微服务框架介绍与实现_黄小锋.doc

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1、电 脑 与 信 息 技 术 2016 年 12 月 Introduction And Implementation of Microservice Architecture 文章编号： 1005 1228（ 2016） 06 0014 03 微服务框架介绍与实现 黄小锋 1，张 晶 2 (1.中国电建集团国际工程有限公司，北京 100048； 2.京中电普华信息技术有限公司，北京 100192) 摘 要：相对于传统单块 架构，微服务框架具有技术选型灵活 、 独立按需扩展 、 可用性高等优点，更适合当前互联网时代需 求 。 但微服务架构的应用也会引入新的问题，如跨进程通讯 、 服务注册发现等 。

2、 文章在对传统框架和微服务框架进行分析 比较的基础上，给出了微服务框架的一种实现方案 。 该方案设计了微服务框架的整体架构，对微服务框架引入的关键问题 给出了解决方案 。 采用该实现方案进行业务系统开发，开发人员只需要关注微服务内部业务功能的开发，微服务之间的注 册 、 发现 、 监控由微服务框架完成，简化了系统开发的难度，提高开发效率 。 关键词：微服务框架；服务注册； 服务发现 中图分类号： TP311.5 文献标识码： A DOI:10.19414/ki.1005-1228.2016.06.005 HUANG Xiao-feng 1, ZHANG Jing2 (1.PowerChina

3、International group limited, Beijing 100048,China; 2.Beijing China Power Information Technology Co. Ltd, Beijing 100192,China) Abstract： Compared with traditional monolithic architecture, micro-service architecture has many advantages, such as flexible technology selection, independent scalability,

4、high availability and so on, more suitable for the current needs of the Internet age. But micro-service architecture will also introduce new problems, such as inter-process communication, service registration, service discovery. On the basis of analysis and comparison between the traditional framewo

5、rk and micro-service framework, this paper shows one implementation of micro-service framework. First, we designed the component of a micro-services architecture framework, then gave the solutions of some key issues that micro-service architecture introduces. With this implementation, developers onl

6、y need to focus on the development of business functions, service registration, discovery, monitoring provided by the framework to simplify the difficulty of system development and improve development effectiveness. Key words: microservice architecture ;service registration ;service discover 传统信息化系统

7、的典型架构是单块架构，即将应 用程序的所有功能都打包成一个应用，每个应用是最 小的交付 和部署单元，应用部署后运行在同一进程中 。 典型的单块架构应用，如基于传统 J2EE 平台所构建 的产品或者项目，它们存在的形态一般是 WAR 包或 者 EAR 包 。 单块架构应用具有 IDE 友好 、 易于测试和 部署等优势，但是，随着互联网的迅速发展和企业应用 范围的扩展，单块架构表现出一些不足 1： 代码庞杂，难于理解，新人上手困难； 维护困难，一般需要专门的维护团队，而且应用 越大，则维护人员越多，团队管理成本也越高； 功能升级困难：系统中任何程序的改变，都需要 对整个系统重新测试并部署； 技术

8、堆栈固化：只能采用统一的技术平台或产品 来解决所有问题，尝试新技术的代价太高； 扩展困难：单块架构系统由于单进程的局限性， 水平扩展时只能基于整个系统进行扩展，无法针对某 一个功能模块按需扩展 。 如何找到一种更有效的 、 更灵活 、 更适应当前互联 网时代需求的系统架构方式，成为大家关注的焦点 。 随 着微服务架构的出现以及在国内外的成功应用，基于 微服务框架构建系统应用成为一种新的选择 。 收稿日期： 2016-08-17 作者简介 ： 黄小 锋 （ 1981-） ， 男 ， 湖北荆州人 ， 高级工程师 ， 博士 ， 主要研究方向 ： 电力系统自动 化 、 电力系统优化调度 ； 张晶 (1

9、984-)， 女 ， 河北 保定人 ， 工 程师 ，硕士 ， 主要研究方向 ： 企业信息化 、 企业级应用开发平台 。 第 24 卷 第 6 期 0 1 6 年 12 月 电 脑 与 信 息 技 术 Computer and Information Technology Vol 24 No 6 Dec 2016 第 24 卷第 6 期 黄小锋等：微服务框架介绍与实现 15 1 微服务架构 微服务架构是一种架构模式，采用一组服务的方 式来构建一个应用，服务独立部署在不同的进程中，不 同服务通过一些轻量级交互机制来通信，例如 RPC、 HTTP 等，服务可独立扩展伸缩，每个服务定义了明确 的边界，

