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Spring Cloud微服务架构必备技术

news 2025/10/14 23:52:36

单体架构

单体架构，也叫单体应用架构，是一个传统的软件架构模式。单体架构是指将应用程序的所有组件部署到一个单一的应用程序中，并统一进行部署、维护和扩展。在单体架构中，应用程序的所有功能都在同一个进程中运行，并采用同一种开发技术和开发语言实现。
单体架构通常由三个主要组件组成：

前端页面（User Interface）：由用户浏览器或应用程序客户端组成，负责渲染前端页面。
应用服务层（Application Service）：负责实现应用程序的主要业务逻辑和业务流程。
数据存储和持久层（Data Management）：负责对数据进行存储和管理，通常使用数据库或文件系统实现。
单体架构的优点包括：
部署和管理方便：由于应用程序的所有组件都在同一个进程中运行，因此部署和管理变得相对简单。
开发成本低：由于使用同一种开发技术和开发语言，因此开发人员不需要掌握多种不同的技术，降低了开发成本。
性能高：由于应用程序所有组件都在同一个进程中运行，因此避免了应用程序之间的通信和网络开销，提高了应用程序的性能。
不过，单体架构也存在一些缺点：
扩展性差，灵活性差：由于所有组件都在同一个进程中运行，当需要进行扩展时，只能对整个应用程序进行扩展，比较困难。
难以维护：由于应用程序所有组件都在同一个进程中运行，会造成代码或数据结构比较大，维护难度较高。
总之，单体架构适合小规模、相对简单的应用程序开发，但不适合大型、高并发的应用程序。

SOA架构

SOA（面向服务架构）是一种软件架构模式，它基于服务的概念来开发、部署、管理和使用应用程序和服务。该架构将应用程序拆分成相互独立的服务和组件，这些服务之间通过一个标准化的协议进行通信，并能够通过网络进行访问和使用。SOA提供了一种松散耦合的方式来组织和管理企业应用程序和服务，使得系统更加灵活、可扩展和可重用。
SOA架构包括四个主要组成部分：服务提供者、服务消费者、服务注册表和服务总线。服务提供者是提供服务的应用程序或系统，服务消费者是使用服务的应用程序或系统。服务注册表用于存储和管理服务信息，服务总线则用于管理服务间的通信。通过这些组件，SOA架构实现了服务之间的解耦合，并支持服务的动态组合和替换。
SOA架构的优点包括提高了应用程序的灵活性和可重用性、降低了应用程序和系统的耦合度、提高了系统的可扩展性和可维护性、提高了应用程序和系统的吞吐量和可靠性。SOA架构已经被广泛应用于企业级应用程序的开发和部署，例如金融服务、保险服务、电子商务、零售业等。
SOA的缺点是过分依赖消息总线，一旦消息总线down了，整体系统都会down了，而且随着服务的增加，消息总线的会越来越复杂，导致总体架构越来越重。
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微服务架构

微服务架构是一种软件架构模式，它将应用程序组织成一组小型、松耦合的服务。每个服务都可以独立部署、扩展和维护，并使用轻量级通信机制互相交互。这些服务通常优化为满足单一责任原则，这样它们可以更加容易被维护和替换。
微服务架构旨在解决传统单体应用程序面临的大规模和复杂性问题。它允许团队分离各自的工作部分，以便团队可以更快地创建和部署新功能。微服务架构还允许各团队使用不同的编程语言和技术堆栈，这样团队可以根据其专业领域进行选择。
微服务架构的优点包括：

更快的部署时间：小型服务更容易构建、测试、部署和维护。
更好的扩展性：每个服务可以独立扩展，而不影响应用程序其他部分的可用性。
更好的容错性：微服务架构的横向扩展可以避免单个服务包含所有的代码和数据，从而可以避免整个应用程序的故障。
更好的可维护性：微服务允许团队更轻松地维护特定服务，而不需要了解整个应用程序的结构和功能。

但是也有相应的缺点架构复杂性高，团队协作难度大，测试成本高，比如一个支付系统背后可能有几百个微服务和不同的团队，梳理出整个微服务架构很复杂，协作时为了能够获取对方的鉴权，需要耗费大量的时间调试代码，其中有一些不确定因素还需要通过猜想等方式解决，加大了开发和测试的成本。

什么是SringBoot

Spring Boot是一个用于简化Spring应用程序的创建和开发的框架。它基于Spring框架，提供了自动配置、约定优于配置和快速开发能力。Spring Boot可以帮助开发人员快速创建可部署的、生产级别的Spring应用程序，并且可以轻松地集成其他常用的Spring项目，如Spring Data、Spring Security、Spring Batch等。Spring Boot还提供了一套现代化的基于微服务的架构样板，让开发人员可以轻松地构建分布式系统。

什么是SpringCloud

SpringCloud组件

Eureka

Eureka是一种基于REST（Representational State Transfer）的服务发现工具，由Netflix开源。它为服务实例提供了一个可伸缩的、高可用的注册中心。Eureka允许服务实例在注册时通过REST API接口向Eureka服务器注册，Deregister以及心跳续租，同时Eureka会存储服务实例元数据，例如主机和端口号等。客户端可以查询此元数据并进行负载均衡。Eureka还提供了一些优秀的特性，例如故障处理、自我保护机制和区域感知等。在微服务架构中，Eureka是一个必不可少的组件之一。
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Ribbon

