算着开个小店……
街边摊阶段 -
快餐店阶段：他招了几个员工，简单分为了三组：一组服务员，负责接送客人，人多的时候引导客人排队；一组厨师，他自己做主厨，指导其他厨师做菜；一组采购，负责买菜等。就这样，快餐店开起来了。三组人员各司其职……他家秘制的“撒尿牛丸”远近闻名，客人络绎不绝……但慢慢地，有客人反映，他家的菜品太少，没办法满足客人的需求了……
快餐店阶段 -
大酒店阶段：为了满足客人越来越高的要求，他把快餐店升级为大酒店。他成立了四大厨师部门，分别为客人提供川菜、东北菜、粤菜、湘菜四大不同菜系，通过统一的后勤、财务把这四大菜系管理起来……刚开始，一切都很好，赚的钵满盆满。但随着生意越来越旺，客人越来越多，又开始出问题了：餐厅地方不够！排队的人越来越多。周星星打算开分店，但问题来了：这个分店，吃川菜的多，其他菜没什么人吃；那个分店，吃粤菜的多，别的菜系厨师闲着……后来，又发生了一件事：吃东北菜的两桌客人，一句“你愁啥”，一句“瞅你咋地”，就打起来了，拦都拦不住。这一闹，把吃粤菜、川菜、湘菜的客人都给吓跑了……精明的周星星一眼看出了问题，这是因为四个菜系共享了一个资源（餐厅），导致了一个服务出问题，别的服务都遭殃。他意识到，要继续发展，企业的组织方式还得调整。
大酒店阶段 -
饮食集团阶段：周星星成立了周氏饮食集团，掌控各个子公司，每个子公司都有独立的前台、后勤，互不干扰，自负盈亏。还有一个额外的好处，比如这段时间日料流行，那就多开几个日料店；又过一阵子，西餐流行，那就把日料店关一些，多开些西餐店。整个集团很灵活，总是能快速的抓住商机。至此，周星星成为饮食界的老大。
饮食集团阶段
其实，软件架构的演进过程和周氏企业演进过程是一模一样的！软件架构的演进也分为四个阶段：单体架构（街边摊）、分层架构（快餐店）、SOA架构（大酒店）和微服务架构（饮食集团）
单体架构：实际上没什么架构的概念，所有的业务逻辑都在一个项目里打包成一个二进制的编译后文件，通过这个文件进行部署，并提供业务能力。它就像上面的“街边摊”，很小很灵活。但是处理能力有限；没有分工，难以扩展。
分层架构：又叫“三明治”架构。分层架构中的每一层都着特定的职能。层之间是隔离的，即一个请求，必须一层一层的传递，而不能跨层传递。分层架构的流行，催生了大量的可复用的中间件。它就像上面的“快餐店”，有了明确分工的几个组，团队的能力大于个人，处理能力有了一定的提升。但是面对更复杂服务要求的时候，无论是扩展能力，还是服务能力，都有点力不从心。
SOA架构：即面向服务的架构（Service Oriented Architecture），它的关注点是服务。一个服务定义了一个相对独立、自包含、可重用的业务功能。服务间一般通过企业服务总线（ESB）的方式组装起来。它就像上面的“大酒店”，可以把各个较独立的服务组装起来，对外提供更复杂的服务，满足客户更多样化的需求。SOA架构要提高扩展性，就需要采用“分布式”的方式了。那么，各种服务如何行“分布式化”？这就催生了下面要说的微服务架构。也可以认为，微服务架构就是SOA架构分布式化的一种实现。
微服务架构：以一组小而自治的服务来构建整个系统，系统的一大特点是去中心化，从而实现更灵活的扩展能力。它就像上面的“饮食集团”，每个服务都独立而自治，整个系统（集团）具有很强的弹性，扩展自如，风险可控。当然，这样的弹性是要付出一定代价的，后面我们再详细分析。
回顾软件架构的演进其实是与企业组织演进一样的：都是为了满足客户越来越多、越来越复杂的需求，不断调整软件（企业）内部结构的过程。最后，都使得软件（企业）的处理能力、扩展能力、抗风险能力等等更强。
微服务架构的产生
通过前面软件架构演进史的介绍，可以对微服务的产生有个总体的认识。下面讲讲微服务具体是如何从SOA架构中衍生出来的。
可以说，微服务是在领域驱动设计（DDD）、持续交付（DevOps）、对Web的理解（REST）、六边形架构、虚拟化平台等一系列技术的基础上，发展建立起来的。微服务架构应用这些技术解决了原来SOA中面临的一系列问题。可以说，这五大技术是微服务架构的基石，没有它们，就不可能建立起微服务架构。
原SOA面临的一些问题，及微服务对此的解决之道：
- 如何划分服务：SOA虽然提出了以服务为核心的观念，但是对于如何划分服务，并没有很好的指导方法。“领域驱动设计”理论为如何进行服务划分提供了方法论。虽然对于微服务架构，如何划分服务仍是一大难题，但比之前有了一定改善。
