系统架构的演变

一、系统架构演变

随着互联网的发展，网站应用的规模不断扩大。需求的激增，带来的是技术上的压力。系统架构也因此也不断的演进、升级、迭代。从单一应用，到垂直拆分，到分布式服务，到SOA，以及现在火热的微服务架构，还有在Google带领下来势汹涌的Service Mesh。我们到底是该乘坐微服务的船只驶向远方，还是偏安一隅得过且过？

其实生活不止眼前的苟且，还有诗和远方。所以我们今天就回顾历史，看一看系统架构演变的历程；把握现在，学习现在最火的技术架构；展望未来，争取成为一名优秀的Java工程师。

1.1 集中式架构

当网站流量很小时，只需一个应用，将所有功能都部署在一起，以减少部署节点和成本。此时，用于简化增删改查工作量的数据访问框架(ORM)是影响项目开发的关键。
存在的问题：

• 代码耦合，开发维护困难
• 无法针对不同模块进行针对性优化
• 无法水平扩展
• 单点容错率低，并发能力差

1.2 垂直拆分

当访问量逐渐增大，单一应用无法满足需求，此时为了应对更高的并发和业务需求，我们根据业务功能对系统进行拆分：

优点：

• 系统拆分实现了流量分担，解决了并发问题
• 可以针对不同模块进行优化
• 方便水平扩展，负载均衡，容错率提高

缺点：

• 系统间相互独立，会有很多重复开发工作，影响开发效率

1.3 分布式服务

当垂直应用越来越多，应用之间交互不可避免，将核心业务抽取出来，作为独立的服务，逐渐形成稳定的服务中心，使前端应用能更快速的响应多变的市场需求。此时，用于提高业务复用及整合的分布式调用是关键。

优点：

• 将基础服务进行了抽取，系统间相互调用，提高了代码复用和开发效率

缺点：

• 系统间耦合度变高，调用关系错综复杂，难以维护

1.4 服务治理（SOA）

当服务越来越多，容量的评估，小服务资源的浪费等问题逐渐显现，此时需增加一个调度中心基于访问压力实时管理集群容量，提高集群利用率。此时，用于提高机器利用率的资源调度和治理中心(SOA)是关键

以前出现了什么问题？

• 服务越来越多，需要管理每个服务的地址
• 调用关系错综复杂，难以理清依赖关系
• 服务过多，服务状态难以管理，无法根据服务情况动态管理

服务治理要做什么？

• 服务注册中心，实现服务自动注册和发现，无需人为记录服务地址
• 服务自动订阅，服务列表自动推送，服务调用透明化，无需关心依赖关系
• 动态监控服务状态监控报告，人为控制服务状态

缺点：

• 服务间会有依赖关系，一旦某个环节出错会影响较大
• 服务关系复杂，运维、测试部署困难，不符合DevOps思想

1.5 微服务

前面说的SOA，英文翻译过来是面向服务。微服务，似乎也是服务，都是对系统进行拆分。因此两者非常容易混淆，但其实缺有一些差别：

微服务的特点：

• 单一职责：微服务中每一个服务都对应唯一的业务能力，做到单一职责
• 微：微服务的服务拆分粒度很小，例如一个用户管理就可以作为一个服务。每个服务虽小，但“五脏俱全”。
• 面向服务：面向服务是说每个服务都要对外暴露服务接口API。并不关心服务的技术实现，做到与平台和语言无关，也不限定用什么技术实现，只要提供Rest的接口即可。
• 自治：自治是说服务间互相独立，互不干扰
  • 团队独立：每个服务都是一个独立的开发团队，人数不能过多。
  • 技术独立：因为是面向服务，提供Rest接口，使用什么技术没有别人干涉
  • 前后端分离：采用前后端分离开发，提供统一Rest接口，后端不用再为PC、移动段开发不同接口
  • 数据库分离：每个服务都使用自己的数据源
  • 部署独立，服务间虽然有调用，但要做到服务重启不影响其它服务。有利于持续集成和持续交付。每个服务都是独立的组件，可复用，可替换，降低耦合，易维护

微服务结构图：

二、远程调用方式

2.1 认识RPC

RPC，即 Remote Procedure Call（远程过程调用），是一个计算机通信协议。 该协议允许运行于一台计算机的程序调用另一台计算机的子程序，而程序员无需额外地为这个交互作用编程。说得通俗一点就是：A计算机提供一个服务，B计算机可以像调用本地服务那样调用A计算机的服务。

