原文: https://makeoptim.com/service-mesh/architecture

• 單體架構(gòu)
  • 簡(jiǎn)單架構(gòu)
  • 讀寫分離與緩存
  • 動(dòng)靜分離
• 集群架構(gòu)
• 分布式架構(gòu)
• SOA
• 微服務(wù)
• Service Mesh
• 小結(jié)

本文是 Service Mesh 系列文章的第一篇，旨在通過(guò)介紹互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)過(guò)程，幫助大家理解微服務(wù)(Microservices)以及服務(wù)網(wǎng)格(Service Mesh)的概念和出現(xiàn)的原因。

互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品往往具備用戶量大、高并發(fā)、PB 級(jí)別的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等特點(diǎn)，同時(shí)還需保證系統(tǒng)的高可用和彈性伸縮。面對(duì)用戶的需求，還需要快速迭代。這些都迫使系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)生從簡(jiǎn)到繁的演進(jìn)?；ヂ?lián)網(wǎng)架構(gòu)先后經(jīng)歷了單體架構(gòu)、集群架構(gòu)、分布式架構(gòu)、SOA、Microservices、Service Mesh。

單體架構(gòu)

架構(gòu)的發(fā)展都是由簡(jiǎn)到繁，單體架構(gòu)在歷史的潮流中也經(jīng)歷了多次的演變。

簡(jiǎn)單架構(gòu)

早期互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品用戶量少，并發(fā)量低，數(shù)據(jù)量小，多數(shù)只需要單個(gè)應(yīng)用服務(wù)器可以滿足需要，而數(shù)據(jù)庫(kù)和文件服務(wù)部署在外部單個(gè)服務(wù)器上，這就是早期的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，如下圖所示：

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特點(diǎn)：

• 所有的功能集成在一個(gè)項(xiàng)目工程中
• 所有的功能打一個(gè) war 包部署到服務(wù)器
• 應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫(kù)分開(kāi)部署
• 通過(guò)部署應(yīng)用集群和數(shù)據(jù)庫(kù)集群來(lái)提高系統(tǒng)的性能

優(yōu)點(diǎn)：

• 項(xiàng)目架構(gòu)簡(jiǎn)單，前期開(kāi)發(fā)成本低，周期短，小型項(xiàng)目的首選

缺點(diǎn)：

• 全部功能集成在一個(gè)工程中，一旦出現(xiàn)故障，無(wú)法轉(zhuǎn)移，在升級(jí)維護(hù)中也必須進(jìn)行停機(jī)，可用性低，對(duì)于大型項(xiàng)目不易開(kāi)發(fā)、擴(kuò)展及維護(hù)
• 系統(tǒng)性能擴(kuò)展只能通過(guò)擴(kuò)展集群結(jié)點(diǎn)，成本高、有瓶頸
• 技術(shù)棧受限

讀寫分離與緩存

隨著業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，訪問(wèn)量和數(shù)據(jù)量快速膨脹，應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器性能瓶頸越來(lái)越明顯。單體服務(wù)總是資源有限，而單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)流量越來(lái)越大，數(shù)據(jù)的訪問(wèn)性能也明顯下降。

為了降低數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)壓力，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫分離、分庫(kù)分表等優(yōu)化。

• 讀寫分離：將數(shù)據(jù)庫(kù)分為主從數(shù)據(jù)庫(kù)，從庫(kù)實(shí)時(shí)同步主庫(kù)的更新內(nèi)容。寫請(qǐng)求訪問(wèn)主數(shù)據(jù)庫(kù)，讀請(qǐng)求訪問(wèn)從數(shù)據(jù)庫(kù)。
• 分庫(kù)分表：把原本存儲(chǔ)于一個(gè)庫(kù)的數(shù)據(jù)分塊存儲(chǔ)到多個(gè)庫(kù)上，把原本存儲(chǔ)于一個(gè)表的數(shù)據(jù)分塊存儲(chǔ)到多個(gè)表上。

讀寫分離和分庫(kù)分表在一定程度上分解了數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)壓力。

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如下特征：

• 大部分的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)只集中于數(shù)據(jù)中的一小部分
• 有些數(shù)據(jù)是需要經(jīng)常讀取，但是更新很少
• 有些數(shù)據(jù)是訪問(wèn)量非常大的數(shù)據(jù)塊

這些情況下我們就需要引入緩存層, 如果訪問(wèn)命中緩存，既能減小數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)壓力，又可以提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能。緩存的發(fā)展也是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由本地緩存到緩存集群，由單點(diǎn)到高可用。

• 本地緩存可以提供快速訪問(wèn)，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，無(wú)法保證高可用。
• 緩存集群可以提供高可用、可共享、大容量的存儲(chǔ)，緩存層降低數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫 IO，有效提升系統(tǒng)響應(yīng)能力。

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動(dòng)靜分離

動(dòng)靜分離技術(shù)是將服務(wù)的靜態(tài)資源與后臺(tái)應(yīng)用進(jìn)行分開(kāi)部署，提高用戶訪問(wèn)靜態(tài)資源的速度，降低對(duì)后臺(tái)的訪問(wèn)壓力。

