释放微服务的力量：揭示API的好处、挑战和最佳实践

译者 | 李睿

审校 | 重楼

在当今快节奏的软件开发环境中，微服务已经成为一种流行的架构模式。但是什么是微服务呢?简而言之，微服务是一种将应用程序构建为通过轻量级协议进行通信的松散耦合、细粒度服务的集合的方法。这种架构风格使企业的团队能够独立地开发和部署服务，为软件开发过程提供灵活性和可扩展性。

微服务背后的基本思想是将应用程序分解为更小的、自包含的服务，每个服务负责特定的业务功能。以网上购物应用程序为例，微服务架构允许用户将搜索、购物车、支付和订单历史记录等不同的功能识别为独立的服务，而不是将整个应用程序视为一个整体的实体。这些服务可以单独开发和维护，从而促进代码模块化，并增强整个系统的灵活性。

微服务的历史

微服务是如何产生的呢?当一些软件架构师认识到许多公司面临的共同挑战：构建太大而无法有效管理的系统时，微服务的概念得到了关注。他们意识到，超出定义边界的系统在进行更改时会产生独特的问题。因此，重点从维护现有组件转移到构建可替换的系统。这种观点的转变催生了微服务方法。

微服务已经被广泛采用，世界各地的公司都在积极采用这种架构风格。拥有大规模系统的企业发现，微服务是管理复杂性和提高可扩展性的有效解决方案。这些企业可能有数十个、数百个甚至数千个微服务和谐地协同工作。

要点

通过将应用程序组织到微服务中，企业的团队可以获得一些好处。首先，微服务支持独立的发布周期。每个服务都可以自主地开发、测试和部署，从而减少依赖并实现更快的迭代。此外，团队可以更容易地利用现成的服务，因为微服务允许与外部组件无缝集成。

虽然微服务提供了许多优势，但它们也带来了一些挑战。仔细设计服务接口对于维护松耦合并将其视为公共API至关重要。在单个服务中拥有相同服务的多个版本或多个接口，以确保向后兼容性，并最大限度地减少对现有用户的干扰，这种情况并不少见。这种方法需要缜密的计划和对细节的关注。

微服务的另一个关键方面是信息隐藏的概念。每个微服务都封装了自己的功能，并且只向外部世界公开了一个最小的、定义良好的接口。这促进了可以独立更改的组件和难以修改的组件之间的清晰分离。轻量级协议（例如REST API或消息传递队列）的使用允许微服务在保持其内部实现细节隐藏的同时进行高效通信。

微服务的好处

微服务在软件开发行业中越来越受欢迎，因为它们提供了许多好处。这些优点有助于实现更高层次的目标，例如速度、安全性和规模。以下探讨采用微服务架构的一些关键优势：

• 更快的编译和构建时间：使用微服务，开发人员可以体验到更快的构建和编译时间，这显著地加快了整个开发过程。
• 更快的部署、更小的可部署规模：微服务允许每个组件的单独部署，导致更小的可部署规模。这意味着与单片应用程序相比，将更改或更新部署到特定服务所需的时间更少。
• 自定义部署节奏：每个微服务都可以独立部署，使企业能够遵循自定义部署时间表。这种灵活性允许团队按照自己的节奏发布更新和特性。
• 自定义部署监控：微服务为关键服务提供了细粒度监控和额外检查的优势。通过为每个微服务配置不同的监控策略，企业可以确保最佳的性能和可靠性。
• 独立和可配置的自动化测试：微服务允许独立和可配置的自动化测试。这意味着可以为每个微服务执行不同的测试，从而减少测试整个应用程序所需的时间和精力。
• 跨语言支持：微服务架构允许为不同的服务使用不同的技术和编程语言。这种灵活性允许开发人员选择适合每个微服务特定需求的最佳工具和技术。
• 更简单的API：微服务强调细粒度API的开发，这促进了服务之间清晰高效的通信。定义良好的API可以更容易地集成和组合系统内的不同服务。
• 水平扩展：微服务被设计为水平扩展，允许特定服务根据其需求独立扩展。这种可扩展性方法减少了资源消耗，并实现了经济高效的可扩展性。
• 故障隔离：微服务通过分离服务提供安全机制，防止重大系统故障在整个应用程序中级联。这种故障隔离可以确保一个服务中的故障不会影响其他服务的正常运行。
• 可理解性：微服务由于其较小的代码基数，有助于更好的代码可维护性和可理解性。开发人员可以专注于特定的服务，从而在需要时更容易理解和修改代码。
• 成本优化：通过在低级实例上运行不同的应用程序组件，微服务允许企业在不影响性能的情况下优化成本。硬件需求的灵活性为选择经济有效的解决方案提供了更多的自由。
• 分布式开发：微服务促进组件的独立开发，这对分布式团队特别有利。开发人员可以处理单独的服务，从而支持并行开发和更快的迭代周期。
• 技术自由：微服务使企业能够更容易地采用和试验新技术。每个微服务都可以作为新技术的试验场，从而降低在单片应用程序中采用这些技术的风险。
• 独立决策：开发人员可以自由地为每个微服务做出有关编程语言、库和工具的决策。这种自主权促进了分布式决策，并使开发人员能够根据他们的特定需求选择最佳解决方案。
• 消除不必要的依赖：微服务有助于识别和消除组件之间不需要的依赖。通过解耦服务，企业可以将某些服务的使用限制在应用程序的特定部分，从而提高整体的模块化和可维护性。