10、不同的服务甚至可以采用不同的编程语言来 实现，由独立的团队来维护 2。 相对于传统的单体应用架构，微服务架构通过将 功能分解到各个离散的服务实现对应用系统 的解耦， 具有明显的优势 3 4： 复杂度可控：每一个微服务专注于单一功能，代码 量小 、 复杂度低，服务之间通过接口通信，服务边界清晰 。 技术选型灵活：可以针对不同的业务服务特征选 择不同的技术平台或产品，有针对性的解决具体的业 务问题 。 独立部署：微服务运行在独立的进程中，当某个 微服务发生变更时，可独立进行部署，无需编译 、 部署 整个应用，使得服务发布更高效，同时降低对生产环境 所造成的风险，缩短应用交付周期 。 扩展：每个服务

11、可以根据实际需求独立进行扩展 。 容错：在微服务架构下，故障被隔离 在微服务内 部 。 可通过超时重试 、 多副本策略等机制实现应用层面 的容错，避免全局不可用 。 采用微服务架构也会引入新的问题：基于微服务 架构的应用是分布式系统，服务独立运行在不同的进 程中，需要有进程间通讯机制来支撑服务之间的交互； 应用由多个服务构成，每个服务可以有多个实例，当一 项服务存在于多个主机节点时，需要一套服务发现机 制，使服务调用端可以获取正确的服务地址 。 这些都是 在微服务框架实现时需要解决的问题 。 2 微服务框架设计 2.1 整体架构 微服务框架的整体架构，如图 1 所示 。 图 1 整体架构图 微

12、服务框架包括集成开发工具 、 基础开发框架 、 服 务运行管理 、 部署监控工具等四部分 。 集成开发工具：提供微服务的快速开发能力，内置 丰富的平台开发工具包 ，主要包括项目创建向导 、 可视 化界面设计器 、 编码与调试辅助工具 、 快速打包工具等 功能组件 。 基础开发框架：提供微服务开发的基础组件，包括 展现组件 、 序列化组件 、 日志管理组件 、 IOC 组件 、 持久 化组件 、 服务通信组件 、 缓存组件 、 嵌入式组件 、 和权限 管理组件等，整合开源成熟框架，屏蔽底层技术细节 。 服务运行管理：提供微服务运行时服务注册 、 服务发 现 、 服务路由及限流容错功能 。 部署监

13、控：提供微服务快速部署和监控功能，降低 部署成本 、 提高批量部署效率，建立一套独立的监控 、 告警 、 快速分析和定位问题的机制，提高运维服 务水平 。 2.1 服务注册发现 微服务架构是由一系列职责单一的细粒度服务构 成的分布式网状结构，一个服务可以多实例并存，这就 引入了服务注册发现问题，服务提供者要注册发布服 务地址，服务消费者要能发现目标服务，同时服务提供 者一般以集群方式提供服务，也就引入了负载均衡问 题 。 目前主要的服务注册发现方案有两种： （ 1）提供者服务发现 在服务提供者和服务消费者之间有一个独立的负 载均衡器，负载均衡器上有所有服务的地址映射表 。 当 服务消费者调用某

14、个目标服务时，向负载均衡器发送 请求，负载均衡器根据策略做负载均衡 后将请求转发 到目标服务 。 这种方式实现简单，服务消费者无需实现 服务发现逻辑，但系统中需要维护一个高可用的负载 均衡组件 。 另外，负载均衡组件在服务消费者和服务提 供者之间增加了一跳，有一定性能开销 。 （ 2）消费者服务发现 服务消费者要访问某个服务时，通过内置的负载 均衡组件向服务注册表查询目标服务地址列表，然后 以某种负载均衡策略选择一个目标服务地址，最后向 目标服务发起请求 。 这一方案需要一个服务注册表配合 服务注册和发现，一般采用高可用 、 分布式一致的组件 如 Zookeeper、 Consul、 Etcd

