微服务架构治理 | 青训营笔记

KiraFenvy
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微服务架构介绍

系统架构的演进历史

  • 单体架构

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优势: 1.性能最高
2.冗余小
劣势: 1.debug困难
2.模块相互影响
3.模块分工、开发流程

  • 垂直应用架构

    • 按照业务线垂直划分

优势: 1.业务独立开发维护

劣势︰
1.不同业务存在冗余
2.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: 1.业务无关的独立服务

劣势:
1.服务模块bug可导致全站瘫痪(n对n，影响多)
2.调用关系复杂
3.不同服务冗余

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  • SOA架构

    • 面向服务

优势: 1.服务注册，上下解耦 劣势: 整个系统设计是中心化的需要从上至下设计 3.重构困难

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  • 微服务架构

    • 彻底的服务化

优势: 1.开发效率 2.业务独立设计 3.自下而上 4.故障隔离 劣势: 1.治理、运维难度 2.观测挑战 3.安全性 4.分布式系统

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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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微服务架构的三大要素

  • 服务治理（本课程内容）

    • 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

微服务架构中的基本概念及组件

  • 服务

    • 一组具有相同逻辑的运行实体（运行同一份代码的多个实例）

  • 实例

    • 一个服务中的每个运行实体

  • 集群（cluster）

    • 服务内部的逻辑划分，包含多个实例

  • 实例与进程的关系

    • 没有必然对应关系，一般一对一或者一对多

  • 常见的实例承载形式

    • 进程、VM、k8s pod......

  • 有状态/无状态服务

    • 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

  • 单体服务通信只是单纯函数调用
  • 而微服务之间通过网络进行通信
  • 常见的通信协议包括 HTTP、RPC

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服务注册及服务发现

  • 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（探测服务是否还在运行）
      • 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

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   -   旧服务实例下线前，从服务注册中心删除该实例，下线流量
   
   -   新服务实例先上线，进行health check后，然后在服务注册中心注册该实例，上线流量

  • 微服务流量特征

    • 统一网关入口
    • 外网通信多数采用 HTTP，内网通信多数采用 RPC（因为二进制传输更快）（Thrift, gRPC）

小结

  • 微服务架构中的基本组件及术语
  • 服务注册及发现
  • 无损的服务实例上下线流程
  • 微服务架构中的基本流量特征

核心服务治理功能

服务发布

  • 何为服务发布

    • 即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

  • 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

流量治理

  • 流量控制

    • 在微服务架构中，可以从各个维度对端到端的流量在链路上进行精确控制

  • 控制维度

    • 地区维度
    • 集群维度（稳定集群、测试集群）
    • 实例维度（新机器，旧机器）
    • 请求维度

负载均衡策略（LB）

  • Round Robin
  • Random
  • Ring Hash
  • Least Request

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

服务治理实践

  • 请求重试的意义

    • 本地函数调用

      • 异常：参数非法、OOM(Out Of Memory)、NPE (Null Pointer Exception)、边界case、系统崩溃、死循环、程序异常退出
      • 通常没有重试意义

    • 远程函数调用

      • 网络抖动、下游负载高、熔断、限流、下游机器宕机、本地机器负载高、调度超时......
      • 重试是有意义的，可以避免偶发性的错误，提高 SLA(Service-Level Agreement)

    • 重试的意义

      • 降低错误率（1% * 1% = 0.01%）
      • 降低长尾延时(偶尔耗时长的请求重试有机会提前返回）
      • 容忍暂时性错误（规避网络抖动）
      • 避开下游故障实例（重试其他实例）

  • 请求重试的难点

    • 幂等性

      • POST 请求可以重试吗？

    • 重试风暴（雪崩）

      • 随着调用链路的增加，重试次数呈指数级上升

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-   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
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