从 MVC 到微服务，技术演变的必经之路

编者按：近两年很火的微服务是什么？它的发展经历了什么？为什么微服务突然变得很火？拥有十二年互联网经验的郭理靖将在本文为你解答，他将以自己的实践经验为大家介绍微服务的来龙去脉，以下是对他演讲的内容整理。

郭理靖，十二年互联网、六年云计算行业开发经验，曾是云服务开发者，现在是各类云服务的深度使用者，曾任北京同仁堂国际 CTO、京东云平台高级总监。曾在金山、淘宝、盛大就职。目前担任北京简网 CTO，负责产品与技术部门。

架构模式演进

CGI 模式

图 1 

CGI 出现于 1993 年，图 1 是 CGI 模式比较简单的结构图。

MVC 模式

开源电商软件等都是采用 MVC 模式，MVC 模式是做软件开发必学和必经历的一个阶段。

图 2

1970 年提出了 MVC 的概念，当时的主机和客户端早已凸显了这个概念。如图 2 所示，这是一个 MVC 模式的标准框架，做一个电商网站时，会把订单、用户、物流信息整合起来，做一个单体服务。

90 年代正是 Java 的时代，MVC 模式在这个时期开始变火。开发者把 MVC 的实践引入 Java  世界。这个模式大放异彩后，各种语言都在借鉴。

SOA 模式

图 3

单体服务之后是 SOA 标准化（图 3 ），在 SOA 里面比较重要的是 Service bus。在企业架构里它起到很关键的作用，主要用来沟通各个服务组件，就像高速公路一样，用来连接所有的村庄。

经过 MVC 模式后，单体模式开发速度很快，网民的速度增长也很快，服务器接收的请求越来越多，慢慢需要做拆分才出现了 SOA 概念。虽然 1983 年提出了 SOA 的概念，但国内绝大部分企业至少是在 2000 年之后才开始 SOA 化。

Microservices 模式

图 4

图 4 是 Microservices 的架构图，每个 Host 里面都有一个服务，它是独立的。Microservices 于 2005 年出现，到现在仍备受关注和讨论。一个概念由提出到落地，有很深层次的原因，具体后文分析。

何时使用微服务？

图 5

微服务并不能解决所有问题，所以一定要慎重考虑何时采用微服务。这张图（图 5 ）很常见，单体服务的开发速度、代价都是比较低的，只有业务复杂到一定程度的时候才适合采用微服务。微服务其实是一个理念和框架，它对团队的要求比较高，首先团队所有成员都要认可这个事情，认可微服务的理念和治理框架，否则执行过程中会有很多问题。

图 6

单体服务是把所有东西都部署在一块，如图 6 所示，这是最简单的单体服务。在一定阶段下，简单代表高效，所有东西部署在一起时，整个过程的沟通效率会提高。

提到微服务时首先会提到康威定律，即当开发一个新的架构时，组织架构图跟软件架构图是极其相似的。举例说明，一个最简单的 APP 开发架构包括移动端和服务端，如果把后台服务的人进行角色分层，会有运维、前端、做中间商业逻辑的后台开发者，就会发现软件架构跟组织架构很相似。对微服务进行的拆分，其实也是对人员组织架构和角色职能的拆分。这两者是很相似的。

为什么 API 很重要？

微服务里面最重要的是 API ，API 是服务公开化的方法，它是服务价值的精华体现。API 一定要可靠、可用、可读，前两点大部分人都能做到，但是可读性，很多团队却做得很差。许多国内开发出来的开发系统文档可读性很差，看完之后可能还需要跟对方人员沟通。然而，无论是给内部开发，还是给外部用户提供服务，都不希望产生更多的沟通。

出现这种情况的原因在于程序员本身的特性，程序员是写程序的。很多程序员认为写文档不如写程序有快感，这对于很多人来说是一种挑战，也是一件很枯燥的事情。可是，对于公众来说，文档却很重要，就像要成为一个好的架构师就要有良好的沟通能力，要做好微服务，API 可读性很重要。

API 的设计永远只有一次机会，特别是像七牛这类做对外服务的云服务厂商。API 设计完之后，一直都会有人调用，由于无法知道谁正在调用 API ，就无法让对方停用，从而无法升级。所以 API 只有一次机会，发布后就定了型。例如京东的部门不算多，但是 API 发布之后有很多部门在调用。团队做升级时，会通知所有部门停用 API 并且要升级的事情。但在升级完成之后，还是会有部门询问 API 为什么不通了？所以要符合可靠可用这两点，只有一次机会。

API Gateway

通常在企业里用的是 API Gateway ，因为它们可以直连。用这个方式有几个优点：

• 一些通用的事情可以在 Gateway 上面做，包括所有API的请求调用量、请求响应时间、4xx 和 5xx 等错误出错数，这些东西可以通过日志或者其它方式很实时展现出来。

