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标题: 从为什么要重构到微服务架构 [打印本页]

作者: 太极禅云学院 时间: 2018-1-4 11:04
标题: 从为什么要重构到微服务架构

公司决定将支付业务从原来所在部门剥离出来，成为一个独立的团队，以应付迅速发展的业务需求。原团队负责支付系统开发的几位同学转到现团队，形成开发班底。此后开始招聘，三个月团队扩充到10多个人。与此同时，公司业务也在快速发展，6月份宣布会员突破2千万。一些热片上映往往也会引发会员注册缴费的小高峰。其他业务，包括直播，阅读，动漫等，也都进入了发展的快车道。每天订单量早已经超过百万，比去年某片上映时把系统打垮时还早高。移动端每个月发布一个版本，桌面则是半个月。产品经理们夜以继日地规划各种功能，待开发功能都排到好几个月之后。而随着项目团队的日益扩大，却出现一些奇怪的事情：

开发效率和以前没有太大区别，尽管队伍扩大了4倍多，人员素质则有所提升。

大部分开发工作还是几位老员工在忙，新员工还比较难介入核心开发工作。

除了管理因素，作为工程师，我们还是期待从技术上找到根源所在，解决问题，提高效率。最终的决策，是使用微服务架构来重构现有系统。这一系列博文，描述在这过程中我们做的选择、取得的成果、走过的弯路，以及经验教训。

一、原有架构

从技术角度看，原有系统是一个基于SSH架构的传统实现，软件架构整体上是大家所熟知的多层Java软件架构：

代码让人看的非常怀旧，虽然开发人员和我说是4年前开发的，但这熟悉的SSH架构，可是妥妥10年前的东西。使用Apache Struts做展示层，对数据访问层做个简单封装实现业务逻辑层，基于Spring 的AOP以及Hibernate实现数据访问。数据保存在MySQL中，单库多表的结构。

二、架构问题

1. DAO层

使用Hibernate来封装数据库访问操作。其优势是在面向对象领域，通过系统自动生成数据库访问语句的方式，使得开发者无需考虑数据库的实现细节，专注于对象的设计和使用，简化了开发工作。另外，使用Hibernate还支持系统可以在不同类型的对象数据库间无缝迁移。在业务对象关系复杂的管理系统开发中广泛使用。存在的问题是，它隐藏了数据库的实现细节，这导致在大数据场景下开发人员很难对数据库访问进行优化，而这却是互联网应用开发的重点。

2. Service层

业务逻辑层为Controller层提供具体业务的实现。但在实现上，问题还不少。如果是严格按照分层架构来实现，对业务逻辑层进行拆分，将本地调用变成远程调用，即可比较容易实现拆分。但实际中往往会碰到如下问题：

这个层往往并未实现单向依赖，部分业务逻辑层实现被注入了接口层的参数(request,response)，使其耦合到接口层。

为了应对不断变更的需求，不少接口会使用map作为输入输出参数，此类接口在维护时无法约束其参数。

Service层绝大部分实现是使用工厂模式来管理数据对象。仅对工厂类建模，未对业务实体建模。这个层的实现是不完整的。这使得对业务实体的操作需要推迟到Controller层来实现，导致Controller臃肿。

当服务之间存在大量依赖关系时，开发人员往往会直接将Spring BeanFactory注入到各个服务中，或者简单封装一个FacadeService，通过这个Service可以访问到所有的业务逻辑对象。这个类的使用导致无法评估Controller层对Service业务对象的具体依赖。

3. Controller层

基于Apache Struts来实现， Apache Struts 漏洞频繁爆发，修复慢。当前已经很少在对外的应用中使用了。由于Service层实现上的问题，Controller层承担了部分业务逻辑实现，使其臃肿，难以测试。