15、 等 来实现 。 原理如图 2 所示 。 图 2 消费者服务发现 和方案一相比，该方案将服务发现能力分散到每 一个服务消费者的进程内部，同时服务消费方和服务 16 电 脑 与 信 息 技 术 2016 年 12 月 提供方之间是直接调用，没有额外开销，性能比较好 。 微服务框架在实现时采用消费者服务发现的方式 。 3 框架实现 3.1 基础框架 目前流行的开源微服务框架主要有 Dropwizard 和 Spring Boot。 两个框架在实现技术上存在一定差异 5， 见表 1。 表 1 Dropwizard 和 SpringBoot 对比 框架 HTTP REST JSON Official

16、integration Service type sulServer 将信息提交 给 consulLeader， consulLeader 将 自身的数据复制给其他 的 consulServer， 实现 所有服 务 信息同步 。 当 微服 务 B 访问微服 务 A 时 ， 首先 从 con- sulServer 上获取微服 务 A 所有可用的服务地址 ， 根据 负载均衡策略选择一个进行访 问，访问的过程中通过 熔断器来进行超时容错处理 。 Consul 采 用 Go 语言进行编写 ，引入开源 的 con- sul-client 库实现 Java 对 Consul 的访 问 。 在微服务启动 的

17、时候进行服务注册 ， 注册代码如图 4 所示 。 Spring Boot Drop- Tomcat Spring Jetty Jackson GSON Json-sim ple 40+ Official Starter POMs for any purpose Hibernate Validator、 Guava、 Apache HttpClient、 HTTP/REST JMS Message Queuing SOAP Jetty Jersey Jackson wizard Jersey、 JDBI、 Freemarker、 Joda time、 Mustache HTTP/REST 4 结

18、束语 图 4 服务注册代码 Dropwizard 简单轻量，但第三方集成力度不足，社 区支持薄弱，很多关键特性如依赖注入需要开发者自 己实现 ； Spring boot 聚焦于 Spring 应用，可以借力 Spring 家族体系的其它成员，完成通信 、 数据访问等功 能，体系强大，社区活跃 。 Spring Boot 带来了一系列的 生态圈的集成，为微服务开发提供了基础 。 因此选择 Spring Boot 作 为基础框架 。 3.2 服务注册发现 消费者服务发现需要一个服务注册表，采用开源 组件 Consul 来实现 。 相对于 Zookeeper、 Etcd 等其它服 务注册组件， Co

19、nsul 具有以下优点 6：支持多数据中心 下分布式高可用的服务发现和配置共享；成员管理和 消息广播采用 Gossip 协议，去中心化；支持健康检查， 允许键值对存储；支持 ACL 访问控制 。 服务注册发现 的架构如图 3 所示 。 图 3 服务注册发现架构图 微服务启动时，将服务信息注册 到 consulClient， consulClient 将 注 册 信 息 提 交 给 consulServer， con- 本文对目前流行的微服务框架进行分析，提出了 一种微服务框架的实现方案 。 该方案设计了微服务框 架的功能架构，重点分析了微服务架构所带来的服务 注册 、 服务发现问题，并给出了实

20、现方案 。 基于该微服 务框架进行业务系统开发，开发人员只需要关注微服 务内部业 务功能的开发，微服务之间的注册 、 发现及监 控部署由微服务框架完成，简化了系统开发难度，提高 开发效率 。 参考文献： 1 Chris Richardson Introduction to Microservices EB/OL https: /www . nginx . com/blog/introduction-to-microservices/ ， 2015- 05-19. 2 Martin Fowler,James Lewis. Microservices EB/OL. http:/mart- 3 K

21、etan Parmar. Microservice Architecture - A Quick Guide EB/OL. http:/www. kpbird. com/2014/06/microservice-archi- tecture-quick-guide.html,2014-06. 4 Chris Richardson. Introduction to Microservices EB/OL. https: /www . nginx . com/blog/introduction-to-microservices/ , 2015- 05-19. 5 Rizwan Ullah. Dro

22、pwizard vs Spring Boot A Comparison Ma- trix EB/OL. https : /dzone . com/articles/dropwizard-vs-spring -boot?utm_source=tuicool&utm_medium=referral,2015-02-02. 6 HashiCorp. Introduction to ConsulEB/OL. https:/www.consul. io/intro/index.html. AgentClient agentClient = consul.agentClient(); try agentClient.register(prop.getServicePort(), URI.create(prop.getHealthUrl().toURL(), prop.getHealthInterval(), prop.getServicename(), prop.getServicename(), / serviceId: prop.getServiceTag(); catch (MalformedURLException e) logger.error ( 服务注册异常 ： + e.printStackTrace();