• 所有的服务其实都需要负载均衡，可以在 API Gateway 统一做一些规则、限流。

API 的设计要素

• 版本号

永远要清楚谁调了哪一个版本的 API 。虽然 API 发布只有一次机会，但有版本号之后能有所防备，做版本升级或版本兼容性的时候会更容易。

• RequstID

RequstID 可以有效地提高效率，并在后台加快 Bug 复查和定位问题。给客户端的请求都有ID ，客户端发现有问题或者返回失败时，直接把 RequstID 给服务器端，服务器端拿 RequstID 到后台日志里查，就可以定义到问题。实际上从客户端发过来的一个请求，在后台经过了十几个微服务。而这十几个微服务调用的上下文串联和跟踪的工作，都需要一个 RequstID ，能够从请求端开始，往后去传递，每个人都要记录 RequstID ，出现问题时，把微服务的日志拉出来，就可以很快定位问题的来源。

• 安全认证和 Signature

要知道谁调了什么东西，并且保证被调的东西不被篡改。外部调动 API 时都会做安全认证，但是内部调用时不一定会做安全认证。但往往很多时候事情的发展都是出乎意料的，有可能因为老板的决定或者业务的变化，API 需要对外开放，如果前期做了安全认证，就可以避免很多麻烦。

• 文档可读性

一定要写好文档，不论是对客户、领导还是外部用户，文档写得漂亮更能彰显性能的优点。

• Error Code 和 Message 的问题

以前有两个流派的 Error Code 和 Message 的展现方式。第一种是调用一个请求，对方把错误码写在 HTTP 的 Code  里面，可能用 400、404、409。第二种调法是客户端给服务端发了一个请求，返回 200，在 Body 里面有一个真正的 Code ，通过观察这个 Code 来判断调用是否成功，不成功就会通知 Error Message 。经过几年的实践后推荐使用第二种，因为在微服务相互调用时，它的协议不仅仅局限于 HTTP ，可能是其它方式的调用，直接用这个协议表示这种方式的调用状态并不合适，相反在里面表示一个状态会更好。

图 7

图 8

做一个案例分析，如图 7 所示是一家公司的架构图，野蛮生长的时候更注意的是功能的效率。架构很简单，没有服务需要进行小拆分，都是放在一起形成一个大块整体。前期功能性开发很快，但到了一定阶段后，不管是调用效率还是开发效率都会显现出不足之处。所以进行一个拆分，把大块的拆成十几个、二十几个（如图 8 所示）。基本上每家在做架构升级时，都会把一堆大的东西拆成小的，即微服务；而把四个变六个，就是微服务的架构升级。

然而在升级的过程中，也会存在一些「战争」，如下：

1. 效率与规则的战争。
2. 习惯与规范的战争。
3. 迭代与优化的战争。
4. 产品与开发的战争。
5. 业务爆发与服务能力的战争。

业务爆发有两种：

一种是用户量、请求量上来了，服务却跟不上；

其次是是业务模式增加，需要开发更多的功能，但是开发更多功能时，却会导致服务能力和服务质量的下降。

微服务变火的原因

十年前的技术到近几年才开始变得很火的原因，需要从微服务的优劣势进行分析，主要是以下几个原因：

第一，微服务有按需伸缩的特点。按需伸缩是微服务的优点也是它的缺点。它的缺点是会带来部署与监控运维的成本，每个部署都要监控要运维，每个微服务后面都包含一个缺点。

第二，每个微服务都可以独立部署，但它的缺点是增加机器数量与部署成本。

第三，业务独立。微服务的业务很独立，但有服务依赖、治理、版本管理、事务处理的缺点。

第四，技术多样性。它带来的成本是环境部署成本，因为每个语言环境不同。以及约定成本，和跨语言如何调，都是成本。

微服务如何治理？

当了解微服务的优缺点之后，自然会考虑到如何治理微服务，可以通过以下几点进行治理：

第一，运行状态治理。监控、限流、SLA 、LB 、日志分析，都有一些成熟的开发组件，现在有开源版本的也有云端服务，比如做性能监控的 APM SaaS 等。限流不需要做多么复杂的东西，SLA 自己有日志分析就可以。

第二，服务注册与发现，现在已有一些比较完善的解决方案。

第三，部署。部署和布置上的成本大部分被解决了，不管是用容器还是虚拟机，都可以快速部署、快速复制镜像，再进行扩容。当本机上的线上环境所有服务都布好了，在本地开发是最方便的，且不依赖于其他同事提供服务软件。