三、功能问题

从功能模块上来看，并没有区分对端的服务以及对运营管理系统的服务，仅实现了支付系统的基本功能：

四、实施问题

1. 可扩展性差，性能提升困难

web应用性能瓶颈基本都在数据库上。这个系统使用mysql作为数据库。三个应用对应三个数据库。没有读写分离。读写都在一个库上操作。数据量最大的表当时在5000万条数据。高峰期数据库操作的QPS在1000左右，压测结果是可以支撑2000的QPS。这个指标令我诧异。为什么能有这么好的性能?首先是，没有复杂的查询逻辑，所有查询都在一个表里操作，没有跨表事务处理，复杂的处理，分解为多个语句来执行。最复杂的一个action中，执行了将近20次数据查询。其次，也是最重要的因素，这里用的是SSD磁盘。从目前情况看，撑到年底应该是可以的，这也为我们技改争取了足够的时间。尽管这样，对mysql还是没有把握。每次运营部门搞活动，我们都玩胆战心惊地盯着，祈祷活动不要太有效果。

从应用层来看，目前读写比在10:1，接口日访问量10亿。高峰期访问量在300QPS。公司业务增长迅猛，数据量半年翻一番，访问量预估10倍增长。还有一个严峻的挑战，产品同学扬言要搞秒杀，秒杀…每秒十万的量必须支持到。这就超过MYSQL能承受的压力范围，需要把读操作切到内存数据库上，但是在SSH架构下，读写分离实现就得伤筋动骨了。另外由于Hibernate封装了对数据库的操作，不用写SQL了，精细优化也搞不定了。每次系统变慢，就得求DBA，帮看看有那些SQL被卡住了。每隔一段时间，还得请DBA导出SQL语句，研究怎么建索引。

2. 系统臃肿，学习周期长

100多个接口，分为三个大项目。最大项目有1300多个类，其次是600多个和300多个类。SSH架构，SVN版本控制，resin作为容器，Nginx前置路由。路由这个让人欣慰，它是整个重构工作的有力支撑。纯后端的项目，为移动端app，PCWEB应用提供接口。这也使得重构工作难度大大降低。如果把前端也耦合进来，那就更酸爽了。

庞大的系统规模为团队成员接手带来困难。支付业务独立出来后，开发人员从原来的5人，在2个月内扩充到10人。与此同时，兴奋的产品同学也都跟打鸡血一样，各种想法纷纷变为产品，开发压力骤增。但是新增的同学，看着几百个类，往往一片茫然，无法下手。不知道哪些功能实现了，哪些功能是待改进的。一直到3个月后，新员工才逐步进入角色。尽管如此，还是有不少恐龙级代码，无人敢挑战。最大的一个类的规模是2000多行，核心方法超过500行，大量重复代码，每次调整都以失败告终。

3. 合作成本高

随着项目组人员增加，每次新版本开发都需要多人一起合作，修改同一个项目代码。虽然使用版本控制工具来对分支进行管理，但是不可避免的，大量的时间花费在代码冲突处理上。新增功能，增强功能，bug修复，支持各种客户端，都在一个项目上进行，需要建立不同的分支，高峰期五六个分支同时进行都是常见的。这种情况下，代码冲突的频率非常高。一个周的小版本开发，1天时间在解决冲突都是很正常的。

4. 测试难度大

测试工作也逐步的恶化了。

测试环境构建难度高。随着分支的增加，每个进入测试的分支，都需要准备独立的测试环境。环境构建成本高。

刚测试完的功能，由于分支合并冲突处理，又得重新跑一遍。严重影响项目进度。

5. 上线风险高

随着系统复杂度的增加，上线风险也越来也大。一个小功能的修改，打印一个日志，修复一个bug，都需要整体上线。一旦有一个地方修改错了，这个系统就崩溃了。上线时间长，一次上线，半个小时是必须的。

6. 引入新技术困难

互联网公司对新技术的追求和使用显得特别饥渴，SSH框架降低开发难度和成本同时，也屏蔽了其他技术的导入。缓存机制，数据库优化，读写分离等，SSH有自己的一套逻辑体系，要调整姿势，成本相对高，技术难度也大，需要对实现底层有深入了解。

CONWAY’S LAW

很长一段时间，这个系统是2-3位开发人员在维护，对外接口、运营系统，都混杂在一起实现，访问量也不算大。3个独立系统，对应3个版本库，每个人负责1-2个系统。当有新功能添加到系统中的时候，大家优先考虑的是如何对现有系统进行改进，而不会考虑是否需要建立新系统。而当公司做业务调整，人员迅速增加后，原有的合作方式，就需要变更了。这就应了所谓的康威定律：

Any organization that designs a system (defined broadly) will produce a design whose structure is a copy of the organization’s communication structure.

