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一个经过优化的微服务架构案例

前言

大家都知道，基于单体（Monolith）和微服务（Microservice）架构的争论已经存在多年，正如我们对胖客户端、瘦客户端孰好孰坏的争论一样，有必然的历史演化，也有各自的优缺点。架构师们总是在考虑，我们是要一个中心化、全能多才的单体，还是百花齐放、各自为政的微服务群体，各种基于成本、交互、部署等等的讨论应该不会停下脚步。这里，我们不做过多的深入探讨和介绍，而本文正是这些讨论中的一个很好的例子，供大家思考。

Joakim Tengstrand 近期在他的推特上提到，看到 Robert C. Martin（Bob 大叔）多年前描述的基于 JAR 包微服务的不足之处，于是写下了这篇有趣的称为 微单体 （micro monolith）的文章，并在Git上发布了基于 Java 和 Clojure 的两种源码包供下载。接下来将逐一介绍微单体的概念、工作方式、各自的优缺点、示例、实践等环节。

微单体是什么

用成千上万或数百万行代码来编写高质量的软件，可能是开发人员所能承担的最具挑战性和最复杂的任务之一。Tengstrand 利用软件模块化这种非常简单的方式，实现了一个方案并期望能有助于完成这项挑战，提供了基于 Java 和 Clojure 的代码供参考。

随着系统变得越来越大，最终会达到一个临界点，作为一个单体（ monolith ）它变得难以管理。每一行代码的添加，都会让系统变得更加难以理解、变更和重用。虽然 微服务 （ microservice ）试图解决这些问题，但也带来了额外的复杂性以及集成的成本。

微单体架构的核心原则是保持硬件、软件和数据紧密地结合在“一个地方”。这样处理可以简化事情，摆脱不必要的协调工作。如果我们从同一个地方直接访问数据，性能也会得到改善。当设计系统时，可以像微服务一样使用小的、孤立的、可组合的构建块（building blocks），又可以像单体一样通过一个地方执行它们，就能从两方面都达到最优。

从上面的介绍可以看出，单体就像一个胖服务，微单体利用微服务架构的优势将处理工作从逻辑上分拆出去，在此基础上增加一层调度（编排服务）来管理所有的微服务。这样一来，使得业务的完整性和一致性得到了较好的保证，也解决了跨服务集成的问题。用一个简单的例子来描述，单体就好像把所有的文件放在了一个文件夹里，微服务则试图将它们分类并放在不同文件夹中，而微单体的方法是生成了一个叫做 development 的文件夹，里面保存了所有文件的快捷方式（shortcut），这样更易于根据不同的业务场景来管理和访问这些“文件”。

如何工作

在版本控制系统里为每个服务生成一个项目，这样可以得到各自的 JAR 包（假设在 JVM 上运行，或者类似平台）。它们就是构成系统的构建块，并最终组成整个生产系统。生成一个 development 项目，通过服务把所有源代码连接起来，这样就可以在里面直接运行源代码，就像是只有这一个项目一样。

接下来介绍微单体架构的优缺点：

优点

简单性（关注点分离，代码直接调用，消除了网络 API 的复杂度）
卓越的性能（没有访问服务的网络调用）
模块化、可组合的服务（在不同的系统中重复利用）
跨服务事务的数据一致性（无需考虑最终一致性）
减少 DevOps 和硬件/托管的费用（在单机上运行的系统）
易于测试（可以对整个系统进行一体化测试）
更快和更有效的开发体验（跨服务导航、重构和调试 + 变更无需重建服务）

缺点

必须在所有服务中使用相同的编程语言（*）
development 项目需要一些额外的设置（创建符号链接 symbolic links）
操作系统必须支持符号链接 symbolic links
共享相同路径的资源在所有服务中必须具有唯一的名称（它们有不同的内容）
IDE 内置的版本控制失效（因为微单体架构可能不支持 IDE）
（*）并没有强迫只使用一种编程语言，目标是要让 development 项目发挥其优势（例如跨服务的重构和调试），这时最好的选择是使用一种语言。其次是混合使用，可以使用在同一个平台（比如 JVM）上运行的语言，像 Java、Scala、JRuby、 Clojure（如果使用本地接口 JNI ，还可以选择 C），但如果一个服务做了变更，就需要生成一个新的 JAR 包并共享给其他服务。

上面介绍了微单体方法的概念，还没有提到它是如何在实践中工作的，现在让我们通过 Java 和 Clojure 的两个示例来进行演示。所有示例的代码可以在这里找到。注：在实际系统中，它们被存储在单独的资源库里并且彼此隔离，这里为了方便起见，它们被存储在同一个资源库中。

下面 Java 和 Clojure 的例子会实现相同的“解决方案”，利用一个假造的 REST API 来编排一些服务，并暴露findaddresses，douserstuff 和 domoreuserstuff 供调用。

