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微服务架构设计模式

2021-11-16 16:54:57   13  举报

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AI智能生成

微服务架构设计模式

微服务

架构

设计模式

后端开发

作者其他创作

大纲/内容

软件架构

定义: 计算机系统的软件架构是构建这个系统所需要的一组结构,包括软件元素, 他们之间的关系以及两者之间的属性

4+1 视图模型

逻辑视图

主要是整个系统的抽象结构表述，关注系统提供最终用户的功能，不涉及具体的编译即输出和部署，通常在UML中用类图，交互图，时序图来表述，类似与我们采用OOA的对象模型

物理视图

物理视图通常也叫做部署视图(deploymentview)，是从系统工程师解读系统，关注软件的物流拓扑结，以及如何部署机器和网络来配合软件系统的可靠性、可伸缩性等要求。

进程视图

从过程角度，描述系统的并发和同步设计。旨在解决进程、线程、并发、同步、通信等方面的问题；

开发视图

描述软件在开发环境下的静态组织，从程序实现人员的角度透视系统，也叫做实现视图(implementation view)。开发视图关注程序包，不仅包括要编写的源程序，还包括可以直接使用的第三方SDK和现成框架、类库，以及开发的系统将运行于其上的系统软件或中间件, 在UML中用组件图，包图来表述。

用例场景+1

用例视图（Use Cases View），最初称为场景视图，关注最终用户需求，为整个技术架构的上线文环境.通常用UML用例图和活动图描述。

重要性

功能性需求

主要包括程序的意义, 用例或者用户故事等

非功能性需求

能力的需求, 包括不限于可维护性/可伸缩性/可测试性/可扩展性/可部署性

风格表现方式

分层式

将软件元素按照层次来进行划分, 例如表现层/业务层/持久层等

六边形式

选择将业务逻辑作为核心层的一种逻辑视图, 六个边包括不局限于各种出入站的适配器等. 例如入站包括: RestFul/Soap 服务/Controller适配器/消息接收器等, 出站包括: 存储接口/其他服务调用器/消息发送器等等;

实现风格

单体应用

定义: 将应用程序构建为单个可执行和可部署的组件

微服务

定义

微服务: 将应用程序构建为松耦合,可独立部署的一组服务

服务: 是一个单一的,可独立部署的软件组件, 实现了一些有用的功能.

松耦合: 服务之间的交互采用API完成, 封装了服务内部的细节.

备注

如何区分共享库?

如果是底层通用的不太可能变化的东西, 可以使用共享库功能. 例如一些公关的Util包, 或者一些第三方的框架, 甚至是业务上一些底层没有变更需求的公关组件.

服务的大小重要否?

微服务这个术语可能让你错误的聚焦在微上, 它似乎暗示了服务应该很小. 事实上这并不是一个考虑的主要因素, 更多的要从团队开发角度上, 交付的时间上, 与其他团队协作最少工作上, 其他还包括测试上等.

微服务架构的实现

定义

和所有软件开发一样, 第一架构也是一项艺术而非技术, 现实世界中这也是一个不断迭代和持续创新的过程.

识别系统操作

系统操作是应用程序必须处理的请求的一种抽象描述, 它既可以是更新数据的命令, 也可以是查询数据的操作. 具体就是描述服务之间协作方式的架构场景.

拆分服务

根据业务能力拆分

业务能力一般类似于角色-能力的角度, 例如外卖送餐服务的角色为送餐员, 其能力是取餐/送单/返回等.

根据领域概念拆分

领域概念来自DDD的划分, 将领域切分为一个一个的子域.

拆分原则

单一原则

小的/内聚的/仅仅含有单一职责的服务, 这样设计可以缩小服务的大小, 并提升其稳定性.

闭包原则

相同功能的一组组件都应该在一个服务内, 这个可以控制服务的数量. 理想情况下, 一个变更只会影响一个团队和一个服务. 其是解决分布式单体这种可怕的反模式的法宝.

拆分难点

网络延迟

同步进程间通信可能导致可用性降低

服务之前维持数据的一致性, 例如分布式事务

获取一致的数据视图, 一致性差导致的数据瞬时差异

公共类/上帝类, 造成了拆分困难.

事件溯源

概念

这个是一种以事件为中心的编写业务逻辑和持久化领域对象的方法, 通常情况下可以和领域事件协调一起

好处

可靠地发布领域事件

保留历史, 可以作为行为分析, 或者数据审计使用

最大限度的可以减少对象与关系的阻抗失调问题

主要是说BO对象与关系表无法映射的时候的差异问题

缺点

学习曲线高

消息传递的问题, 造成复杂度高

事件演化分析, 需要有一定的能力

删除数据/ 查询历史的事件, 需要一定的技术基础

发布事件方式

第三方程序轮询事件表/ 事件的集合

通过数据库本身的事务日志拖尾机制, 或者类似mysql的bin log模式

设计模式

聚合器微服务设计模式

聚合器调用多个服务实现应用程序所需的功能。它可以是一个简单的 WEB 页面，将检索到的数据进行处理展示。它也可以是一个更高层次的组合微服务，对检索到的数据增加业务逻辑后进一步发布成一个新的微服务，这符合 DRY 原则。另外，每个服务都有自己的缓存和数据库。如果聚合器是一个组合服务，那么它也有自己的缓存和数据库。聚合器可以沿 X轴和 Z轴独立扩展。

