劉為

摘 要 本文介紹了主要軟件服務(wù)的設(shè)計架構(gòu)，分析了新興的微服務(wù)架構(gòu)，并對其實現(xiàn)的先決條件——容器化技術(shù)進行了研究。文章還分析了兩種微服務(wù)架構(gòu)在云服務(wù)中的實現(xiàn)形式。

關(guān)鍵詞 服務(wù)架構(gòu) 微服務(wù) 容器 CaaS BaaS

中圖分類號：TP309 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.01.013

1網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)

現(xiàn)在社會的各行各業(yè)均無法離開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，例如學(xué)校有學(xué)生管理系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)等；企業(yè)有人事系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)等；手機上運行的各種APP以及游戲，都要與后臺服務(wù)器相連接，接受后臺系統(tǒng)的服務(wù)。

軟件系統(tǒng)的服務(wù)主要是為軟件的功能提供支持，以及為其它的服務(wù)提供接口。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，軟件的服務(wù)與軟件本身往往是分離的，服務(wù)由網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器提供（后臺），而軟件運行在本地或瀏覽器上（前端），后臺服務(wù)是軟件開發(fā)中最關(guān)鍵的部分。

1.1單體服務(wù)架構(gòu)

上世紀90年代以前的軟件服務(wù)多為單體架構(gòu)，所有的功能采用集成化、過程化的開發(fā)，之后被編譯為一個文件并放置于容器中運行，這種架構(gòu)易于開發(fā)、部署和測試，但其主要問題包括：（1）代碼集成在一起，幾乎無法協(xié)同開發(fā)。（2）代碼功能高度耦合，后期維護、功能擴展困難。后期系統(tǒng)業(yè)務(wù)變更或服務(wù)整合會導(dǎo)致整個系統(tǒng)需要重構(gòu)，大幅提高IT實施的成本。（3）小修改就可能導(dǎo)致重構(gòu)整個項目，迭代時間大幅提升。（4）穩(wěn)定性差，由于系統(tǒng)高度集中在一起，任何一個小的問題可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓。

1.2 SOA架構(gòu)

隨著軟件的模塊化概念開始流行，一種被稱為面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA，Service Oriented Architecture）在2000年后被軟件企業(yè)廣泛應(yīng)用。SOA架構(gòu)基于服務(wù)（即基于模塊化的組件），服務(wù)提供接口，服務(wù)間可通過XML進行信息交換。SOA基本架構(gòu)包含ESB（Enterprise Service Bus），Web服務(wù)、XML和SOAP。SOA的最大特征就是松耦合，結(jié)合分層次的開發(fā)理念，解決了協(xié)同開發(fā)、測試等問題，也更易于后期擴充功能。但SOA本身只是一個架構(gòu)，并非實施標(biāo)準(zhǔn)，所以在生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)用SOA存在一些問題：

（1）需要共享ESB，松耦合服務(wù)實際邊界非常模糊，修改某一模塊會導(dǎo)致需要修改其它模塊，從而導(dǎo)致代碼維護困難，系統(tǒng)迭代速度大幅降低。（2）系統(tǒng)后期擴充將導(dǎo)致系統(tǒng)臃腫、性能下降；某些功能擴充甚至需要部分重構(gòu)ESB及其它服務(wù)。（3）系統(tǒng)開發(fā)長期被一種開發(fā)技術(shù)綁定，開發(fā)人員、技術(shù)、架構(gòu)變更的靈活度大幅下降。

2微服務(wù)架構(gòu)

微服務(wù)架構(gòu)并非一個全新概念，它更像是SOA架構(gòu)的一種實現(xiàn)。微服務(wù)架構(gòu)依然是面向服務(wù)，但是其將松耦合做到了極致。該架構(gòu)是去中性化的，其中沒有ESB，每一個服務(wù)可以單獨開發(fā)、測試、運行和部署，甚至能夠有自己的數(shù)據(jù)庫。服務(wù)間的通信與開發(fā)語言無關(guān)，一般采用基于HTTPs 的RESTful API（Representational State Transfer API）。微服務(wù)的出現(xiàn)順應(yīng)了敏捷開發(fā)的浪潮，先開發(fā)先上線，后開發(fā)再擴充，能對系統(tǒng)進行快速迭代。微服務(wù)架構(gòu)有以下特點：

