基于微服务架构的系统设计与开发_马雄.docx

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1、 System Design and Development Based on Micro Service Architecture Thesis Submitted to Nanjing University of Posts and Telecommunications for the Degree of Master of Engineering By Ma Xiong Supervisor: Prof. Cao Shike April 2017 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和

2、致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生学号： _研究生签名： _ 日期 : 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论

3、文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： _导师签名： _ 日期 : 近几年来微服务架构异常的火热，以至用来构建微服务的 Netflix、 Dubbo、 Spring Cloud 等产品社区也变得越来越活跃。简而言之，微服务就是将一个完整的应用从数据存储到业务 逻辑开发垂直切分为多个不同的服务，每个服务都具有自己独立的生命周期和服务边界，可 以独立部署、独立维护、独立扩展，服务与服务之间通过统一风格协议的 API 进行相互通信。 与此同时， Docker容器技术的流行也加快了微服务普及的进程。 本文首先研究了微服务架

4、构的基本思路和 Docker 容器技术的核心原理为课题研究作可 行性研究和积累充足的理论和技术基础。接着介绍了现今比较流行的微框架 Spring Boot， 本 课题中所开发的所有服务都是基于 Spring Boot开发的。然后本文选择共享经济中私人公寓和 私家车的产品模型作为业务开发方向，基于 Spring Cloud将系统垂直切分为 4 个独立的业务 服务：产品服务、订单服务、用户服务和公共服务。系统集成 Eureka做服务发现，使用 Zuul 做路由网关，使用Feign做负载均衡，课题项目使用 Docker容器部署所有的服务。 课题根据上述的技术架构使用 Java 语言完整地开发出了整个

5、私人公寓和私家车出租系 统，并顺利地通过了功能和性能测试，基本达到了预期设计。 关键词：微服务 ， Spring Boot， Spring Cloud， Docker， Java Abstract In recent years, microservices architecture is exceptionally hot, and even for the construction of micro-service Netflix, Dubbo, Spring Cloud and other product communities have become increasingly acti

6、ve. In short, the micro-service is a complete application from the data storage to the business logic development vertical cut into a number of different services. Each service has its own independent life cycle and service boundaries, and can be independently deployed, independent Maintenance, inde

7、pendent expansion. Services communicate with each other by a unified style and protocol API. At the same time, the popularity of Dockers container technology has also accelerated the process of micro-service popularity. In this paper, the basic idea of the micro service architecture and the core pri

8、nciples of Docker container technology are studied firstly. Then paper introduced the more popular micro-framework Spring Boot, and the subject of all the services developed are based on Spring Boot development. This paper chooses the product model of private apartment and private car in the shared

9、economy as the business development direction. Based on Spring Cloud, the system divided the system into four independent business services: product service, order service, customer service and public service. Using Eureka to do service discovery, using Zuul to do routing gateway, using Feign to do

10、load balancing, and the project used Docker container to deploy all services. Based on the above technical architecture, the entire private apartment and private car rental system was successfully developed using the Java language and successfully passed the functional and performance tests, which b

11、asically achieved the intended design. Key words: Microservices, Spring Boot, Spring Cloud, Docker, Java 目录 会者 i 仑 . 1 1.1 课题的研究背景及意义 . 1 1.2 课题选题依据和来源 . 2 1.3 课题研究的主要内容 . 2 1.4 论文的组织架构 . 3 第二章微服务 . 4 2.1 微服务概述 . 4 2.1.1 微服务概念 . 4 2.1.2 服务的自治性 . 5 2.2 微服务优势 . 5 2.2.1 服务技术异构性 . 5 2.2.2 弹性 . 6 2.2.3 服

12、务的扩展性 . 7 2.2.4 简化部署 . 7 2.3 其他分解技术 . 8 2.3.1 共享库 . 8 2.3.2 模块 . 9 2.4 本章小结 . 9 第三章微框架 spring boot . 10 3.1 spring 框架基础 . 10 3.2 spring boot . 11 3.2.1 Spring Boot 核心酉己置 . 11 3.2.2 Spring Boot 运行原理 . 14 3.3 Spring Boot 企业级开发 . 17 3.3.1 安全控制 Spring Security . 17 3.3.2 批处理 Spring Batch . 21 3.3.3 异步消息