靜態(tài)資源一般放在 CDN 上，部署在網(wǎng)絡(luò)提供商的機(jī)房。用戶在訪問(wèn)靜態(tài)資源時(shí)，可以很好的利用 CDN 的優(yōu)點(diǎn)，從距離自己最近的網(wǎng)絡(luò)提供商機(jī)房獲取數(shù)據(jù)。

動(dòng)靜分離后，后端應(yīng)用更為服務(wù)化，更多的是提供 api 接口，前端可以通過(guò)更加專業(yè)的技術(shù)提高訪問(wèn)效率。但同時(shí)靜態(tài)文件的緩存更新以及前后端的更新成本都是動(dòng)靜分離所帶來(lái)的問(wèn)題。

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集群架構(gòu)

隨著用戶規(guī)模和業(yè)務(wù)量的不斷上漲，單個(gè)應(yīng)用服務(wù)器將出現(xiàn)性能瓶頸，對(duì)于 PB 級(jí)的數(shù)據(jù)和高并發(fā)用戶大流量訪問(wèn)，單一或者主備的數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)都已經(jīng)不能滿足需求，需要集群化來(lái)分擔(dān)負(fù)載。

當(dāng)數(shù)據(jù)規(guī)模達(dá)到一定規(guī)模，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)性能下滑非常嚴(yán)重，通過(guò)分庫(kù)分表也難以應(yīng)對(duì)，為了支撐海量數(shù)據(jù)和流量，出現(xiàn)了 NoSql 數(shù)據(jù)庫(kù)，它關(guān)注對(duì)數(shù)據(jù)高并發(fā)地讀寫和對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

應(yīng)用服務(wù)器從單體變?yōu)榧?，客戶端也不再是直接接入后端?yīng)用，而是轉(zhuǎn)而通過(guò)負(fù)載均衡設(shè)備代理后端多個(gè)服務(wù)器集群，一方面將訪問(wèn)壓力分?jǐn)偟搅硕鄠€(gè)后端應(yīng)用上，單個(gè)應(yīng)用不再是性能瓶頸，另一方面可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)路由，以及異常熔斷等特性。

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分布式架構(gòu)

隨著業(yè)務(wù)場(chǎng)景的復(fù)雜化，存儲(chǔ)規(guī)模越來(lái)越龐大。將業(yè)務(wù)進(jìn)行拆分并分而治之成為更好的選擇。大型的業(yè)務(wù)被細(xì)分為單個(gè)更小的子業(yè)務(wù)。例如對(duì)于電商系統(tǒng)，按功能維度我們可以拆分為商品中心，訂單中心，用戶中心，購(gòu)物車，結(jié)算等功能模塊。每一個(gè)子模塊由不同的業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。每個(gè)子業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行獨(dú)立開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)維。

隨著對(duì)業(yè)務(wù)場(chǎng)景越來(lái)越細(xì)的劃分，模塊越來(lái)越多，整個(gè)應(yīng)用的復(fù)雜度也越來(lái)越高，大量的獨(dú)立子應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立訪問(wèn)，導(dǎo)致后端數(shù)據(jù)庫(kù)的壓力越來(lái)越大，需要將各個(gè)子應(yīng)用的重疊邏輯再進(jìn)行抽取為獨(dú)立子服務(wù)，子應(yīng)用服務(wù)之間通過(guò) RPC 或者消息系統(tǒng)進(jìn)行相互通信，因此出現(xiàn)了分布式應(yīng)用。

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SOA

隨著應(yīng)用的更細(xì)力度的拆分，逐漸呈現(xiàn)了一個(gè)相互依賴、公共的模塊，這些模塊大都依賴于相同的邏輯或者功能代碼。這時(shí)候就需要把這些應(yīng)用的公用模塊提出來(lái)，采用獨(dú)立部署統(tǒng)一管理的方式，提高重用度，這就是服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)（SOA）。

SOA 是一種理念，它的主要特性：面向服務(wù)的計(jì)算，服務(wù)之間松散耦合，支持服務(wù)的封裝，服務(wù)注冊(cè)和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)。SOA 并沒(méi)有定義出具體的實(shí)現(xiàn)方式，目前一種主要的實(shí)現(xiàn)方式是企業(yè)服務(wù)總線（Enterprise Service Bus，ESB），ESB 的根本目標(biāo)是解決異構(gòu)系統(tǒng)的連通性，通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換、消息解析、消息路由把服務(wù)提供者的數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)消費(fèi)者。所以 SOA 的中心化雖然重，但是會(huì)解決一些公用邏輯的問(wèn)題。

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微服務(wù)