Java - 示例代码

Java 是一种流行语言，这里将展示在面向对象语言里的微单体架构是什么样子的。

在处理 development 项目时，你在大部分时间里会是一个开发人员。虽然所有的服务都被存为各自独立的项目（ Git ），这里我们通过一个技巧，利用符号链接把所有源码“放到”一个单独的项目中。IDE 并不关心地址是“真正的”还是一个链接，都采用箭头来标记它们（至少在这个例子里是这样的）：

一个经过优化的微服务架构案例

项目在本地check out后，这些链接在 Linux 或 Unix 上马上就能工作。如果是其它平台，可以参考这样类似的脚本，手动地创建 development 项目。

建立了这个项目，通常意义的甚至跨服务的开发环境所具备的调试、重构和搜索等等方面的好处，我们都可以实现。这一点非常强大并且节省了时间，每次代码变更不需要重建服务，这样使得工作流程非常高效和快乐。

依赖性

在设计系统时，需要决定是否允许服务获得外部库（external libraries）具体实现的信息。在本文的例子里，我们选择信息透明，最好在所有服务中使用相同版本的外部库。

另一种选择是通过在内部服务与外部库之间添加接口来集成，这样一个服务就不用知道具体库的信息，比如 log4j-1.2.17.jar，只需要生成一个接口 log4j-api，这样编排服务（orchestrator service）就能把它注入到所需的服务中去了。

编排服务（The orchestrator service）

编排服务就是把所有服务都放到一起的那个服务。一个系统可以有多个编排服务，这里的例子只有一个 RestService ，它依赖地址，电子邮件和用户这几个服务，并在 pom.xml 里进行指定。

如果服务 A 需要调用服务 B 里的函数 f，可以通过编排服务把函数 f 注入到服务 A 中。这里没有强制要求一次只注入一个函数，但是这样做可以降低服务间的耦合，增加可变性（changeability）和可测性（testability）。我们将使用“微注入”这个术语，特指一次只注入一个函数的意思。

测试

微单体架构鼓励让测试变得简单、容易，就像微服务一样，要让每个服务的独立测试更方便。相比于微服务，微单体就像一体化部署在一台机器上一样，它让测试变得更加的简单（比如本例的 REST API ）。

例子里包含了一个测试数据生成器，它帮助我们在已知的状态下建立数据库。可以存在一个用户表和一个地址表相关联，然后就得到一个 UserService 和一个 AddressService。测试数据生成器可以方便地设置数据库的已知状态，这有助于编写集成测试。这可以在某个服务中完成并且实现跨服务调用，例如 AddressServiceTest 和 UserServiceTest 。

Clojure - 示例代码

Clojure 是一个功能强大的语言，能在 JVM 上运行。下面将展示在 Clojure 这样的函数式语言中如何使用微单体架构。所有 Clojure 代码可以在这里找到。

它的 development 项目看起来是这样的：

一个经过优化的微服务架构案例

Clojure 版本的结构基本类似 Java 版本，但函数都存储在不同命名空间而不是类中，也不需要像Java一样为地址和电子邮件服务添加额外的 API 层。Clojure 版本更加简洁，可以用大约 200 行代码实现 Java 里 400 行代码能完成的工作。

Clojure 里的微注入会更简单，可以用宏注入（inject macro）的方式来注入函数。这里的例子里，在命名空间 rest.service 的第8行，就是用函数 email/send-pdf-email! 替换了原来的 user.service/send-pdf-email! 。

实践经验

Tengstrand 和他的团队已经把微单体架构应用到了一个真正的生产系统。他们搭建了这样一个架构，每一个服务在 Git上有各自的资源库。迁移到微单体是非常顺利的，要做的就是 丢弃 30% 的代码 ，并把所有 REST 服务调用替换成简单的函数调用。这个过程中消失的不仅仅是 REST 部分，还有很多复杂的状态和错误处理。

从一开始，就像生产环境一样设置开发环境，每个服务就是一个 Java 存档（JAR 文件）。缺点是每次的服务变更，必须重建这个 JAR 文件，以便它可以供其他服务使用。另一个缺点是，我们必须重新启动 REPL （是的，使用的是Clojure！），这样做耗费了时间并把在 REPL 上工作的一些快乐也带走了。

于是，Tengstrand 的团队想出了新的方法来设置 development 项目，只需启动一次 REPL ，然后可以继续工作而不会被打断，这样一来开发人员就幸福多了。另一件事是，他们意识到服务里有一些灰色标记的死掉（dead）的代码，现在也可以去掉了。

另一个设计上的选择是采用 Datomic 数据库，它真的与微单体架构很适用，既简单又强大。你可以在这里了解它的更多架构细节。

他们使用测试数据生成器来处理几乎所有的服务，让集成测试更简单。之前他们发现可以改进服务中的一些变量和函数的命名，但更改之前必须手动搜索和替换所有的服务，这样做费时又容易出错。最后他们并没有做这些小的改动，而是通过development 项目，利用 IDE 对重构的支持瞬间就做到了变量和函数的重命名。