深入浅出 -- 系统架构之微服务架构常见的六种设计模式

面向服务的架构（SOA）

面向服务的架构（SOA）是一种设计方法，也是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。

SOA凭借其松耦合的特性，使得企业可以模块化的增加新服务或更新现有服务，以解决新的业务需要，提供选择从而可以通过不同的渠道提供服务，并可以把企业现有的或已有的应用作为服务，从而保护了现有的IT基础建设投资。

不同种类的操作系统，应用软件，系统软件和应用基础结构相互交织，这便是IT企业的现状。一些现存的应用程序被用来处理当前的业务流程，因此从头建立一个新的基础环境是不可能的。企业应该能对业务的变化做出快速的反应，利用对现有的应用程序和应用基础结构的投资来解决新的业务需求，为客户，商业伙伴以及供应商提供新的互动渠道，并呈现一个可以支持有机业务的构架。

一个使用SOA的企业，可以使用一组现有的应用来创建一个供应链复合应用这些现有的应用通过标准接口来提供功能。

优点：

松耦合、可扩展：将应用程序拆分为独立的服务，可独立开发、部署和扩展，更具灵活性和可维护性。

可重用性：设计和实现具有高度的可重用性。通过定义清晰的服务接口和契约，服务可在不同的应用程序和业务流程中被重复使用，提高开发效率和代码的可维护性。

　　组合性：SOA架构强调服务的组合性，即通过组合多个服务形成更复杂的业务流程。这使得系统能够以灵活的方式组织和管理不同的服务，以满足不断变化的业务需求。

　　跨平台互操作性：使用标准化的通信协议和接口，如SOAP、REST等。这使得不同平台和技术之间的服务可以进行互操作，提升了集成能力。

缺点:

复杂性：引入了更多的组件和通信机制，增加了系统的复杂性。设计和管理大量的服务和服务间的依赖关系需要仔细的规划和治理。每个ESB产品有差异，自身实现较为复杂，应用服务粒度大，ESB整合了所有的服务、协议和数据转换，使得运维、测试、部署困难；所有服务通过一条通路通信，降低了通信效率。

性能开销：由于SOA架构中的服务通信通常是通过网络进行的，因此会引入一定的性能开销。网络延迟和通信协议的解析可能会对系统的性能产生影响。

服务治理：SOA架构需要有效的服务治理机制来管理和监控服务。服务的发现、版本控制、安全性和可靠性等方面的管理需要投入一定的资源和精力。

依赖管理：SOA架构中的服务间存在依赖关系，如果某个服务发生变化或故障，可能会影响其他依赖于该服务的组件和应用程序。因此，需要有效的依赖管理和错误处理机制。

微服务架构

微服务架构基于分布式和SOA架构的思想衍生而来。微服务架构采用一套小服务来开发单个应用，每个服务基于单个业务功能构建，运行在自己的进程中，使用轻量级的通信机制，通常采用HTTP RESTful API（Restful API 是利用HTTP请求访问或使用数据的应用程序接口），能够通过自动化部署机制来独立部署。这些服务可以使用不同的编程语言来实现，以适应不同的数据存储技术，并保持最低限度的集中式管理。微服务架构的示例如图：

六种常见的微服务架构设计模式：

1、聚合器微服务设计模式

这是一种最常见也最简单的设计模式：

聚合器调用多个服务实现应用程序所需的功能。它可以是一个简单的Web页面，将检索到的数据进行处理展示。它也可以是一个更高层次的组合微服务，对检索到的数据增加业务逻辑后进一步发布成一个新的微服务，这符合DRY原则。另外，每个服务都有自己的缓存和数据库。如果聚合器是一个组合服务，那么它也有自己的缓存和数据库。聚合器可以沿X轴和Z轴独立扩展。

2、代理微服务设计模式

这是聚合模式的一个变种，如下图所示：

在这种情况下，客户端并不聚合数据，但会根据业务需求的差别调用不同的微服务。代理可以仅仅委派请求，也可以进行数据转换工作。

3、链式微服务设计模式

这种模式在接收到请求后会产生一个经过合并的响应，如下图所示：

在这种情况下，服务A接收到请求后会与服务B进行通信，类似地，服务B会同服务C进行通信。所有服务都使用同步消息传递。在整个链式调用完成之前，客户端会一直阻塞。

因此，服务调用链不宜过长，以免客户端长时间等待。

4、分支微服务设计模式

这种模式是聚合器模式的扩展，允许同时调用两个微服务链，如下图所示：

5、数据共享微服务设计模式

自治是微服务的设计原则之一，就是说微服务是全栈式服务。但在重构现有的“单体应用（monolithic application）”时，SQL数据库反规范化可能会导致数据重复和不一致。

因此，在单体应用到微服务架构的过渡阶段，可以使用这种设计模式，如下图所示：

在这种情况下，部分微服务可能会共享缓存和数据库存储。不过，这只有在两个服务之间存在强耦合关系时才可以。对于基于微服务的新建应用程序而言，这是一种反模式。

6、异步消息传递微服务设计模式

虽然REST设计模式非常流行，但它是同步的，会造成阻塞。因此部分基于微服务的架构可能会选择使用消息队列代替REST请求/响应，如下图所示：

SOA架构与微服务架构对比

微服务架构优点：通过服务的原子化拆分，以及微服务的独立打包、部署和升级，小团队的交付周期将缩短，运维成本也将大幅度下降；微服务遵循单一原则，微服务之间采用Restful等轻量协议传输。

微服务架构的缺点：微服务过多时，治理成本高，不利于系统维护；分布式系统开发的技术成本高（容错，分布式事务等）