13、 . 21 3.4 本章小结 . 22 第四章 Docker 核心原理 . 23 4.1 Docker 内核知识 . 23 4.1.1 资源隔离 . 23 4.1.2 资源限制 . 25 4.2 Docker 架构概览 . 28 4.2.1 client 模式 . 28 4.2.2 daemon 模式 . 29 4.3 libcontainer . 30 4.3.1 libcontainer 的工作方式 . 30 4.3.2 libcontainer 实现原理 . 31 4.4 本章小结 . 32 第五章业务系统详细设计 . 33 5.1 整体架构设计 . 33 5.2 产品模块设计 . 33

14、 5.2.1 产品搜索 . 34 5.2.2 产品详情 . 35 5.2.3 资源切分 . 38 5.3 订单模块设计 . 38 5.3.1 下单逻辑 . 38 5.3.2 订单详情 . 40 5.3.3 订单管理 . 40 5.4 用户模块设计 . 41 5.4.1 用户注册 . 41 5.4.2 用户登录 . 42 5.4.3 用户点评 . 43 5.5 公共模块设计 . 44 5.5.1 短信模块 . 44 5.5.2 邮件模块 . 45 5.6 本章小结 . 45 第六章基于 Spring Cloud 的微月艮务架构 . 46 6.1 誠 . 46 6.1.1 酉己置服务 . 46 6

15、.1.2 服务发现 . 47 6.1.3 路由网关 . 47 6.1.4 负载均衡 . 47 6.1.5 断路器 . 47 6.2 系统切分 . 48 6.2.1 项目构建 . 48 6.2.2 服务发现 . 49 6.2.3 配置中心 . 50 6.2.4 服务模块 . 53 6.3 基于 Docker 部署 . 55 6.3.1 Dockerfile 编写 . 55 6.3.2 Docker Compose . 56 6.3.3 Docker-compose.yml 编写 . 56 6.3.4 运行 . 60 6.4 本章总结 . 60 第七章总结与展望 . 61 7.1 论文工作总结 .

16、 61 7.2 下一步研究工作 . 62 . 63 麵 . 65 第一章绪论 1.1 课题的研究背景及意义 微服务 （ Microservices) 2是最近技术圈里非常流行的系统架构解决方案，使得每个服务 都切分得粒度更细，这些服务都有各自的服务边界和生命周期，且各服务间配合工作完成服 务。由于当前业界微服务的使用都是基于各自具体的业务特性进行框架建模，能够很好地减 少传统分层框架自身存在的很多不足之处。微服务的流行并不是偶然，而是技术圈十几年来 发展的结晶，微服务相当于是对近年来新技术和新趋势的总结和发展，所以规避了很多面向 服务架构的缺点。 现今，微服务这一概念发展得相当迅速，很多技术圈

17、里的人都在学习或者使用微服务。 然而和许多人所了解有所不同的是，从广义上来讲，微服务的概念其实已经存在很长时间了， 虽然 SOA (Service-OrientedArchitecture)这一概念并不是什么非常新的设计思路，然而全球 各地的人探索 SOA的经验和同时发展的新技术及新概念使其有了更为深远的影响。因其变化 的节奏很快，所以本文会更加关注微服务理念本身，同时辅之以本人实习经历及研究探索的 实践进行展开，因为实现细节变化的速度比其背后的设计理念要快得多。而 且我们非常相信 不久的将来我们能够更好地应用和发展微服务，找到其更加合适的应用场景。 Eric Evans告诉我们用代码的形式来

18、建模和重现真实世界是非常重要的，同时持续交付理 论也为我们提高软件开发的效率和降低开发成本提供了很好的途径。对于多年来对 Web 服务 的设计和开发，我们摸索出了更佳的方式完成人机交互以及机器与机器间的交互。传统的分 层架构随着开发体量逐渐变大已不堪重负 ， Alistair Cock六边形架构理论给了我们更好的解决 思路和途径，使得我们可以更多关注业务领域本身而非框架层次。而且随着虚拟化 技术 7和 容器技术的发展，我们可以对每个应用按需创建实例和调整实例配置，借助现今众多云平台 服务我们也可以轻而易举地实现实例的快速扩容和扩展。在阿里巴巴、百度等这些大型公司 里，有着很多微团队，他们各自负