第四，调用。注重安全、容错、服务降级、调用延迟。 

服务注册

服务注册有两种方案：第一种是客户端发现，第二种是服务端发现。这两种方案是很主流的方案，都有各自的优缺点。下面就是对这两种方案的介绍。

客户端发现

首先分析客户端发现。所有的路由表信息存在客户端，客户端知道应该调用哪台机器设备的哪个微服务后，再去做相应的 Load Balance ，比如微服务有四个服务，每个服务的权重都推送到客户端里，客户端再决定调用哪个服务。客户端拥有所有微服务的服务器列表和端口，每个客户端和 Service Registry 都会保持一个长连接，常见做法是每个客户端和 Service Registry 建立一个连接，当微服务后台增加或减少一个微服务，都可以实时地通知客户端。但是这个方案也存在优缺点。下面就是对其优缺点的分析。

优点：快，可以直接跟微服务直连。

缺点：

• Service Registry 很多时候会成为一个瓶颈，当客户端越多瓶颈越明显，任何一个微服务有更新，都必须通知所有客户端，对实时性的要求比较高。
• 升级痛苦。因为微服务嵌在客户端，很难知道哪些内部用户是用哪个版本的 API ，同时也很难约定大家在同一个时间升级。
• 维护成本高。

服务端发现

服务端发现，通常的服务范围是，所有对外提供服务的接口，七牛用的也是这个方式，因为有成千上万个客户端，不可能把路由表写在七牛的客户端上面。当然这种方式也存在优缺点。

优点是：所有的服务可控。增加或删除一个服务时，不需要通知客户端，所有客户端可以脱离管控范围。

缺点：

• 治理效率和瓶颈是一个很难的问题。
• 标准的 HTTP 协议问题不大，如果是自定义协议会很麻烦，需要做的工作会很多。

微服务的部署

平台

微服务的部署和治理跟云平台没有必然的联系，用微服务并不意味着只能用容器，仍然可以用 IaaS 、 PaaS 、老的数据中心等平台，这个跟基础设施并没有多大的关系，但使用容器可以更好的解决某些方面的问题。

手段

部署方式一般分为手动部署和使用脚本来自动化部署。大公司有基础设施自动化、应用部署自动化平台，一点按钮就可以完成测试、打包、上线、监控、部署，但是小公司基本上没有这种基础设施建设。目前还没有公司把基础设施建设进行开源，因为每个公司的基础设施自动化测试不同，业务场景不同，所以不一定适用。

应用的自动化部署。 2010 年 PaaS 很火，很多人想把这个部署做成自动化。因为当部署应用特别方便的时，大家才愿意做拆分。管理一台机器，部署一件事情、一个服务，跟部署十个是有明显的时间成本的，如果时间成本降低，大家更愿意进行拆分。

还有一种方式是 Image 的部署。把虚拟机打包成一个镜像（它的扩展很迅速），常见做法是镜像里面不放代码而是放脚本。每次部署一个新的用户服务时，需要到上面取一个最新的包来部署新的工作，而不是把代码放上去。因为镜像的制作成本比较高，更新麻烦。

容器和微服务

近几年微服务突然变火，其实跟容器有很大的关系。

第一容器够小，可以解决微服务独立部署的问题，解决微服务对机器数量的诉求。

第二容器独立，可以解决多语言的问题。

第三是开发环境与生产环境相同，针对非 Windows 开发者，如果使用容器技术，就比较容易使本机的开发环境与生产环境相同。Windows 开发者需要自己部署一台服务器，保持服务器跟线上相同。当一个公司里面有多语言时，有一个镜像就容易解决这个问题。

第四是容器效率高，省钱。

第五是代码和 image 一体化。简网以前以服务为核心，每个服务的管理体系比较难做，现在用 Docker 后可以把 image 做完，再把服务和 image 做一一对应后，管理就可以实现一体化。

第六是容器的横向扩展。容器很容易横向扩展，但纵向扩展对公司来说更有意义。从整个公司的层面来看，机器利用率并不好，这是一个客观存在的问题，当时的技术无法解决问题，因为要多少机器是业务决定的，运维并没有决策权。此时，可以把内存和 CPU 做一个动态调整，最初，可以调低一点，当增上来之后再进行扩容。

但是这样做仍然存在一些问题。

第一是 Image 管理问题，有很多服务做，但是谁真正有资格做 Image 管理呢？Image 镜像越来越多，如果开放给所有人，每发布一个升级就多一个镜像，那这是需要治理的。

第二是系统安全管理问题，在 KVM 里面套一个 Docker ，用 KVM 做隔离，这样做，不仅加强了安全性，又利用了 Docker 快速部署、快速开发微服务管理的体系，系统安全上，短期内无解，但在公司内部运用还可以。

第三是授权管理问题，授权管理很多时候是特指数据库，如果服务是有状态的，扩容的时候需要做数据库授权，这个授权的操作和管理是有难度的，特别是发布后发现系统有漏洞，管理的难度很高。

第四是系统成熟度问题，虽然现在 Docker 很火，但整体来说系统成熟度没有达到理想的状态，运用过程中多少会出现一些问题。

第五是社区成熟度问题，Docker 在两三年的时间内突然变热，但社区成熟度是需要时间沉淀的。

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