微服务的挑战

与任何其他解决方案一样，微服务也有其缺点和局限性。以下讨论微服务架构的一些缺点：

• 更高的资源开销：当一个应用程序被分成多个组件，每个组件作为一个单独的服务运行时，它需要这些组件之间通过网络进行通信。这会导致网络流量、延迟和I/O使用增加，从而导致更高的资源开销。此外，单独运行每个组件会消耗更多的CPU和内存资源，进一步增加资源需求。
• 调试困难：在微服务环境中，故障排除和调试变得更具挑战性。当请求失败时，开发人员需要访问处理请求所涉及的多个服务的日志，以确定失败的原因。服务的这种分布式特性使得调试更加复杂和耗时。
• 集成测试：将系统分解为微服务需要构建一套全面的集成测试，以确保每个组件的兼容性和可用性。编写和维护这些测试既耗时又耗费资源，因为它涉及到测试多个服务之间的交互。
• 一致性和事务：微服务架构经常导致数据分散在整个系统中。虽然这种分离有助于解耦和独立性，但它使维护一致性和执行需要跨多个服务进行原子更改的事务操作变得具有挑战性。
• 分歧：微服务架构中的不同服务可能使用不同版本的库，包括不兼容或过时的库。依赖关系的分歧使得执行系统升级和解决问题（包括软件漏洞修复）变得困难。
• 技术债务可解决性：在每个组件由不同团队拥有的分布式系统中，解决技术债务变得更具挑战性。跨多个团队协调和确定债务解决的优先级可能既复杂又耗时。
• 可观察性：在微服务架构中管理多个应用程序在收集和利用系统事件、日志、跟踪和指标方面引入了额外的复杂性。确保适当的可观测性，需要从所有应用程序收集信号并使其可用于分析，这可能是一项重要的工作。
• 可能的重复和重叠功能：在分布式开发环境中，多个组件执行相似的角色并不罕见。需要在系统内设置清晰的边界，以避免重复，并确保组件具有良好定义的职责。
• 所有权和责任：由于不同的团队维护和开发独立的组件，这使得定义明确的所有权合同变得至关重要。所有权定义了与开发请求、安全性、支持问题和维护工作相关的责任。