（1）服務(wù)?。好恳粋€服務(wù)代碼量少、復(fù)雜度低，僅專注某一項功能。（2）能夠獨立運行：每個服務(wù)可以運行在獨立的進程中。（3）與語言無關(guān)的通信機制：例如XML、JOSN、REST API等。（4）松耦合：開發(fā)、部署和運行均處于獨立狀態(tài)，幾乎無外部依賴。（5）去中心化：沒有ESB，可完全分布式部署。（6）數(shù)據(jù)獨立：微服務(wù)可以有自己的數(shù)據(jù)庫，其它服務(wù)只能通過接口獲得該服務(wù)的數(shù)據(jù)。

2.1 微服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)勢

根據(jù)微服務(wù)以上的特性，實施過程中有如下優(yōu)勢：

（1）依照服務(wù)來劃分開發(fā)團隊：每一個服務(wù)對應(yīng)一個完整團隊（包含后臺、前端、數(shù)據(jù)庫、中間件等），從開發(fā)、測試、上線及后期維護均由該團隊負責(zé)，一個跨職能的團隊能夠完全掌控自己的微服務(wù)。

（2）服務(wù)的異構(gòu)性：能夠針對不同業(yè)務(wù)選擇合適的開發(fā)方案、開發(fā)語言、框架及部署環(huán)境，無須像單體或是SOA架構(gòu)一樣，選擇統(tǒng)一的技術(shù)方案。在傳統(tǒng)架構(gòu)中，初期技術(shù)方案一旦選定，很長時間內(nèi)，整個系統(tǒng)就會在所選技術(shù)框架內(nèi)進行開發(fā)，到了后期想要嘗試新的技術(shù)，則有很大可能要重構(gòu)系統(tǒng)，不但開發(fā)難度大，而且項目越大，失敗風(fēng)險越高。而微服務(wù)架構(gòu)采用的是獨立的擴展方式，不但無須重構(gòu)原系統(tǒng)，還可以極小風(fēng)險測試新的服務(wù)，一旦新服務(wù)達不到預(yù)期，則可直接終止，這也僅僅是停止使用一個服務(wù)而已，對整個系統(tǒng)影響極小。

（3）獨立測試、部署及容錯能力：可以對微服務(wù)進行單獨的測試和部署，無須對整個系統(tǒng)進行測試、編譯和從新部署，降低了系統(tǒng)運行風(fēng)險。當(dāng)一個微服務(wù)出現(xiàn)運行故障時，不會影響系統(tǒng)中其它的服務(wù)，避免了系統(tǒng)全面停擺。

（4）強擴展性和可控的系統(tǒng)復(fù)雜度：每個微服務(wù)通過定義良好的接口實現(xiàn)服務(wù)間邊界，專注于某一種功能，從而能夠根據(jù)系統(tǒng)需求，實現(xiàn)細粒度的自由擴展。同時，由于單個微服務(wù)復(fù)雜度低，即使出現(xiàn)多個服務(wù)堆疊的情況，也能夠較容易掌控整個系統(tǒng)的復(fù)雜度。

2.2 微服務(wù)架構(gòu)的不足

（1）部署較以往架構(gòu)更加復(fù)雜：系統(tǒng)由眾多微服務(wù)搭建，每個微服務(wù)需要單獨部署，從而增加部署的復(fù)雜度，容器技術(shù)能夠解決這一問題。

（2）性能問題：由于微服務(wù)注重獨立性，互相通信時只能通過標(biāo)準(zhǔn)接口，可能產(chǎn)生延遲或調(diào)用出錯。例如一個服務(wù)需要訪問另一個服務(wù)的數(shù)據(jù)，只能通過服務(wù)間接口來進行數(shù)據(jù)傳輸，如果是頻繁訪問，則可能帶來較大的延遲。

（3）數(shù)據(jù)一致性問題：作為分布式部署的微服務(wù)，在保持數(shù)據(jù)一致性方面需要比傳統(tǒng)架構(gòu)更加困難。

3微服務(wù)的云平臺

由于云平臺的廣泛使用，很多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的后臺會部署在云端?；赑aaS（Platform as a Service）的云平臺非常適合微服務(wù)后臺的構(gòu)建，容器技術(shù)則是云端微服務(wù)的基礎(chǔ)。

