程序開發(fā)中微服務架構和容器的結合運用論文
摘要：文章分析了微服務架構和容器技術的應用。微服務架構是一種架構概念, 通過將功能分解到各個離散的服務中以實現對解決方案的解耦, 在降低系統(tǒng)耦合的同時, 還提供了十分靈活的服務支持, 這種架構對應用的功能進行了充分的分離, 使開發(fā)和部署非常的便捷, 結合容器技術, 最大化地解決微服務架構中所面臨的負載, 對微服務進行更有效的支撐。微服務架構中對容器技術的應用主要看中容器的對解決復雜環(huán)境和用戶資源隔離問題的能力, 這種新的開發(fā)方式為開發(fā)者提供了一種新的思路。
關鍵詞：微服務; 容器; 共享; 解耦
微服務架構的產生是軟件架構不斷演進的結果。Web開發(fā)經歷了單體結構, 集群結構, 分布式系統(tǒng), 最終演化到微服務架構。微服務架構按照業(yè)務劃分模塊, 實現一個個高度解耦的系統(tǒng)架構, 其中的分布式、快速演化、自動化運維和高容錯性這些優(yōu)點, 受到了大批互聯網公司的青睞。在保障軟件架構的靈活伸縮, 系統(tǒng)架構分布合理的同時, Docker容器的加入, 進一步降低了微服務的成本, 反過來也使得微服務和容器結合得越來越緊密。特別是云端平臺的興起, 加速了這種趨勢[1]。
1 設計架構的演變。
1.1 單體結構。
此時公司業(yè)務量比較小, 系統(tǒng)構建并不復雜, 所有的代碼, 數據庫, 文件都部署在一臺機器上, 對系統(tǒng)服務進行常規(guī)的應用服務和數據服務分離, 增加緩存可以滿足此時的訪問量。
1.2 集群結構。
公司業(yè)務逐漸增加, 用戶量增大, 服務器壓力也隨之增大, 高峰期已經不能滿足用戶的操作, 于是增加服務器分擔原有服務器的訪問和壓力, 同時有了負載均衡, 反向代理, 數據庫讀寫分離的應對方案。
1.3 分布式系統(tǒng)。
公司業(yè)務繼續(xù)發(fā)展, 用戶規(guī)模和業(yè)務復雜已經到了一個量級, 于是開始把一個系統(tǒng)拆成許多不同的應用, 每個應用進行獨立的開發(fā)、測試、運維, 應用之間通過消息隊列來進行數據分發(fā), 也可以訪問同一個數據存儲來構成一個關聯完整的系統(tǒng)。
1.4 微服務架構。
微服務架構以去中心化為特點。大規(guī)模用戶的使用需求, 對分布式系統(tǒng)的'要求很高, 并且業(yè)務快速發(fā)展, 迭代周期很短, 子系統(tǒng)也不需要如原來企業(yè)計算分布式那樣采用集中式存儲, 通常采取前后端分離的方式, 使單個業(yè)務系統(tǒng)組件化, 不同的服務之間采用輕量級的交互機制進行交互, 使各個子系統(tǒng)做到有效分割, 結合Docker容器, 使得微服務能進行實際的應用。
2 微服務的特性。
2.1 微服務架構的優(yōu)勢。
2.1.1 降低復雜性。
微服務架構通過分解單體式應用為多個服務方法, 降低了系統(tǒng)的復雜性, 多個子系統(tǒng)的分離實現了組件化, 一個個組件成為可管理的分支或服務, 使其通過模塊化的方式呈現出來。通過微服務這種架構模式, 讓單個服務更容易開發(fā)和維護。
2.1.2 部署的獨立性。
每個微服務都具備相對獨立的運行進程和業(yè)務處理的能力, 所以每個微服務的安裝和部署都可以獨立進行。在傳統(tǒng)的架構中, 如果要對某一程序內的某一功能區(qū)進行變更, 就需要對整體架構進行統(tǒng)一的重新建設, 并進行重新部署。而微服務架構在變更時, 由于其單個微服務的獨立性, 不需要對整個應用進行編譯和部署, 這大大提高了效率, 也降低了對系統(tǒng)環(huán)境所造成的風險, 縮短了原有的時間操作周期。
2.1.3 容錯性高。
在傳統(tǒng)單一的構架中, 如果某一組的應用功能發(fā)生故障, 那么系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性就會受到影響, 子系統(tǒng)出現故障, 影響會在其他的子系統(tǒng)中蔓延, 輕的后果是會導致局部的系統(tǒng)受到影響, 部分業(yè)務無法得到處理, 嚴重的后果是導致整個應用系統(tǒng)的崩潰。在微服務構架中, 由于單個服務的獨立性, 所以故障的影響可以控制在單個的應用中, 并不會對其他的服務造成影響, 而且微服務中有提前審計的功能, 有多種機制可以保證應用運行的穩(wěn)定[2]。
2.1.4 技術靈活。
微服務構架有多種技術的選擇, 常見的Java, Node Js, Python, React Native都可以實現具體的微服務邏輯, 也可以混合使用。通過對技術的合理選擇, 節(jié)省成本的同時, 做到專業(yè)分工。在使用不同的技術對微服務架構進行整合和部署的過程中, 由于微服務的相對簡單, 在升級的時候面臨更小的破壞風險, 微服務的技術重構也更具有可行性[3]。