代理微服务设计模式

在这种情况下，客户端并不聚合数据，但会根据业务需求的差别调用不同的微服务。代理可以仅仅委派请求，也可以进行数据转换工作。

链式微服务设计模式

在这种情况下，服务A 接收到请求后会与服务B 进行通信，类似地，服务B 会同服务C 进行通信。所有服务都使用同步消息传递。在整个链式调用完成之前，客户端会一直阻塞。因此，服务调用链不宜过长，以免客户端长时间等待。

分支微服务设计模式

这种模式是聚合器模式的扩展，允许同时调用两个微服务链，如下图所示

数据共享微服务设计模式

自治是微服务的设计原则之一，就是说微服务是全栈式服务。但在重构现有的“单体应用（Monolithic Application）”时，SQL 数据库反规范化可能会导致数据重复和不一致。因此，在单体应用到微服务架构的过渡阶段，可以使用这种设计模式，如下图所示

异步消息传递微服务设计模式

虽然 REST 设计模式非常流行，但它是同步的，会造成阻塞。因此部分基于微服务的架构可能会选择使用消息队列代替 REST 请求/响应，如下图所示

查询模式

外部化配置模式

业务逻辑设计

组织模式

事务脚本

抛弃OO的思想, 直接面向过程的一种设计方式.Matrtin 曾经提到过这个, 类似使用存储过程代替服务来直接处理.

领域模型

将业务逻辑组织为由具有状态和行为的类构成的对象模型.

领域驱动设计

基本元素

实体(Entity)

具有持久化ID的对象

值对象

工厂

存储库(Repository)

服务

实现不属于实体或者值对象的业务逻辑对象

聚合设计模式

概念: 将领域模型组织为聚合的集合, 每个聚合都是可以作为一个单元进行处理的一组对象构成的图

规则

只引用聚合的根

说白了只能通过跟对象引用别的聚合的根, 或者被引用

聚合间的引用必须使用主键

没有对象引用了, 但是我觉得可以使用类似ID/UUID/Code等婉转的方式

一个事务中, 只能创建和更新一个聚合

如果使用Saga, 那么每一个聚合都是一个参与者.

颗粒度

这个按照你的团队成熟度/业务成熟度/实际情况等考虑

领域事件

概念: 领域事件是聚合发生变化的事情, 通常代表着状态的变化.

识别方法

事件风暴模式, 包括头脑风暴/识别事件发生机制/识别聚合

发布方式

通过聚合主动发送事件给订阅者, 类似Observer模式

通过聚合根保存这些事件, 由外部或者其他机制来检索

例子

观测性模式

开发安全相关

进程间通信

概述

交互方式

一对一

请求/响应

单个客户端发起请求并等待返回, 可能导致线程堵塞.

异步请求/响应

单个客户端发起异步请求, 服务器异步返回响应.

单向通知

单个客户端方发起请求, 不期望服务器端返回

一对多

发布/订阅

客户端发布消息, 被0-N个感兴趣的服务订阅

发布/异步响应

客户端发布消息, 然后等待从特定的的服务发回的响应. 类似两个消息通道..

API定义

api优先原则,  例如使用RAML或者Swagger等提前定义好API的规范, 保证前后端的并行工作

API的版本规范, 可以使用路径加上版本号, 或者HttpHeader中加入verison等机制

向后兼容需要考虑健壮性原则, 避免产生升级壁垒

消息格式

文本

JSON/XML

二进制

Protocol Buffers/Avro/Thrift

同步通信

RPI概念

RPI是远程过程调用模式

REST

概念

RESTful是这一种开发的风格, 最早来自Roy的论文

另外一个关键性概念是资源

成熟度模型

Level 0

本层级的 Web 服务只是使用 HTTP 作为传输方式，实际上只是远程方法调用（RPC）的一种具体形式。SOAP 和 XML-RPC 都属于此类。

Level 1

Level 1 层级的 API 引入了资源的概念。要执行对资源的操作，客户端发出指定要执行的操作和任何参数的 POST 请求。

Level 2

Level 2 层级的 API 使用 HTTP 语法来执行操作，譬如 GET 表示获取、POST 表示创建、PUT 表示更新。如有必要，请求参数和主体指定操作的参数。这能够让服务影响 web 基础设施服务，如缓存 GET 请求。

Level 3

Level 3 层级的 API 基于 HATEOAS（Hypertext As The Engine Of Application State）原则设计，基本思想是在由 GET请求返回的资源信息中包含链接，这些链接能够执行该资源允许的操作。例如，客户端通过订单资源中包含的链接取消某一订单，GET 请求被发送去获取该订单。HATEOAS 的优点包括无需在客户端代码中写入硬链接的 URL。此外，由于资源信息中包含可允许操作的链接，客户端无需猜测在资源的当前状态下执行何种操作。(包括字描述和下次动作的概念)

优缺点

好处

简单好用上手快

工具和浏览器扩展支持方便测试

使用http协议对于防火墙比较友好

行为和资源分离，更容易理解。

弊端

直接的请求/响应模式, 可用性需要双方保持在线保证

客户端必须要支持URL的位置概念, 否则而需要服务发现来定位

多个请求中获取一个资源, 概念上有些不匹配

映射到HTTP动词上很有挑战, 包括返回的HTTP状态码也是痛点

gRPC