我们需要一套新的机制来应对新形式下的系统演化的需求。

五、分层与共享库

避免对原有系统作大规模调整，我们首先考虑的是利用原系统分层实现的特点，实现基于层的分工。在实践方面，以前负责的管理系统的开发项目，使用SSH架构的，大部分是采用基于分层的分工：

将业务逻辑层、数据访问层、数据表示层封装为可以独立维护的库;

将接口层按照业务来拆分，将代码依赖调整为库依赖。

为各个独立的库和项目建立各自的代码库。

层之间通过接口来交互，基础层通过单元测试来保证质量，

这种分层的优势在于能够很好地解决学习周期的问题。每个层的技术相对独立，开发人员可以快速上手。

DAO层相对简单，因而对于团队中的新手，可以从这个层入手，熟悉系统架构和软件过程;

业务逻辑层是整个系统的核心，由老员工来负责，对上可以协助显示层的开发，对下可以指导DAO层的新同学。

显示层需要对HTML，CSS等技术要有所了解。

这种分工，适合10人以内的、一同办公的团队。团队之间是紧耦合的合作关系。对于大型项目，首先需要对项目按照业务进行切分，每个子项目分配到10人以内的团队来完成，之后对每个团队，采用分层的分工。但采用这种合作方式，存在的问题是：

要求有很好的系统架构设计。需要在编码启动前，将各层的接口、数据库结构确定下来。而这对轻架构的互联网应用开发来说几乎是不现实的。不少互联网公司甚至都没有架构师的角色，有架构师的公司，还有不少是形同虚设的。

团队内部沟通成本高。层与层之间是紧耦合的关系，对接口的修改必须通知到所有使用方。这要求开发人员之间建立稳定的合作关系，通过约定俗成的规则，降低沟通成本。

上述各种问题仍然存在。基础库的变更，都需要对线上的系统更新库之后重新上线。

六、微服务

在开始支付项目改造之前，我们刚刚完成了公司数据仓库项目的微服务架构改进。这个项目实施详细过程，在dockone社区做了分享，详情参见这里。我们认为调整为微服务架构可以解决上述问题。

1. 性能问题

对于性能要求高的接口，可以通过建立数据缓存的方式进行优化。

2. 学习周期

一个项目仅包含少数紧耦合的接口，接口的业务逻辑单一，开发人员1-2小时通读代码，即可快速上手。

3. 合作成本

每个项目相对独立，项目之间仅通过接口来交互。确定完接口后，开发、测试、上线，都是独立进行的，从而降低了沟通成本。

4. 版本控制

由于项目之间是接口依赖而不是代码依赖，每个项目都可以建立独立的代码库。同时项目切分的比较细，每个项目开发时，仅会有一个开发人员对其做修改。这基本就不存在代码合并工作，也避免了代码合并过程中的各种问题。实际上，基于微服务架构的开发，我们并没有采用分支策略，而是直接用主干开发。

5. 测试难度

每个项目独立部署、独立测试。由于消除了代码分支，没有代码合并的隐患，重复测试的工作量减少了。

6. 上线风险

每个项目独立上线，就算出现问题了，也仅影响到少数接口。

7. 新技术

在微服务改造进行一个季度后，各种新技术被引入到系统中，开发不再局限于SSH架构。Spark, Hadoop， Hbase等大数据处理相关的技术，Couchbase, Redis等缓存系统，都开始在项目中使用，并有效地解决的业务上存在的问题。

当然，有利必有弊，微服务带来的问题，也不少，包括项目多、出问题时排查难等，在实施过程中，也积累了不少的经验。这些问题，将在后续的分享中逐步做介绍。

作者: 太极禅云学院 时间: 2018-1-4 11:05
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