单体应用微服务改造实践

微服务的本质是弹性架构，动态适应业务规模增长，符合业务成长规律。在确定是否投资某一个业务领域或者产品的时候，刚开始都是探索、碰到各种问题，经过多轮迭代，做成一个可用的产品，随着用户使用的越来越多，产品迭代的持续推进，产品越做越好。评估一个单体应用是否值得采用微服务架构进行演进，首先需要确定其业务价值，如果业务价值成长预期大于可预见的投入，那么这个投资就是值得的。单体应用改造为微服务应用是个持续迭代，逐步成长的过程，本文遵循一个进度可控，持续迭代的逻辑，提供了一个单体应用向微服务演进的开发实践参考。“持续迭代演进”是贯穿其中的核心哲学，碰到困难的时候，都会引用这个哲学思想。

1      自动测试服务：让单体应用健康地运行起来

通常来讲，单体应用都是一个WEB服务，用户通过浏览器访问单体应用。单体应用在线给用户提供服务，如下图：

这个系统经过大量的内部测试以及用户使用，运行稳定，只是在应对更大规模的用户请求的时候，无法达到预期的吞吐量，系统处于一种相对“健康”的状态。

当我们需要对一个处于相对“健康”的服务进行改造的时候，这种相对状态就被打破了。任何对于稳定系统的修改，都可能引入新的问题，导致系统失去健康状态。改造的第一个步骤，就是需要提供应对措施，让系统不至于失去健康状态。

解决方案是开发自动测试服务，可以自动的请求单体业务系统，并对请求结果进行判断，检查单体应用的功能是否正常。如下图：

在实际的实践过程中，最困难的事情是自动测试服务测试哪些内容，如何设计测试步骤，对于一些特殊场景，通过自动测试服务测试非常复杂；还有就是随着测试用例的增多，用例之间相互影响，出现问题难于定位等，这些困难让大量的开发人员望而却步，所以很多系统都没有对应的自动测试服务。在这里，“持续迭代演进”的哲学思想被第一次提及。

·         自动测试服务在开始构建的时候，可以只测试单体业务系统的核心接口，比如登录、支付等核心流程。

·         在日常开发过程中，培养良好的开发习惯，持续的完善自动测试服务。比如在发现BUG的时候，将早期错漏的场景测试，补充进去；完成新的需求开发，把新功能的测试用例加入自动测试服务里面去。

·         尽可能只增加测试用例，不修改、不删除测试用例。在必须修改、删除测试用例的时候，尽可能多做评估，保证修改、删除是必须的，可以和团队成员一起评审后再修改和删除。测试代码可以大量重复，不需要为了测试代码的美观，频繁的重构测试用例，必要的时候，可以开发一个新的自动测试服务，两个服务同时测试，不用废弃老的测试服务。自动测试服务可以是多个测试服务，还可以是多个相互之间存在强逻辑关系的一组服务，完全取决于测试场景和设计。

·         自动测试服务用例运行失败，马上修复，优先于功能开发。

·         自动测试服务不需要尽善尽美，尽最大努力测试能够测试的内容。随着测试能力的积累，以及对于自动测试服务的测试思路的调整，后续写测试用例会越来越简单，能够自动完成的测试点也越来越多。

遵循以上的原则，构建和维护测试用例会一天比一天轻松，即使对于非常棘手的测试用例运行失败，分析也会变得简单。因为测试用例一直都是正常稳定通过的，那么每次失败，都是和新的改动有关，而每次改动量非常小，把思路对准修改的影响就很快识别出问题所在了。

2      网关服务：弹性架构的基础

改造过程中，需要保证每天下班前系统都是处于相对“健康”的状态，即构筑的测试用例能够全部运行通过。由于每天修改的内容通常并不会很多，早期涉及到服务拆分、重新设计等场景的时候，保证健康状态并不是一个容易的事情。为了让微服务改造的过程更加的顺畅，首先在原有的系统架构上，引入网关服务。

网关服务提供一个代理，原来对于业务系统的直接访问，都通过网关来访问。增加网关服务具备如下的用途（需要具备如下功能特征）：

·         将单体应用的功能隐藏在网关之后，当单体应用被拆分或者重构的时候，整个系统对外提供的功能保持不变。为了达到这个目的，网关服务需要能够灵活的适配单体业务原来的通讯协议，同时要能够适应拆分的微服务的新协议，并能够根据用户的请求，灵活的定制路由规则，将请求的流量按需转移到拆分后的服务。

·         网关服务能够收集系统运行监控数据，比如接口的时延、用户请求数、系统瓶颈等。这些数据是微服务拆分的依据。进行微服务拆分一般的依据有两个：一是基于业务逻辑的划分；一是基于运维数据的划分。基于逻辑的划分和微服务功能有关，实现不同功能的模块可以独立为一个微服务，比如用户管理服务和订单服务；基于运维数据的划分更多的是性能考虑，比如将访问频繁的接口，单独设计为一个微服务，以更好的给这个接口单独分配更多的处理实例，或者将有状态任务单独拆分出来，提供更好的硬件资源来运行，提高单实例处理能力。