什么时候应该使用微服务

微服务架构在各种场景下都能很好地工作：

• 多个独立工作的开发人员：企业经常采用微服务，以允许更多的开发人员在同一个系统上工作，而不会产生冲突。通过适当的架构和组织边界，微服务支持独立工作并减少交付争用。
• 可扩展性和增长：快速增长的公司，尤其是那些规模达到100人以上的公司，会发现使用一个一致性强的微服务架构更容易适应增长。根据需要扩大或缩小服务的能力提供了对系统可扩展性的经济有效的控制。
• 软件即服务(SaaS)应用：微服务非常适合需要全天候运行和频繁更新的SaaS应用。微服务的独立发布能力简化了变更的推出，并且可以根据需求进行扩展。
• 云平台兼容性：微服务可以有效地与云平台协同工作，充分利用各种可用的服务和部署机制。用户可以根据特定需求选择最合适的云服务，例如将一些服务部署为功能，将其他服务部署为托管虚拟机，以及将一些服务部署在托管平台即服务(PaaS)平台上。
• 面向未来变化的灵活性：微服务架构为系统演化提供了灵活性。虽然这是有代价的，但它允许用户为未来的更改保留选择，并轻松采用新技术或方法。

微服务小贴士

以下是一些关键的建议：

• 不要太早引入微服务：如果产品仍然定义松散，或者可能会发生重大变化，最好避免过早使用微服务架构。在开发的早期阶段，可能会有许多更改，从单一应用程序开始，然后随着定义清晰的业务功能和边界而逐渐将其拆分，这样可以减少不必要的工作，并在组件之间建立适当的接口。
• 不搞一刀切：每个公司都是独一无二的，采用微服务的决定应该考虑团队规模、分布和地理等因素。小型的本地团队可能会发现采用单一应用程序就足够了，而地理上分散的团队则可以从多个微服务的灵活性中受益。
• 针对故障的设计：在微服务架构中，组件之间存在大量交互，通常是通过远程调用和事件。这增加了失败的可能性，例如网络超时或客户端错误。在构建系统时要考虑故障场景，并计划不同的处理方法。
• 投资自动化：拥有更多独立的组件，严格的检查和自动化成为确保服务之间稳定集成的必要条件。投资于可靠的自动化对于实现高度的可靠性和安全的变更部署至关重要。
• 避免分层：虽然根据组织结构拆分应用程序似乎很方便，但这并不总是最好的方法。与其相反，应该定义清晰的领域和业务功能，围绕这些领域和业务功能构建代码，并关注组件如何相互交互。这种方法可能需要更多的努力，但是在系统组成和灵活性方面的回报是值得的。
• 投资集成测试：对微服务之间的集成进行全面的自动化测试是必不可少的。确保各种服务无缝地协同工作。
• 考虑向后兼容性：保持更改向后兼容以确保安全部署非常重要。版本控制等技术可以在引入新特性时帮助管理兼容性。

例子

微服务提供的灵活性、可扩展性和模块化使它们成为构建大型复杂系统的热门选择。以下是微服务在不同行业中应用的几个例子：

• Netflix：Netflix使用微服务架构构建了自己的流媒体平台。每个组件(如用户管理、推荐引擎和视频流)都作为单独的微服务实现。这使他们能够独立地扩展系统的不同部分，并快速适应不断变化的需求。
• 优步：优步的平台建立在微服务的基础上，可以处理各种功能，例如用户管理、乘车预约、实时跟踪、支付处理和司机调度。微服务使它们能够处理高流量、分配工作负载和快速引入新特性。
• Airbnb：Airbnb利用微服务为其住宿预订平台提供动力。不同的微服务处理属性列表、搜索和过滤、预订、支付和消息传递等功能。微服务允许Airbnb有效地扩展其系统，并提供无缝的预订体验。
• Spotify：Spotify采用微服务为数百万用户提供个性化的音乐流媒体服务。它们使用微服务来实现用户认证、音乐推荐、播放列表管理和音频播放等功能。这种模块化架构帮助他们快速迭代，并为用户提供个性化的体验。
• 亚马逊：亚马逊的电子商务平台严重依赖微服务。每个服务处理特定的功能，例如产品目录、库存管理、支付处理、客户评论和订单履行。微服务使亚马逊能够扩展其平台，处理高流量，并提供无缝的购物体验。

结论

微服务提供灵活性、可扩展性和独立开发，使它们成为各种情况下有价值的架构。但是，企业有必要评估自己的具体情况，并将其与微服务带来的好处和挑战相结合，以确定微服务是否适合自己的应用程序。

原文标题：Microservices Decoded: Unraveling the Benefits, Challenges, and Best Practices for APIs，作者：Piyush Tripathi