3.1 容器技術(shù)

微服務(wù)系統(tǒng)采用類似于搭積木的構(gòu)建方式，開發(fā)一個服務(wù)就可上線一個服務(wù)，這就意味著每次部署新的服務(wù)，不能影響其它已存在的系統(tǒng)。更重要的是，同一個系統(tǒng)的微服務(wù)可能采用了不同的開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等，與原來存在的服務(wù)所使用的技術(shù)完全不兼容，如果需要加入新的服務(wù)，還需要為其搭建不同運行環(huán)境。為了解決這些問題，容器技術(shù)成為了最好的選擇。容器的廣泛應(yīng)用并非因為微服務(wù)架構(gòu)，但其卻成為了微服務(wù)架構(gòu)實踐的先決條件。

容器是Linux系統(tǒng)下用以實現(xiàn)在單一主機提供多個隔離的Linux系統(tǒng)環(huán)境的虛擬化技術(shù)。與虛擬機不同，容器無須運行虛擬操作系統(tǒng)，而是共享本地主機的操作系統(tǒng)來實現(xiàn)虛擬環(huán)境。容器技術(shù)最先在2013年由Docker公司應(yīng)用于自家的PaaS云服務(wù)平臺，并迅速被廣大開發(fā)者所認可，越來越多的開發(fā)者開始將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)部署在容器中。對于容器技術(shù)而言，現(xiàn)在處在起步上升階段，還面臨著一些問題，例如容器系統(tǒng)的容錯性：當(dāng)宿主機出現(xiàn)故障，如何能讓容器在其它機器上迅速運行起來；以及容器的擴容性：一個宿主機能夠容納的容器是有限，如何進行后期分布式擴容等，這一切集中在于系統(tǒng)需要一個好的容器編排工具管理容器。

3.2 CaaS

CaaS（Container as a Service）云服務(wù)是一種完全基于容器的PaaS系統(tǒng)。平臺內(nèi)有容器鏡像池，包含了各種各樣的鏡像，鏡像實際是封裝好的包含各種軟件所組成的運行環(huán)境。鏡像可以由平臺提供，也可以由個人發(fā)布共享，平臺用戶也可以自己創(chuàng)建鏡像，并且不用擔(dān)心平臺無法運行鏡像。

CaaS云服務(wù)特別適合微服務(wù)的部署，因為每一個微服務(wù)可以單獨部署在一個容器中，整個系統(tǒng)由容器搭建而成，包含不同技術(shù)架構(gòu)的容器之間嚴格隔離。當(dāng)開發(fā)者部署某一服務(wù)時，只需選擇（或自己搭建）鏡像，并將服務(wù)部署在其中，即可讓其在云臺上運行。

3.3 BaaS

BaaS（Backend as a Service）是一種能夠直接提供微服務(wù)的云平臺，其實際是SaaS（Software as a Service）架構(gòu)，一般服務(wù)對象是移動應(yīng)用開發(fā)者。平臺內(nèi)提供了移動應(yīng)用常見的后臺服務(wù)，包含存儲、即時通訊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、消息推送、應(yīng)用內(nèi)搜索、用戶反饋、第三方登陸、分享等移動應(yīng)用中通用的功能。移動開發(fā)者在選用平臺功能后，能夠大幅降低開發(fā)難度和時間。BaaS平臺實際也是基于微服務(wù)，因為其功能可以在后期不斷擴充。

4結(jié)語

微服務(wù)是近3年出現(xiàn)的新技術(shù)，就現(xiàn)在的關(guān)注度而言，極有可能成為未來構(gòu)建系統(tǒng)服務(wù)的主流架構(gòu)；相應(yīng)的，容器技術(shù)有可能取代虛擬機，成為服務(wù)器上最重要的虛擬化技術(shù)。

基金項目：1、武漢市教育局教學(xué)研究項目《基于移動設(shè)備的游戲設(shè)計課程體系研究》（編號2015090）

2、本研究獲得武漢市屬高校數(shù)字城市專業(yè)重點實訓(xùn)基地資助

參考文獻

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