通过网关服务来适配内部服务的协议差异和定制化路由转发，并收集系统的运行状态，为微服务拆分、改造提供了技术基础和改造依据。

3      服务拆分：基于业务逻辑和基于运维数据

构筑好测试体系和网关，就可以进行拆分了。微服务拆分可以逐步迭代的进行，拆分依据的输入有两个，首先是业务逻辑的需要，然后是运维数据揭示的性能优化的需要。对于一个单体应用，最快被识别出来的通常是和认证鉴权有关的功能，需要拆分出一个用户管理服务。

有了网关的支持，实现用户管理服务的功能可以分步骤迭代的进行。比如第一天实现login接口，当用户访问login接口的时候，就将请求路由到用户管理服务上面来，其他请求仍然路由到单体业务系统，当所有测试用例都通过后，就可以逐步的删除单体应用的相关接口。

微服务拆分的另外一个依据和触发点，是运维数据来驱动的。比如用户管理服务发现login接口访问量巨大，而createUser等接口访问量极小，那么可以将所有查询相关的接口拆分为一个微服务，这个微服务进行无状态设计，并且由于这个服务全部都是只读接口，那么可以更好的使用缓存，避免对于数据库的访问。拆分后的服务具备更好的性能和适应能力。

通过网关路由调整，可以将查询请求路由到查询服务，修改、新增用户等请求，路由到管理服务。查询服务可以部署更多的微服务实例和更好的应用缓存，提升整体的吞吐量；管理服务由于写操作可能存在并发访问控制问题，扩容实例对于性能提升不明显，可以选择更好的硬件来运行这些服务。

随着业务的规模扩大，拆分和优化会时刻发生，比如拆分数据库解决数据库瓶颈问题。自动化测试用例和网关服务为这些拆分提供了良好的保证。

4      使用CSE作为微服务化的开发框架

上面提供了一个“持续迭代演进”的方法学，CSE提供了一套开发框架，方便用户能够更好的应用这套方法学。使用CSE，能够很好的进行测试服务的开发和多维度开发环境的管理。CSE的网关服务具备强大的性能统计数据，帮助用户识别性能瓶颈；网关提供接口级别的兼容性转发规则和基于URL匹配的转发规则配置，能够轻松的调整路由；同时还提供了强大的定制开发能力，嵌入认证、鉴权、重试等管控能力。

下面我们通过一个小项目，来演示CSE的这些能力。这个项目的地址：

https://github.com/huaweicse/cse-java-chassis-samples/tree/master/porter/porter_lightweight

开发者可以下载和使用这个项目。下面的功能说明，都是基于这个项目。

4.1      构筑自动测试服务能力

CSE提供了服务发现的能力，测试服务能够自动发现网关服务和内部服务，它们都注册在统一的服务中心。

这种发现能力的好处，使得自动测试服务，不仅可以以“黑盒”的视角从gateway访问整个系统，还可以以“白盒”的视角直接测试内部的微服务。

通常微服务都提供了REST接口对外提供服务，以“黑盒”来测试内部服务，需要测试代码，拼接HTTP消息，这样测试代码会显得比较冗余。CSE提供了RPC和REST等多种书写客户端代码的方式，能够更加简单的书写客户端代码。

·         RPC方式访问

@RpcReference(microserviceName   = "hello", schemaId =   "hello") private Hello   hello; System.out.println(hello.sayHi("Java   Chassis"));

·         Spring MVC RestTemplate格式

RestTemplate template =   RestTemplateBuilder.create(); template.postForEntity("cse://pojo/pojo/rest/dbgrinfo",   "test", String.class)

·         使用其他HTTP Client

此外，还可以使用第三方的工具，来调用。比如Apache Http Client等。

CSE作为一个微服务框架，自己的自动化测试体系也是基于CSE本身构建的。这些自动化测试的机制方式，开发者也可以在业务系统中参考。

ServiceComb的自动化测试服务 https://github.com/apache/servicecomb-java-chassis/tree/master/integration-tests

CSE的部分测试用例 https://github.com/huawei-microservice-demo/ServiceEngineIntegrationTest

4.2      分层的部署环境支持

为了更好的支持分层测试，一般会将测试环境分为Alpha、Beta、Gamma、Production等。每个环境测试的内容不同，环境稳定性不同。一些公共的中间件服务，可以不用针对每个环节都搭建，极大的减少环境搭建的时间。CSE提供了分层的逻辑隔离能力，不同环境的微服务可以同时注册到一个服务中心，然后他们之间的访问互不影响。

CSE提供的多环境支持可以参考

如何进行微服务的多环境开发部署 https://bbs.huaweicloud.com/forum/thread-11095-1-1.html

4.3      通过网关获取监控数据

CSE提供了强大的监控数据能力，可以统计一个周期内的请求数，时延等信息，还能够统计到处理环节的细节，比如发送请求和等待响应的时间等。这些数据对于性能分析非常关键。 下图展现了少量的数据示例。

网关打开监控数据是非常简单的，具体可以参考:

性能监控开发指导  https://docs.servicecomb.io/java-chassis/zh_CN/general-development/metrics.html

除了监控数据，网关还有access log，可以帮助识别调用失败的环节。

0:0:0:0:0:0:0:1 - - Fri, 15 Feb   2019 11:06:15 CST "POST /api/user-service/v1/user/login HTTP/1.1"   200 0 7 0:0:0:0:0:0:0:1 - - Fri, 15 Feb   2019 11:06:15 CST "POST /api/user-service/v1/user/login HTTP/1.1"   200 0 8

AccessLog可以包含一个请求的trace id信息，详细可以参考：

Access Log设计参考： https://docs.servicecomb.io/java-chassis/zh_CN/build-provider/access-log-configuration.html

4.4      通过网关管理路由规则

CSE网关路由管理能力非常强大，同时具备非常灵活的自定义能力。可以使用网关高效的处理使用CSE框架开发的微服务请求转发，同时也能够方便的扩展，将请求转发到非CSE框架开发的微服务。

CSE在灰度发布支持上，能够做到智能识别接口兼容性转发，具体示例如下：

CSE能够识别每个微服务实例包含哪些接口，当请求高版本接口的时候，能够自动将请求转发到高版本实例里面去。这样的路由技术，可以很好的支持灰度升级，当provider/consumer都更新了部分新实例的时候，不用担心由于新consumer请求到老provider而导致故障。

CSE还提供了基于服务名和URL前缀的路由转发规则，通过配置文件即可启用。还提供了实例隔离、错误重试等可靠性保障措施。可以通过参考开发指南：

负载均衡管理参考  https://docs.servicecomb.io/java-chassis/zh_CN/references-handlers/loadbalance.html

结合这些能力，可以轻松的实现：

升级零中断 https://bbs.huaweicloud.com/blogs/72a312f09c8911e89fc57ca23e93a89f

4.5      专注于业务功能开发

除了上面的一些特性，来支持单体改造，CSE还提供了大量的平台功能，让业务能够专注于业务逻辑开发，而不需要开发可靠性、服务管理、服务运维等方面的功能。下面挑选一些代表性的功能。

·         高性能和高可靠

CSE提供了非常高效的REST通信实现，目前是开源微服务框架里面最高效的REST实现，在普通的4U8G虚拟机，单实例能够到达5万以上的吞吐量。

CSE运行框架在实例发现保护、实例隔离、错误隔离和重试、线程池隔离等方面也提供了强大的保护能力，通常用户不需要开发任何代码，系统默认就集成了这些健壮性特性，即使用户需要定制，一般也只需要简单的修改配置项就能够实现。比如实例隔离的配置项：

cse:   loadbalance:     isolation:       enabled: true         enableRequestThreshold: 5         singleTestTime: 60000         continuousFailureThreshold: 2

该配置项定义了隔离的条件，以及隔离的时间。再比如重试配置项：

cse:   loadbalance:     retryEnabled:   false     retryOnNext: 0     retryOnSame: 0

配置项定义了是否开启错误重试以及重试策略。CSE的大部分策略，不仅可以全局配置，还可以针对微服务配置，只对微服务生效。有些配置项还支持对具体的接口配置，只对接口生效。

cse:   executors:     Provider:       [servicename:schemaid.operationId]:   cse.executor.reactive

该配置对微服务servicename的schemaid（class对应的类）的operatioinId（对应方法名）配置了单独的线程池，避免其他服务的运行对这个接口的执行产生影响，起到了故障隔离的作用。

·         在线的中间件服务

下图展现了CSE开发SDK的内部功能及其和云上服务之间的关系。业务通常只需要使用SDK开发业务服务，注册发现、集中配置、运维监控等能力，都可以直接使用云上服务，完全开通即用，省去了开发者的部署、运维成本。

云上服务都提供了高可用设计。注册发现、集中配置等服务，还通过API Gateway进行了能力开放，开发者可以在云下连接和使用这些服务，这样用户可以在本地进行微服务应用开发。

·         微服务治理管控平台

登录华为CSE平台:

CSE平台 https://console.huaweicloud.com/cse

该平台可以对CSE SDK开发的微服务进行在线管理、监控和治理。

微服务治理管控平台的主要功能是服务治理，该功能可以在线对微服务进行动态策略调整。包括动态调整限流策略、负载均衡策略等。通过应用这些策略，可以在不升级微服务的情况下，应对一些常见的突发业务。比如在某个大型活动过程中，通过对非关键业务的限流来保障关键业务的平稳运行。

微服务管控平台还提供了其他重要的功能，包括一键式购买微服务引擎、微服务目录，仪表盘等功能。

·         DevOps支持

ServiceStage https://console.huaweicloud.com/servicestage

ServiceStage提供了一站式DevOps平台。通过ServiceStage可以托管源码，创建流水线，部署应用，管理用户网络、计算和存储资源。ServiceStage还集成了容器、虚机能力，可以管理应用的动态扩缩容。可以通过“体验中心”来了解ServiceStage功能，这里不再详细介绍。

微服务引擎 CSE 微服务

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