- 服务如何集成：持续集成及DevOps技术的发展，为自动化的服务集成，提供了一系列工具和解决方案。多个协同工作的服务需要集成测试、联合部署，没有自动化的持续集成基本无法实施。持续集成是微服务架构中的一个不可或缺的部分。
- 服务如何通信：随着HTTP技术的发展，产生了RESTful的架构风格，它为服务之间通信和集成提供了很好的解决方案。其中最重要的一点是资源的概念，将服务看成是对外提供的一系列资源，资源在服务内的形态与客户端能看到的表现形态是分离的。一般使用HTTP作为REST的底层通信协议。HTTP提供了get、post、put、delete等动词，可以很好的表达对资源的使用；同时，HTTP周边有一整套完善的生态系统，可以使得服务的通信、负载均衡、缓存、监控等更加容易。
- 服务内部如何组织：六边形架构通过对领域模型、应用、适配器的划分，使得业务领域的边界更加清晰，服务具有更好的可扩展性，更容易测试。微服务中的单个服务，一般使用六边形的架构风格。
- 服务如何扩展：虚拟化技术的发展，尤其是Docker技术、云技术的发展，使得服务的分布式安装、部署、弹性扩展成为一件相对容易的事。弹性扩展是微服务架构的一个重要优点，脱离了虚拟化技术，这个优点将很难实现。
微服务架构的特点
上面说了那么多微服务，到底什么才是微服务呢？这里姑且给出一个定义：微服务就是一些协同工作的小而自治的服务。所谓“小”，就是专注做好一件事；所谓“自治”，就是服务是独立的实体，服务之间彼此独立，修改部署一个服务不会影响其他服务。
按Martin Fowler大神的想法，微服务应该具备以下特点：
- 通过服务实现组件化：使用微服务作为组装应用的组件，有三大好处：一是可以独立部署、替换和升级；二是由于强迫使用网络通信，会使得接口更加明确；三是可以实现不同技术栈的组合。
- 围绕业务能力组织服务：按照业务划分服务，更符合康威定律。一个服务可以由一个全栈团队负责。相比分层架构，一个变更需要更少的沟通，也就更高效。
- 产品而非项目模式：微服务架构倡导一个团队负责一个“微服务”完整的生命周期，把每个微服务当成一个产品来看待。
- 智能端点与哑管道：传统SOA架构，强调ESB（企业服务总线）等中间件，试图把这些中间件做得更智能；而微服务架构与此相反，更强调把这些智能放到端点（也就是微服务）中，而微服务之间的通信应尽量简单。微服务就像Unix中的一个独立的命令，他们间的通信就像Unix中的管道那么简单。这也是微服务与传统SOA的一个重要差别。
- “去中心化”治理：整体式应用往往倾向于采用单一技术栈，微服务架构则鼓励使用最合适技术栈完成各自的任务。
- “去中心化”数据管理：微服务架构倡导让每个微服务管理其自有数据，并允许不同微服务采用不同的数据持久化技术。
- 基础设施自动化：通过持续集成和持续交付等方法自动化的构建、部署微服务。
- 为容错设计：因为微服务可能随时出现故障，微服务架构中实时监控和日志机制非常重要，可以帮助快速发现故障。出现故障时微服务应该尽可能自动恢复。
- 演进式设计：微服务应用更注重快速更新，因此系统的设计会随时间不断变化及演进。
微服务架构的优势
“天下熙熙皆为利来，天下攘攘皆为利往”——这么多人追随微服务而来，必有其“利”！相比之前的架构，微服务主要有下面几个优点：
- 技术异构性：微服务可以轻松采用不同的技术栈。
- 弹性：一个服务不可用不会导致整个系统不可用。
- 扩展：可以只针对那些需要扩展的微服务进行扩展。
- 简化部署：不用重新部署整个应用，只需要部署个别服务，并可以快速回滚。
- 与组织结构相匹配：符合康威定律。
- 可组合性：对已有功能组合实现新的应用。
- 可替代性：重新实现某个服务相对容易些。
微服务架构的挑战
俗话说：“天下没有免费的午餐”，要获得微服务带来益处，是要付出一定代价的！下面看看微服务对比原来架构带来了哪些挑战：
1. 版本
各个微服务应该用统一版本号呢，还是各自独立版本？”——一旦为图方便，使用统一一个版本，就会使得微服务带来的“自治、独立发布部署”的优点不复存在。而每个服务维护不同的版本，又为版本管理的复杂度带来极大的挑战。并且不同版本之间的兼容性测试也会十分复杂。
2. 代码
