如何避开陷阱，设计一个成功的微服务架构？

Posted 2021-04-14 InfoQ

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微服务是近几年非常火热的架构设计理念，我们需要正确理解微服务，否则如果只是跟风拿来就用，既不会用，也用不好，用了不但没有效果，反而还可能有副作用。

今天我们就来深入理解微服务，如何避开陷阱，设计一个成功的微服务架构。

微服务的陷阱

1. 服务划分过细，服务间关系复杂

服务划分过细，单个服务的复杂度确实下降了，但整个系统的复杂度却上升了，因为微服务将系统内的复杂度转移为系统间的复杂度了。从理论的角度来计算，n 个服务的复杂度是 n×(n-1)/2，整体系统的复杂度是随着微服务数量的增加呈指数级增加的。下图形象了说明了整体复杂度：

粗粒度划分服务时，系统被划分为 3 个服务，虽然单个服务较大，但服务间的关系很简单；细粒度划分服务时，虽然单个服务小了一些，但服务间的关系却复杂了很多。

2. 服务数量太多，团队效率急剧下降

微服务的“微”字，本身就是一个陷阱，很多团队看到“微”字后，就想到必须将服务拆分得很细，有的团队人员规模是 5~6 个人，然而却拆分出 30 多个微服务，平均每个人要维护 5 个以上的微服务。

3. 调用链太长，性能下降

由于微服务之间都是通过 HTTP 或者 RPC 调用的，每次调用必须经过网络。一般线上的业务接口之间的调用，平均响应时间大约为 50 毫秒，如果用户的一起请求需要经过 6 次微服务调用，则性能消耗就是 300 毫秒，这在很多高性能业务场景下是难以满足需求的。

4. 调用链太长，问题定位困难

系统拆分为微服务后，一次用户请求需要多个微服务协同处理，任意微服务的故障都将导致整个业务失败。然而由于微服务数量较多，且故障存在扩散现象，快速定位到底是哪个微服务故障是一件复杂的事情。

5. 没有自动化支撑，无法快速交付

如果没有相应的自动化系统进行支撑，都是靠人工去操作，那么微服务不但达不到快速交付的目的，甚至还不如一个大而全的系统效率高。

6. 没有服务治理，微服务数量多了后管理混乱

信奉微服务理念的设计人员总是强调微服务的 lightweight 特性，并举出 ESB 的反例来证明微服务的优越之处。但具体实践后就会发现，随着微服务种类和数量越来越多，如果没有服务治理系统进行支撑，微服务提倡的 lightweight 就会变成问题。

针对这些问题，我来介绍一下微服务架构最佳实践的方法。

服务粒度

针对微服务拆分过细导致的问题，我建议基于团队规模进行拆分。我认为微服务拆分粒度的“三个火枪手”原则，即 1 个微服务 3 个人负责开发。

3 个人负责开发一个系统，系统的复杂度刚好达到每个人都能全面理解整个系统，又能够进行分工的粒度。

从团队管理来说，3 个人可以形成一个稳定的备份，即使 1 个人休假或者调配到其他系统，剩余 2 个人还可以支撑。

从技术提升的角度来讲，3 个人的技术小组既能够形成有效的讨论，又能够快速达成一致意见。

“三个火枪手”的原则主要应用于微服务设计和开发阶段，如果微服务经过一段时间发展后已经比较稳定，处于维护期了，无须太多的开发，那么平均 1 个人维护 1 个微服务甚至几个微服务都可以。当然考虑到人员备份问题，每个微服务最好都安排 2 个人维护，每个人都可以维护多个微服务。

拆分方法

基于“三个火枪手”的理论，我们可以计算出拆分后合适的服务数量。根据目的的不同灵活地选取不同的拆分方式。接下来我一一介绍常见的拆分方式。

1. 基于业务逻辑拆分

这是最常见的一种拆分方式，将系统中的业务模块按照职责范围识别出来，每个单独的业务模块拆分为一个独立的服务。

基于业务逻辑拆分虽然看起来很直观，但在实践过程中最常见的一个问题就是团队成员对于“职责范围”的理解差异很大，经常会出现争论，难以达成一致意见。例如：假设我们做一个电商系统，第一种方式是将服务划分为“商品”“交易”“用户”3 个服务，第二种方式是划分为“商品”“订单”“支付”“发货”“买家”“卖家”6 个服务，哪种方式更合理，是不是划分越细越正确？

导致这种困惑的主要根因在于从业务的角度来拆分的话，规模粗和规模细都没有问题，因为拆分基础都是业务逻辑，要判断拆分粒度，不能从业务逻辑角度，而要根据前面介绍的“三个火枪手”的原则，计算一下大概的服务数量范围，然后再确定合适的“职责范围”，否则就可能出现划分过粗或者过细的情况，而且大部分情况下会出现过细的情况。

