微服务框架 | 青训营笔记

Dillonz
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这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 9 天

前言

本次我们通过对微服务架构的介绍、原理及特征、核心服务治理功能和服务治理实践这四个方面进行学习。

微服务架构介绍

系统架构的演进历史

  • 单体架构

    • All in one process
    • 优势：
      • 性能最高
      • 冗余小
    • 劣势：
      • debug困难
      • 模块相互影响
      • 模块开发、开发流程几乎无法分工

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  • 垂直应用架构

    • 按照业务线垂直划分
    • 优势：
      • 业务独立开发维护
    • 劣势：
      • 不同业务存在冗余
      • 每个业务还是单体

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  • 分布式架构

    • 抽出与业务无关的公共模块
    • 优势：
      • 业务无关的独立服务
    • 劣势：
      • 服务模块bug可导致全站瘫痪
      • 调用关系复杂
      • 不同服务冗余

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  • SOA架构

    • 面向服务
    • 优势：
      • 服务注册
    • 劣势：
      • 整个系统设计是中心化的
      • 需要从上至下设计
      • 重构困难

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  • 微服务架构

    • 彻底的服务化
    • 优势：
      • 高效的开发迭代效率
      • 业务独立设计
      • 自下而上
      • 故障隔离
    • 劣势：

      • 治理、运维难度增加

      • 观测问题

      • 安全性

      • 分布式系统本身的复杂

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微服务架构概览

  • 网关
  • 服务配置和治理
  • 链路追踪和监控

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微服务架构的三大核心要素

  • 服务治理

    • 服务注册
    • 服务发现
    • 负载均衡
    • 扩缩容
    • 流量治理
    • 稳定性治理

  • 可观测性

    • 日志采集
    • 日志分析
    • 监控打点
    • 监控大盘
    • 异常报警
    • 链路追踪

  • 安全

    • 身份验证
    • 认证授权
    • 访问令牌
    • 审计
    • 传输加密
    • 黑产攻击

微服务架构原理及特征

基本概念

  • 服务（Service）：一组具有相同逻辑的运行实体。
  • 实例（Instance）：一个服务中，每一个运行实体即为一个实例。
  • 集群（Cluster）通常指服务内部的逻辑划分，包含多个实例。
  • 有状态/无状态服务：指服务的实例是否存储了可持久化的数据（例如磁盘文件）

服务间通信

  • 微服务之间通过网络进行通信
  • 常见的通信协议包括 HTTP、RPC

服务注册及发现

  • 基本问题

    • 服务间调用中，如何指定下游服务实例的地址？

  • 简单方案

    • 直接指定 ip:port？

      • 没有任何动态能力
      • 有多个实例下游实例怎么办？

    • 使用 DNS？

      • 本地 DNS 存在缓存，导致延迟
      • DNS 没有负载均衡
      • 不支持服务探活检查
      • DNS 不能指定端口

  • 服务注册发现

    • 新增一个统一的服务注册中心，用于存储服务名到服务实例之间的映射关系
    • 旧服务实例下线前，从服务注册中心删除该实例，下线流量
    • 新服务实例上线后，在服务注册中心注册该实例，上线流量

流量特征

  • 统一网关入口
  • 外网通信多数采用 HTTP，内网通信多数采用 RPC（Thrift, gRPC）

核心服务治理功能

服务发布

  • 何为服务发布

    • 让一个服务升级运行新的代码的过程

  • 服务发布难点

    • 服务不可用
    • 服务抖动
    • 服务回滚

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  • 蓝绿部署

    • 将服务分成两个部分，分别先后发布
    • 简单、稳定
    • 但需要两倍资源

  • 灰度发布（金丝雀发布）

    • 先发布少部分实例，接着逐步增加发布比例
    • 不需要增加资源
    • 回滚难度大，基础设施要求高

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流量治理

在微服务架构下，我们可以基于地区、集群、实例、请求等维度，对端到端流量的路由路径进行精确控制

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负载均衡

负载均衡（Load Balance）负责分配请求在每个下游实例上的分布

常见的LB策略：

  • Round Robin
  • Random
  • Ring Hash
  • Least Request

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稳定性治理

  • 限流

    • 限制服务处理的最大 QPS，拒绝过多请求

  • 熔断

    • 中断请求路径，增加冷却时间从而让故障实例尝试恢复

  • 过载保护

    • 在负载高的实例中，主动拒绝一部分请求，防止实例被打挂

  • 降级

    • 服务处理能力不足时，拒绝低级别的请求，只响应线上高优请求

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字节跳动服务治理实践

  • 请求重试的意义

    • 本地函数调用

      • 通常没有重试意义

    • 远程函数调用

      • 网络抖动、下游负载高、下游机器宕机......
      • 重试是有意义的，可以避免偶发性的错误，提高 SLA

    • 重试的意义

      • 降低错误率
      • 降低长尾延时
      • 容忍暂时性错误
      • 避开下游故障实例

  • 请求重试的难点

    • 幂等性

      • POST 请求可以重试吗？

    • 重试风暴

      • 随着调用链路的增加，重试次数呈指数级上升

    • 超时设置

      • 假设调用时间一共1s，经过多少时间开始重试？

  • 重试策略

    • 限制重试比例

      • 设定一个重试比例阈值（例如 1%），重试次数占所有请求比例不超过该阈值

    • 防止链路重试

      • 返回特殊的 status code，表示“请求失败，但别重试”

    • Hedged Requests

      • 对于可能超时（或延时高）的请求，重新向另一个下游实例发送一个相同的请求，并等待先到达的响应

  • 重试效果验证

    • 字节跳动重试组件能够极大限制重试发生的链路放大效应

引用

  • 字节内部课-「微服务框架 - 不变的基建」
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