通过上面的概念，我们可以知道，实现RPC主要是做到两点：

• 实现远程调用其他计算机的服务
  • 要实现远程调用，肯定是通过网络传输数据。A程序提供服务，B程序通过网络将请求参数传递给A，A本地执行后得到结果，再将结果返回给B程序。这里需要关注的有两点：
    • 1）采用何种网络通讯协议？
      • 现在比较流行的RPC框架，都会采用TCP作为底层传输协议
    • 2）数据传输的格式怎样？
      • 两个程序进行通讯，必须约定好数据传输格式。就好比两个人聊天，要用同一种语言，否则无法沟通。所以，我们必须定义好请求和响应的格式。另外，数据在网路中传输需要进行序列化，所以还需要约定统一的序列化的方式。
• 像调用本地服务一样调用远程服务
  • 如果仅仅是远程调用，还不算是RPC，因为RPC强调的是过程调用，调用的过程对用户而言是应该是透明的，用户不应该关心调用的细节，可以像调用本地服务一样调用远程服务。所以RPC一定要对调用的过程进行封装

RPC调用流程图：

想要了解详细的RPC实现，给大家推荐一篇文章：自己动手实现RPC

2.2 认识Http

Http协议：超文本传输协议，是一种应用层协议。规定了网络传输的请求格式、响应格式、资源定位和操作的方式等。但是底层采用什么网络传输协议，并没有规定，不过现在都是采用TCP协议作为底层传输协议。说到这里，大家可能觉得，Http与RPC的远程调用非常像，都是按照某种规定好的数据格式进行网络通信，有请求，有响应。没错，在这点来看，两者非常相似，但是还是有一些细微差别。

• RPC并没有规定数据传输格式，这个格式可以任意指定，不同的RPC协议，数据格式不一定相同。
• Http中还定义了资源定位的路径，RPC中并不需要
• 最重要的一点：RPC需要满足像调用本地服务一样调用远程服务，也就是对调用过程在API层面进行封装。Http协议没有这样的要求，因此请求、响应等细节需要我们自己去实现。
  • 优点：RPC方式更加透明，对用户更方便。Http方式更灵活，没有规定API和语言，跨语言、跨平台
  • 缺点：RPC方式需要在API层面进行封装，限制了开发的语言环境。

例如我们通过浏览器访问网站，就是通过Http协议。只不过浏览器把请求封装，发起请求以及接收响应，解析响应的事情都帮我们做了。如果是不通过浏览器，那么这些事情都需要自己去完成。

2.3 如何选择

既然两种方式都可以实现远程调用，我们该如何选择呢？

• 速度来看，RPC要比http更快，虽然底层都是TCP，但是http协议的信息往往比较臃肿，不过可以采用gzip压缩。
• 难度来看，RPC实现较为复杂，http相对比较简单
• 灵活性来看，http更胜一筹，因为它不关心实现细节，跨平台、跨语言。

因此，两者都有不同的使用场景：

• 如果对效率要求更高，并且开发过程使用统一的技术栈，那么用RPC还是不错的。
• 如果需要更加灵活，跨语言、跨平台，显然http更合适

那么我们该怎么选择呢？

微服务，更加强调的是独立、自治、灵活。而RPC方式的限制较多，因此微服务框架中，一般都会采用基于Http的Rest风格服务。

三、Http 客户端工具

既然微服务选择了Http，那么我们就需要考虑自己来实现对请求和响应的处理。不过开源世界已经有很多的http客户端工具，能够帮助我们做这些事情，例如：

• HttpClient
• OKHttp
• URLConnection

接下来，我们就一起了解一款比较流行的客户端工具：HttpClient

3.1 Spring的RestTemplate

Spring提供了一个RestTemplate模板工具类，对基于Http的客户端进行了封装，并且实现了对象与json的序列化和反序列化，非常方便。RestTemplate并没有限定Http的客户端类型，而是进行了抽象，目前常用的3种都有支持：

• HttpClient
• OkHttp
• JDK原生的URLConnection（默认的）

首先在项目中注册一个 RestTemplate 对象，可以在启动类位置注册：

@SpringBootApplication
public class HttpDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(HttpDemoApplication.class, args);
    }

    @Bean
    public RestTemplate restTemplate() {
        // 默认的RestTemplate，底层是走JDK的URLConnection方式。
        return new RestTemplate();
    }
}

在测试类中直接 @Autowired 注入：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = HttpDemoApplication.class)
public class HttpDemoApplicationTests {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @Test
    public void httpGet() {
        User user = this.restTemplate.getForObject("http://localhost/hello", User.class);
        System.out.println(user);
    }
}

• 通过RestTemplate的getForObject()方法，传递url地址及实体类的字节码，RestTemplate会自动发起请求，接收响应，并且帮我们对响应结果进行反序列化。

学习完了Http客户端工具，接下来就可以正式学习微服务了。