例如：如果团队规模是 10 个人支撑业务，按照“三个火枪手”规则计算，大约需要划分为 4 个服务，那么“登录、注册、用户信息管理”都可以划到“用户服务”职责范围内；如果团队规模是 100 人支撑业务，服务数量可以达到 40 个，那么“用户登录“就是一个服务了；如果团队规模达到 1000 人支撑业务，那“用户连接管理”可能就是一个独立的服务了。

2. 基于可扩展拆分

将系统中的业务模块按照稳定性排序，将已经成熟和改动不大的服务拆分为稳定服务，将经常变化和迭代的服务拆分为变动服务。稳定的服务粒度可以粗一些，即使逻辑上没有强关联的服务，也可以放在同一个子系统中，例如将“日志服务”和“升级服务”放在同一个子系统中；不稳定的服务粒度可以细一些，但也不要太细，始终记住要控制服务的总数量。

这样拆分主要是为了提升项目快速迭代的效率，避免在开发的时候，不小心影响了已有的成熟功能导致线上问题。

3. 基于可靠性拆分

将系统中的业务模块按照优先级排序，将可靠性要求高的核心服务和可靠性要求低的非核心服务拆分开来，然后重点保证核心服务的高可用。具体拆分的时候，核心服务可以是一个也可以是多个，只要最终的服务数量满足“三个火枪手”的原则就可以。

这样拆分带来下面几个好处：

• 避免非核心服务故障影响核心服务

• 核心服务高可用方案可以更简单

• 能够降低高可用成本

4. 基于性能拆分

基于性能拆分和基于可靠性拆分类似，将性能要求高或者性能压力大的模块拆分出来，避免性能压力大的服务影响其他服务。常见的拆分方式和具体的性能瓶颈有关，可以拆分 Web 服务、数据库、缓存等。例如电商的抢购，性能压力最大的是入口的排队功能，可以将排队功能独立为一个服务。

以上几种拆分方式不是多选一，而是可以根据实际情况自由排列组合，例如可以基于可靠性拆分出服务 A，基于性能拆分出服务 B，基于可扩展拆分出 C/D/F 三个服务，加上原有的服务 X，最后总共拆分出 6 个服务（A/B/C/D/F/X）。

基础设施

大部分人主要关注的是微服务的“small”和“lightweight”特性，但实际上真正决定微服务成败的，恰恰是那个被大部分人都忽略的“automated”。为何这样说呢？因为服务粒度即使划分不合理，实际落地后如果团队遇到麻烦，自然会想到拆服务或者合服务；如果“automated”相关的基础设施不健全，那微服务就是焦油坑。

微服务基础设施如下图所示：

看到上面这张图，相信很多人都会倒吸一口凉气，说好的微服务的“轻量级”呢？都这么多基础设施还好意思说自己是“轻量级”，感觉比 ESB 还要复杂啊？

确实如此，微服务并不是很多人认为的那样又简单又轻量级。要做好微服务，这些基础设施都是必不可少的，否则微服务就会变成一个焦油坑，让业务和团队在里面不断挣扎且无法自拔。因此也可以说，微服务并没有减少复杂度，而只是将复杂度从 ESB 转移到了基础设施。你可以看到，“服务发现”“服务路由”等其实都是 ESB 的功能，只是在微服务中剥离出来成了独立的基础系统。

虽然建设完善的微服务基础设施是一项庞大的工程，但也不用太过灰心，认为自己团队小或者公司规模不大就不能实施微服务了。第一个原因是已经有开源的微服务基础设施全家桶了，例如大名鼎鼎的 Spring Cloud 项目，涵盖了服务发现、服务路由、网关、配置中心等功能；第二个原因是如果微服务的数量并不是很多的话，并不是每个基础设施都是必须的。通常情况下，我建议按照下面优先级来搭建基础设施：

1. 服务发现、服务路由、服务容错：这是最基本的微服务基础设施。

2. 接口框架、API 网关：主要是为了提升开发效率，接口框架是提升内部服务的开发效率，API 网关是为了提升与外部服务对接的效率。

3. 自动化部署、自动化测试、配置中心：主要是为了提升测试和运维效率。

4. 服务监控、服务跟踪、服务安全：主要是为了进一步提升运维效率。

以上 3 和 4 两类基础设施，其重要性会随着微服务节点数量增加而越来越重要，但在微服务节点数量较少的时候，可以通过人工的方式支撑，虽然效率不高，但也基本能够顶住。

以上内容节选自李运华新书《从零开始学架构》——教你系统地学习架构实战。

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