2.1.5 易擴展。
微服務的架構中, 系統(tǒng)的獨立性比較強, 保證了系統(tǒng)的擴展性也比較強, 其擴展的方向也相對較多, 在橫向的擴展中可以使相同維度的業(yè)務實現無縫銜接, 當不同的組件間接口出現差異的時候, 其獨立性也可以大大降低銜接的復雜性。在縱向的方向上, 組件化也使得多個維度的業(yè)務能有序地進行數據交互, 微服務架構的特點大大降低了擴展風險。
2.2 微服務架構面臨的問題。
微服務的復雜性主要體現于分布式這種架構方式上。由于應用的是分布式系統(tǒng), 給開發(fā)時帶來了天然的系統(tǒng)復雜性。開發(fā)者需要在RPC或消息傳遞之間選擇進程間通信機制, 更甚于開發(fā)者必須平衡消息傳遞過快或者過慢的問題, 顯然這加大了服務的復雜性[4]。
另一個挑戰(zhàn)是數據庫分區(qū)架構。在微服務的應用中, 應用需要同時服務多個數據庫。No SQL數據庫和信息代理的機制的系統(tǒng), 并不支持分布式交易, 這對開發(fā)者帶來了很高的挑戰(zhàn)。
3 容器技術。
容器技術的使用, 使得微服務器架構中所面臨的壓力得到很大程度上的緩解。容器技術的特點為微服務構架提供了落地的機會, 其中的內核機制可以實現不同的容器之間的聯系, 容器之間資源也能實現完全的隔離, 它們中有一個典型的代表—Docker。
容器技術的高速發(fā)展為計算機的云計算問題提供了解決的可能, 現在多重容器技術都已經成為容器的標準規(guī)范。Linux容器具有較多的功能, 也實現了十分規(guī)范的管理。微服務通過將單個應用程序分解, 實現了組件化, 又通過Kubemetes等技術將原有的集群統(tǒng)一地編織在一起, 提供應用的部署、維護、擴展機制等功能, 實現對不同容器的有效管理[5]。
Docker是容器技術中的代表, 特點體現在具有標準的鏡像結構, 實現了對不同資源實行不同存儲的功能, 也能滿足大規(guī)模的托管服務, 對于有主機集群的云服務平臺, 通過分解應用構建、發(fā)布等方式實現對云計算技術的開發(fā), 在實現云計算平臺的構建的同時, 還可以進行優(yōu)化和自動化維護環(huán)境, 使得工作的效率能夠得到有效的提升, 在降低成本的同時, 滿足了微服務架構所需要的資源。
Docker的體系中, 最關鍵的有兩個, Docker Register和Docker Engine, 前者負責構建和分發(fā)應用鏡像, 后者負責構建容器。這種組合方式, 是云服務的軟件即服務 (Software as-a-Service, Saa S) 理念, 用戶可以在各自的數據中心內建立私有的Docker Register, 形成屬于自己的私有集群, 以應對大規(guī)模的應用擴展需求[6]。Docker很像一個集裝箱, 通過Lxc技術先進行整合鏡像, 再集中匯總進行分發(fā)。
普通的虛擬機與容器技術有一定的相似性, 但是容器技術在很多細節(jié)和虛擬機并不相同。虛擬機建立在硬件平臺上, 而容器技術建立在操作系統(tǒng) (Operating System, OS) 上, 可以把容器看作是虛擬機輕量化的實現。Docker在實現應用隔離的同時, 沒有虛擬機必須的虛擬化管理層, 對比虛擬機太長的啟動時間, 容器的啟動與停止可以在毫秒級這個范圍內啟動。比較這些特性, Docker容器顯然更勝虛擬機一籌。
4 基于容器的微服務應用。
Docker的細粒度松散耦合和微服務架構相得益彰。我們可以讓Docker容器裝載這樣一個場景功能, 按照不同的角色分類, 每一個容器里裝一個服務和應用, 一個服務器中運行多個容器, 也可以將多個容器分散到多個服務器上運行。整個項目架構按照業(yè)務邏輯的規(guī)劃以細粒度的方式分散到了各個Docker中, 并可以根據Rest接口的方式進行整合聯動[7]。一個典型的例子可以是負載均衡層、綜合業(yè)務服務層、單業(yè)務服務層、存儲層。這種多分層的方式, 可以很好地保證容器對微服務的支持, 高效地保證每一層服務的運行。當然, 這種應用方式也是有些許弊端, 在架構設計的前期, 需要花費較多時間來進行詳細的系統(tǒng)分析和邏輯劃分。
5 結語。
微服務架構和容器的結合在程序開發(fā)中應用已經成為一種新的開發(fā)方式, 通過不同的微服務實現業(yè)務架構的粒度化, 通過不同的容器承載不同的業(yè)務, 為用戶提供更多的開發(fā)選擇。微服務構架中采用容器技術后, 一方面更加微型化;另一方面容器使微服務開發(fā)更加的便捷。這種開發(fā)方式將隨著時間的推移越來越流行。
參考文獻
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