Ribbon 是 Netflix 开源的一个负载均衡器，用于帮助开发人员轻松地实现客户端负载均衡。Ribbon 架构基于 HTTP 和 TCP 协议，它主要用于将传入请求快速路由到多个不同的服务实例中，并在请求失败时自动实施备份机制。
Ribbon 通过引入客户端负载均衡来解决服务端负载均衡的问题。客户端负载均衡意味着每个客户端实例都会配置一个可用的服务实例的列表，然后通过负载均衡算法选择其中一个实例来处理请求。Ribbon 提供了多种可选的负载均衡算法，例如轮询、随机、权重、最少活跃连接等。
使用 Ribbon 可以大大提高微服务架构的灵活性和可用性，降低对特定服务的依赖性，从而使整个架构更加健壮和可靠。
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集中式负载均衡和客户端负载均衡
集中式负载均衡是一种网络架构模式，它通过在一台中心设备上集中管理网络流量，将请求分发到多个后端服务器，以实现负载均衡和高可用性。常见的集中式负载均衡器包括F5 BIG-IP、Citrix NetScaler、HAProxy、Nginx等。
在集中式负载均衡器的架构中，所有的数据流量都经过集中式设备，它会根据一定的算法（如轮询、加权轮询、IP Hash等）将请求分发给后端的服务器集群，使得每个服务器的负载均衡，从而提高系统的性能和可靠性。集中式负载均衡器还可以实现连接管理、会话管理、协议转换、测压测试等功能，为业务系统提供全面的网络服务。
而客户端负载均衡则是指在客户端设备上实现负载均衡，通过DNS、L7代理等方式将请求分发到多个后端服务器上。客户端负载均衡是一种轻量级的负载均衡方案，可以减少网络流量和服务器负载，但是由于客户端设备的限制，不适用于大规模的负载均衡场景。常见的客户端负载均衡器包括NGINX、Apache、LVS等。

微服务API网关：Zuul

Zuul是Netflix开源的一款API网关，主要用于微服务架构中的路由、过滤、负载均衡、安全等方面的处理。Zuul能够协调多个微服务提供的API，对外提供统一的接口。Zuul通过将请求路由到不同的服务实例、处理异常和故障等操作，保证了API的高可用性和稳定性。
Zuul的核心概念包括路由、过滤、可插拔性等。路由机制使得Zuul能够将请求路由到不同的微服务实例，同时能够应对服务故障等问题；过滤机制则在请求和响应之间进行拦截和处理，实现了API的安全验证、日志记录、性能统计等功能；可插拔性机制使得Zuul能够被集成到不同的框架和应用中，适应不同的场景和需求。
总之，Zuul是一个非常强大的异构微服务架构网关，可以为开发者提供快速且灵活的应用程序保障。
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微服务容错组件：Hystrix

Hystrix是Netflix开源的一个库，用于实现分布式系统中的隔离、容错和超时控制。它提供了线程池隔离、断路器、请求缓存、请求合并等功能，可以防止单个服务故障导致整个应用崩溃。Hystrix具有以下特点：

断路器模式：Hystrix使用断路器模式防止故障扩散和服务雪崩。
资源隔离：Hystrix通过线程池隔离和信号量隔离来保护应用。
实时监控：Hystrix提供仪表盘和实时监控功能，可以查看服务的健康状况和调用情况。
请求缓存：Hystrix可以通过请求缓存来避免重复请求。
请求合并：Hystrix还提供了请求合并功能，可以将多个请求合并成一个请求，减少网络传输的开销。

总之，Hystrix是一个非常实用的分布式系统容错框架，可以提高系统的可靠性和稳定性，并减少故障带来的影响。

服务雪崩

服务雪崩是指在分布式系统中，由于某个或者某几个服务出现故障或者不可用，导致大量请求集中到剩余的可用服务上，造成这些服务的负荷压力过大，甚至崩溃，最终导致整个系统的不可用。
服务雪崩是一种比较严重的问题，它会导致整个系统的瘫痪，对于在线业务来说，会造成巨大的经济损失和用户流失。通常，为了避免服务雪崩，我们需要对系统进行合理的容错和负载均衡设计，同时也可以采用一些技术手段来控制请求的并发量和压力，比如限流、熔断等。
为了预防服务雪崩，我们可以采取如下措施：

容错和负载均衡，在系统设计上，应该考虑到容错和负载均衡的问题，确保在某些服务发生故障时，整个系统能够自动地进行容错和负载均衡。
服务隔离，服务隔离是指将不同的服务或功能划分到不同的容器或虚拟机中，以避免因一个服务或功能的故障导致整个系统崩溃。通过服务隔离，可以实现服务之间的隔离、资源隔离和安全隔离。
限流和熔断：限流和熔断是常用的技术手段，可以对请求的并发量和压力进行有效的控制，避免系统失控。

应对雪崩常用的策略

服务回退

服务回退是指在服务出现故障或异常时，系统会自动或手动切换到备用服务或旧版本服务来保证业务的可用性和稳定性。服务回退可以帮助保障系统的高可用性，避免服务故障对业务造成的影响。一般来说，服务回退与服务降级都是保障系统稳定性的重要手段。

服务降级