19、责各自服务边界和生命周期。 微服务并不是被发明出来的，而是随着 SOA、 持续交付、虚拟化 3和容器技术 16、 DeV Ps4、分布式系统等众多技术出现和发展，微服务应运而生，它是从全球各地技术发展 的趋势与实践中总结出来的。当然如果没有上面这些技术的发展，微服务可能也并不会 降 南京邮电大学专业学位硕士研究牛学位论文 _ 第一童绪论 论文课题来自于是我在途牛实习期间所做过的相关项目。实习期间主要从事机票业务和 租车业务的产品设计和开发，故选用现在比较火的共享经济作为业务开发方向。 1.2 课题选题依据和来源 诚然，微服务化也只是个趋势，并没有在生产环境中得到非常广泛的应用，业界对其也 有很

20、多争议，当然拥抱变化的还是占了很大一部分。然而微服务在实现系统的低耦合和高内 聚的过程中起到了极其重要的作用，是的软件的开发更加适合小而自治的团队开发，提高了 多部门协作的效率。同时结合容器技术，能够实现应用的自动化部署、扩展和监控，大大的 提高了企业开发效率，并降低了企业开发和运维的成本，这些都已经在很多大公司生产环境 中得到了验证。 加上自己在途牛八个多月实习时的微服务开发经验，所以选择基于微服务架构 6的系统 设计和开发作为毕业论文的研究课题。本文中很多设计思路和灵感都来自于实习期间所做过 的相关项目，同时实现的业务也是与实习业务非常相近的旅游产品开发 29。 1.3 课题研究的主要内容

21、 本系统是基于微服务架构和容器技术的共享经济产品（民宿寓和私家车） C2C系统的 实现。后端主要使用 Java语言 11，主数据库使用 Mysql， 缓存数据库使用 Redis， 微服务框 架使用 Spring Cloud， 应用框架使用 Spring boot。 本业务系统分为产品、订单、用户和公共模 块四个微服务模块。产品模块包括产品搜索、产品详情和资源切分；订单模块包括下单、订 单详情和订单管理；用户模块包括用户注册、用户登录和用户点评。本文的主要工作如下： (1) 通过对业务的需求分析，先将整个系统划分为四 个微服务模块：产品模块、订单模块、 用户模块和公共模块。并细粒度划分每个微服务

22、模块的功能，给出每个功能的详尽设计的流 程图、数据库设计和缓存的数据结构。 (2) 使用 Spring Cloud 搭建 config、 discovery、 user-service、 product-service、 order-service、 common-service、 UI 和 monitor这 8 个微服务系统，并分别部署腾讯云服务器上。同时部署 MySQL和 Redis集群数据库 26(本项目使用三台云服务器实例模拟开发）。 (3) 使用 Spring boot 快速开发和构建产品系统、订单系统、用户系统和公共服务系统。使 用SVN做版本管理，完成整个系统的开发和测试工作。

23、1.4 论文的组织架构 本文主要分为七个部分，详细的组织架构如下： 第一章是绪论部分。本章主要介绍了课题的研究背景和意义，还介绍了本课题选题依据 和课题来源，以及本文针对这个课题研究的主要内容和组织架构。 第二章是微服务的介绍。主要介绍了微服务的概念以及其优缺点，同时阐述了微服务如 何弹性扩展和简化项目部署。最后介绍了面向服务架构的发展以及其他分解技术：共享库、 模块化等。 第三章是微框架 Spring boot 的介绍。首先介绍了 Spring 框架基础及其各个功能模块；然 后介绍了 Spring boot 概述、核心配置和运行原理；最后介绍了 Spring boot 的企业级开发组件： 安

