微服务架构设计

从单体应用架构到微服务架构的演进，以及微服务结构需要解决的问题有哪些？

在微服务架构兴起前，单体架构一度是主流选择。在微服务出现后，通常更适合使用 Golang 和 Java 语言进行开发。

常见的单体应用以如图所示的结构部署，但只能应对 10 - 100 人的应用场景，因系统并发性能不足，一旦用户量增加，系统就可能面临巨大压力。

此外，单体应用在开发时还面临诸多痛点，特别是代码管理方面问题突出。

如下图示，多组团队对同一单体项目进行功能更新或 BUG 修复时，代码管理复杂度陡增。

举例来说，程序员 A 和 B 为上线新功能 A 而修改代码，测试通过后，却发现程序员 C 和 D 已对原项目进行修改并上线新功能 B，导致多分支代码难以合并，即使解决了冲突还需回归测试。

同时，单体项目代码不能轻松升级工具版本，新功能加入如网站增小程序，需大量新代码，难复用原有的代码。这是因同步更新需求和功能扩展时，单体架构的代码和数据库设计，无法满足多方面的需求和灵活性。

因此，大型项目的开发应该满足以下需求：

代码复用：避免重复开发，提高开发效率。
系统间相互调用便捷：支持不同系统之间的协作和交互。
内外服务兼备的接口：既能对外提供服务，又可满足内部需求。
不断增加新功能，数据库性能不被影响：保障业务稳定。
数据库拆分升级，避免多服务依赖绑定：提高数据管理和升级的灵活性和可靠性。
服务接口质量保障：防止一个服务的接口问题影响其他服务。
开发测试部署简便：减少复杂度和提升效率。

针对以上需求，微服务的提出，就可以很好的解决这一系列痛点。

常见项目的架构设计，是将各种服务独立成单独的模块，但是这样依然不够，数据库层面没有被拆分开，各模块依赖了同一个数据库。并且各个服务模块之间相互调用也十分困难。

为了将数据库服务进一步隔离，可以继续将架构进行拆分，即拆分为微服务架构，每个服务都对应一个数据库和缓存，里面存放着属于该服务的数据，如果其他服务需要该数据，则不是直接连接该数据库，而是通过内部的调用 API 来查询信息，如订单服务通过 API 接口查询商品数据。还可以利用 MQ 消息队列，对服务进行解耦（MQ 是常用的服务解耦工具）。

这样一来，就可以将每个服务拆分开，每个服务的功能升级或者数据库更新都不会影响到其他服务，只需要保证对其他服务公开的接口不更改，其他服务就不会受影响，他们都是独立运行的。这也可以避免代码管理困难，代码冲突的问题。

这其中还有一个问题，就是各个服务模块暴露出的 API 接口，不仅需要对内部的其他服务提供服务，并且还需要对外部的小程序、网站等系统提供服务。然而外部的系统一般使用 http 协议进行传输和请求，但是 http 协议却不适合作为内部传输的协议，它的性能并不高。

因此，我们希望服务模块暴露的这个接口，对外通过 http 协议提供服务，对内使用其他高性能的协议（TCP）提供服务。这时就可以引入 RPC 了。我们可以根据这也的需求进一步设计一个分层的微服务架构。如下如所示。

SRV 服务层对内提供各种服务端的 RPC 接口，而 WEB 服务层将内部的 RPC 接口进行整合，对外部提供 http 的 API 接口。

下层（SRV 层）可以通过 RPC 接口互相调用，上层（WEB 层）可以调用下层提供的 RPC 服务，但是下层绝对不可以通过 http 接口去调用上层的服务！

这样分层的微服务架构还提供了一个好处，就是 RPC 服务可以使用不同的编程语言代码完成，这也是使用 RPC 的好处。并且组件可以随意，版本可以不同，体现了微服务的独立性。

我们习惯于将 srv 层的 RPC 接口写得更加通用一些，把开发重点放在 web 层如何对外提供合适的服务。

上面说了这么多微服务架构的优点，实际上，使用微服务同样也存在着很多需要解决的问题。

在大型项目中，如果使用微服务结构，那就可能会存在成百上千个微服务模块，对于大量的微服务，它们甚至有可能部署在不同的服务器中（分布式集群），因此，管理好每个微服务对外的 IP 和端口十分重要，同时也需要关注每个微服务的运行情况是否健康。

所以，我们需要一个注册中心，当我们每写完一个服务，就要向注册中心完成注册，注册中心会给这些服务分配 IP 和端口，并定时检查这些服务的健康程度。

还需要一个服务发现，当 web 层服务需要查找一个 srv 层商品查询的服务，它会返回给服务对应的 IP 和端口，供 web 层服务调用。

还要有一个配置中心，用于管理大量微服务的配置信息，当一个微服务的配置需要进行修改时，可以统一通过配置中心完成。每个微服务启动时，都会到配置中心中读取对应的配置信息，以完成正确启动。

此外，还有一个链路追踪功能，用于追踪整个服务调用的过程，当服务出现性能问题时，可以通过该功能，查找是哪里出现问题（日志打印），从而解决它。

在对外 http 的 API 接口外，还要有一个微服务网关（nginx 也行）用于统一所有的对外 API 接口，并分配对应的 IP 端口，起到路由功能（根据域名访问端口）。当网站请求一个域名时，微服务网关通过注册中心查找对应的服务，并将请求路由给对应的 API 接口。它还需要有一个鉴权的功能，先拦截一些无效请求，保护后端服务。最后，它还需要有熔断的功能，当后端服务繁忙时，直接取消请求。

以上这些都是微服务结构需要解决的问题。