SOA 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了松耦合，系統(tǒng)之間通過(guò)服務(wù)接口和 ESB 進(jìn)行交互。但這種拆分往往是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一種垂直拆分，拆分的子系統(tǒng)隨著業(yè)務(wù)的復(fù)雜耦合仍然面臨難以開(kāi)發(fā)和維護(hù)的問(wèn)題。因此更細(xì)粒度的拆分變得必要，將子系統(tǒng)功能進(jìn)一步拆分，變成一項(xiàng)項(xiàng)的服務(wù)。系統(tǒng)分布式架構(gòu)，服務(wù)去中心化實(shí)現(xiàn)，也即微服務(wù)的思想。

Martin Fowler 在 2014 年定義了微服務(wù)架構(gòu)的概念：微服務(wù)架構(gòu)是一種軟件系統(tǒng)風(fēng)格。這種架構(gòu)風(fēng)格就是把一組小服務(wù)演化成為一個(gè)單一的應(yīng)用的一種方法。每個(gè)應(yīng)用都運(yùn)行在自己的進(jìn)程中，并通過(guò)輕量級(jí)的機(jī)制保持通信，就像 HTTP 這樣的 API。這些服務(wù)要基于業(yè)務(wù)場(chǎng)景，并使用自動(dòng)化布署工具進(jìn)行獨(dú)立的發(fā)布。可以有一個(gè)非常輕量級(jí)的集中式管理來(lái)協(xié)調(diào)這些服務(wù)，可以使用不同的語(yǔ)言來(lái)編寫服務(wù)，也可以使用不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

微服務(wù)架構(gòu)通過(guò)業(yè)務(wù)拆分實(shí)現(xiàn)服務(wù)組件化，通過(guò)組件組合快速開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，業(yè)務(wù)單一的服務(wù)組件又可以獨(dú)立部署，使得整個(gè)系統(tǒng)變得清晰靈活。但是，大量的分布式服務(wù)又使得架構(gòu)實(shí)現(xiàn)面臨許多問(wèn)題。

• 服務(wù)注冊(cè)發(fā)現(xiàn)
• 服務(wù)統(tǒng)一入口
• 鑒權(quán)
• 負(fù)載均衡
• 服務(wù)配置的集中管理
• 熔斷
• 監(jiān)控
• …

所以在微服務(wù)架構(gòu)中除了業(yè)務(wù)服務(wù)組件外通常會(huì)引入服務(wù)注冊(cè)發(fā)現(xiàn)組件來(lái)進(jìn)行服務(wù)治理；引入服務(wù)網(wǎng)關(guān)來(lái)提供統(tǒng)一入口和鑒權(quán)；引入負(fù)載均衡組件來(lái)提供客戶端或服務(wù)器端的負(fù)載均衡；引入集中配置組件來(lái)提供服務(wù)集中管理；引入熔斷器組件來(lái)提供服務(wù)熔斷；引入服務(wù)追蹤組件來(lái)提供服務(wù)監(jiān)控等。因此微服務(wù)架構(gòu)是由這些基礎(chǔ)的服務(wù)組件和業(yè)務(wù)微服務(wù)組件共同組成，如下圖所示：

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Service Mesh

Service Mesh 是在微服務(wù)架構(gòu)盛行的必然產(chǎn)物。Service Mesh 可以說(shuō)是微服務(wù)架構(gòu)的一種實(shí)現(xiàn)，它提供了一種透明的、與編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)的方式，使網(wǎng)絡(luò)配置、安全配置以及遙測(cè)等操作能夠靈活而簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。Service Mesh 將開(kāi)發(fā)人員從服務(wù)之間的交互中釋放出來(lái)，專心維護(hù)業(yè)務(wù)邏輯。Service Mesh 是解決服務(wù)間通訊的基礎(chǔ)設(shè)施層，用于代理服務(wù)間的通信，來(lái)負(fù)責(zé)消息直接按需傳遞，開(kāi)發(fā)人員不再需要在考慮服務(wù)發(fā)現(xiàn)等非業(yè)務(wù)邏輯，服務(wù)治理也上升到統(tǒng)一的層面。從本質(zhì)上說(shuō)，Service Mesh 解耦了服務(wù)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)維工作。

Service Mesh 通常是通過(guò)一組輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)代理（Sidecar proxy），與應(yīng)用程序代碼部署在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需感知應(yīng)用程序本身。

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不同的業(yè)務(wù)之間通過(guò) Service Mesh 進(jìn)行通訊，Service Mesh 根據(jù)預(yù)先定義好的規(guī)則進(jìn)行流量治理：可以配置 A/B 測(cè)試，金絲雀發(fā)布，同樣也可以根據(jù) Service Mesh 的進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)。

微服務(wù)大量部署之后，每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的 Sidecar 自然就形成了一個(gè)網(wǎng)格， 如下圖所示：

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更多 Service Mesh 的知識(shí)點(diǎn)可以閱讀 什么是 Service Mesh（服務(wù)網(wǎng)格） 和 Istio。

小結(jié)

本文主要向大家介紹了互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)，幫助大家理解 Service Mesh 的概念和出現(xiàn)的原因。后續(xù)的文章，我們將通過(guò)理論和實(shí)踐相結(jié)合的形式繼續(xù)講解 Service Mesh，咱們下一篇見(jiàn)。