重复的代码怎么办？——这还用问吗？根据DRY原则，当然要抽取出来——然而，在微服务时，则不是这样的。因为不同服务间一旦抽取了公共的业务逻辑，就意味着这两个服务耦合在一起了。公共模块的变更会影响这两个服务。所以，一般建议微服务内遵守DRY原则，而跨服务可以适当违反DRY原则……这同时又带来了另外一个问题，就是重构代码会变得十分困难，出现共性的问题，可能需要多个团队同时修改。在老板眼里，这就是资源浪费啊。
3. 界面
服务拆分了，那用户界面怎么办？——如果不分，那界面就是所有服务耦合的地方，很容易就退回到分层合作的模式；如果界面也分开，要怎么组合在一起，给用户最终呈现一个统一的整体呢？虽然可以通过“UI片段组合”或者“前端专用后端”的方法予以解决，但其引入的复杂性也是一项不小的挑战。
4. 数据
各服务是共享数据还是独占数据？——如果共享数据，这些数据就是微服务之间耦合的点。一个微服务修改了数据或者数据结构，就可能对另外的服务产生影响。而如果数据分离到每个服务中，又带来了一些新的挑战，比如：如何保证事务的一致性、如何处理报表系统等等。这些都是设计上要面临的挑战。
5. 分布式
微服务架构是典型的分布式架构。天生具有分布式架构所面临的挑战。可以了解一下：分布式系统的八大谬误，CAP定理。这些复杂性，都是微服务架构需要克服的。
6. 监控
监控对于微服务架构十分重要。一个业务流程可能涉及多个微服务协同工作，日志散落在各处。如果没有有效的监控手段，出了问题将很难查。
7. 安全
服务之间的调用，能信任吗？——如果全信任，意味着攻击者只要进入内网中，就可以采用中间人攻击任何服务。如果不信任，那服务之间的认证、鉴权、证书发布、证书管理等一系列复杂的安全问题，都是需要认真考虑的。
可见，微服务架构面临的挑战难度还是比较高的。虽然，现有的一些微服务框架可以帮助解决一部分问题，但要将微服务落地，这些挑战仍然是需要认真面对的。
该不该用微服务架构？
关于这个问题，《微服务设计》的作者这样建议道：
越不了解一个领域，为服务找到合适的限界上下文就越难。请考虑首先构建单块系统，当稳定以后再进行拆分。一块块地拆分你的系统，持续地改进和演进系统，拥抱变化！
我在此基础上，再增加“四看”：
- 看系统规模
- 看组织结构
- 看基础设施
- 看人员能力
1. 看系统规模：
从前面架构演进的历史，可以知道微服务是为解决规模比较大的系统的问题而诞生的。如果现在的业务量以及未来一、两年内的业务量都不会很大，一台服务器就可以搞定，这样小规模的系统就没必要硬上微服务。因为这样微服务带来的挑战比它带来的好处大得多。
有些反对这个观点的人说：“即使系统规模不大，使用微服务也可以使系统更解耦，后面扩展更容易”。——这是本末倒置了。并不是微服务架构使得系统更解耦，而恰恰相反，是解耦做好了，才能做好微服务架构！优秀微服务架构实践的前提是合理划分服务，使得服务高内聚、低耦合，而不是反过来。微服务架构中划分服务的方法论是DDD（按照限界上下文来划分服务），这个方法论并不要求一定是微服务架构，各种架构都可以实施。正如前面所说“越不了解一个领域，为服务找到合适的限界上下文就越难”。微服务架构中，一旦服务边界划错了，带来的后果是灾难性的；而不是分布式的架构中，这种错误的修正要容易得多。
2. 看组织结构：
微服务架构倡导的是每个服务由一个具备全栈能力的团队负责。如果当前组织是按技能划分的，比如前端团队、后端团队、数据库团队等，那就不是很合适。要么放弃微服务，要么调整组织结构。
3. 看基础设施：
虚拟化/云化、持续集成等自动化基础设施，是微服务实施和运维的有力保障。如果组织目前还不具备这些基础设施，那么微服务的落地将面临很多困难。
4. 看人员能力：
不管一开始看起来什么样，它永远是人的问题。
微服务架构赋权给开发人员以增进自治也是充满挑战的。过去人们习惯把工作扔给别人，习惯指责别人，现在要让他们对自己的工作完全负责可能会让其感觉不舒服。微服务架构要求研发团队具备全栈技术能力，对单个研发人员的综合素质要求也比以往更高。如果人员没有从心理上和技能上准备好，强行推行微服务，很可能为失败埋下种子。
最后，
按照InfoQ发布的2019架构和设计领域趋势报告，微服务架构很可能进入晚期大众阶段，这也意味着，按照Gartner炒作周期，微服务架构已经走过了盲目追捧和幻灭谷底阶段，开始逐渐走向成熟，走向切实可落地阶段。
微服务是一个很容易被滥用或误用的术语。本文从架构演进史入手，介绍了微服务架构的来龙去脉、它的优点以及它带来的挑战。希望可以帮助大家更好的理解微服务架构。根据自己项目的实际情况，权衡利弊，决定是否向微服务架构演进。