24、全控制、批处理、异步消息等。 第四章是 Docker 核心原理。主要介绍了 Docker 内核知识：资源隔离和资源限制原理，然 后介绍了 Docker 架构、 client 与 daemon 模式，最后介绍了 Docker 的 libcontainer 工作方式。 第五章是系统的详细设计。这一章主要讲述了论文课题中业务逻辑设计和具体实现，并 分成产品模块、订单模块、用户模块和公共模块四个方面进行具体阐述。 第六章是基于 Spring Cloud 的微服务架构的配置和部署，主要讲述了 Spring Cloud 的配置 服务、服务发现、路由网关、负载均衡、断路器等解决方案；然后介绍了课题项目的系统

25、切 分以及每个模块的配置和实现 ;最后介绍了项目用 Docker 部署时 Dockerfile 和 Docker-compose 文件配置。 第七章是论文的总 结与展望部分。 第二章微服务 本章主要从整体上介绍微服务是什么，主要有哪些优势，以及微服务架构存在的一些不 足。下面就这几点分为四个部分进行具体介绍。 2.1 微服务概述 2.1.1 微服务概念 简而言之，微服务就是一些协同工作的小而自治的服务 1。在很多软件开发的组织中会 存在这样一个问题，随着新需求的增加，所要维护的代码量就会越来越庞大，以至于即使需 要添加一个很小的功能也需要大面积修改代码库，或者很小的代码改动都很难保证不影响其

26、他功能。虽然我们可以选择模块化，但是模块与模块之间的界限确是很难确定和维护的。 在传统的单块架构中，我们常常会选择使用模块化来确保系统的内聚性，进而避免代码 库过大带来的一系列问题 。 Robert C. Martin 有一个对这个问题的经典说法： 把因相同原因而 变化的东西聚合到一起，而把因不同原因而变化的东西分离出来。 该说法具体地阐述了内聚 性的定义。 微服务就是将内聚性这一准则应用到具有自己服务边界的服务上，这样就可以根据业务 领域的特性来具体划分应用的服务边界。因为这些服务只关注于自己边界范围内的服务， 所 以能够比较容易避免因为代码库过大所带来的很多开发上的难度。 许多人比较疑惑的

27、是：服务有多小才算合适，或者说代码量有多小才算合适。如果简单 地从代码的数量来讨论感觉并不十分合理，因为不同语言表达力并不相同，有些高级语言可 以只写简单的几行代码完成很多底层语言需要写很多代码才能实现的功能。代码依赖包也是 一个不得不考虑的问题，因为依赖包中也包含了底层实现代码。还有一个不得不提的问题是 不同业务特性对象其本身可能就比较复杂，对象本身描述的代码量就很大。 正如 SamNewman所言：足够小即可，不要过小。许多程 序员很多时候多会感觉自己正 在开发的系统过重了，并且都想以更细粒度的服务来切分当前系统，可以说这几乎成了大部 分程序员的共识。除此之外，微服务的结构能否和公司的组织

28、架构很好的协调也至关重要。 一个服务就可以看作为一个独立的实体。其可以单独地发布到 PAAS1CI (Platform As A Service)上，也能够选择发布为服务器系统操作系统的一个进程。当然，根据多年来的摸索 和开发经验，把多个服务部署在同一个实例中并不是什么明智是选择，如果服务承担的服务 比较重的话还是建议单独部署，如果服务并不重，也要选择资源消耗类型相同的服务一起部 署。然而隔离性可能会带来一些资源上的浪费，但是其却可以很大程度和是上简化分布式系 统的构建。并且服务与服务之间都是使用网络通信完成服务之间的交互，这样就更强化了服 务间的隔离性，进而降低服务之间的耦合性。 每个服务能够在不影响其他服务的前提下独自进行代码和服务的修改、开发和升级，而 且单一服务的部署或者升级不需要消费者一起进行修改。服务与服务之间我们选择暴露统一 的 API进行通信，来降低集成难度，实现系统的统一标准开发。统一的 API 应该避免与服务 消费者之间的耦合，所以要求我们使用的 API 技术实现必须跟具体的业务或者具体的技术没 有关耳关。 假如服务之间是紧耦合的，那么一旦有一个乃至多个出现问题乃至宕机了，系统所有的 功能有可能都会受到影响。微服务业界有个黄金法则：修改一个服务并对其进行部署，而不 影响其他任何服务。为了达到这一法则，我们需要合理地对业务领域进行建模和合