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微服务 2.0 技术栈选型手册

由 我只是一个虾纸丫 提交于 2019-12-10 11:23:30

本文转自：https://mp.weixin.qq.com/s/OloZhn2pwfIrOQit_8jefA

 

一、前言

2014年可以认为是微服务1.0的元年，当年有几个标志性事件，一是Martin Fowler在其博客上发表了“Microservices”一文，正式提出微服务架构风格；二是Netflix微服务架构经过多年大规模生产验证，最终抽象落地形成一整套开源的微服务基础组件，统称NetflixOSS，Netflix的成功经验开始被业界认可并推崇；三是Pivotal将NetflixOSS开源微服务组件集成到其Spring体系，推出Spring Cloud微服务开发技术栈。

一晃三年过去，微服务技术生态又发生了巨大变化，容器，PaaS，Cloud Native，gRPC，ServiceMesh，Serverless等新技术新理念你方唱罢我登场，不知不觉我们又来到了微服务2.0时代。基于近年在微服务基础架构方面的实战经验和平时的学习积累，我想总结并提出一些构建微服务2.0技术栈的选型思路，供各位在一线实战的架构师、工程师参考借鉴。对于一些暂时还没有成熟开源产品的微服务支撑模块，我也会给出一些定制自研的设计思路。

二、选型准侧

对于技术选型，我个人有很多标准，其中下面三项是最重要的:

1. 生产级

我们选择的技术栈是要解决实际业务问题和上生产抗流量的（选择不慎可能造成生产级事故），而不是简单做个POC或者Demo展示，所以生产级（Production Ready），可运维（Ops Ready），可治理，成熟稳定的技术才是我们的首选；

2. 一线互联网公司落地产品

我们会尽量采用在一线互联网公司落地并且开源的，且在社区内形成良好口碑的产品，它们已经在这些公司经过流量冲击，坑已经基本被填平，且被社区接受形成一个良好的社区生态（本文附录部分会给出所有推荐使用或参考的开源项目的github链接。）。

3. 开源社区活跃度

Github上的stars的数量是一个重要指标，同时会参考其代码和文档更新频率（尤其是近年），这些指标直接反应开源产品的社区活跃度或者说生命力。

另外，对于不同业务体量和团队规模的公司，技术选型标准往往是不同的，创业公司的技术选型和BAT级别公司的技术选型标准可能完全不同。本文主要针对日流量千万以上，研发团队规模不少于50人的公司，如果小于这个规模我建议认真评估是否真的需要采用微服务架构。考虑到Java语言在国内的流行度和我个人的背景经验，本文主要针对采用Java技术栈的企业。本文也假定自建微服务基础架构，有些产品其实有对应的云服务可以直接使用，自建和采用云服务各有利弊，架构师需要根据场景上下文综合权衡。

三、微服务基础架构核心关注点

下面脑图中芒果色标注的七个模块，我认为是构建微服务2.0技术栈的核心模块，本文后面的选型会分别基于这些模块展开。对于每个模块我也列出一些核心架构关注点，在选择具体产品时，需要尽可能覆盖到这些关注点。

下图是在参考过华为技术专家王磊的《微服务的设计与生态系统》[附录12.46]的基础上，结合作者自身的实践调整而来，我想同时分享给一线架构师或者工程师参考，其中粉红色标注的模块是和微服务关系最密切的模块，大家在做技术选型时，可以同时对照这个体系。

四、服务框架选型

服务框架是一个比较成熟的领域，有太多可选项。Spring Boot/Cloud[附录12.1]由于Spring社区的影响力和Netflix的背书，目前可以认为是构建Java微服务的一个社区标准，Spring Boot目前在github上有超过20k星。基于Spring的框架本质上可以认为是一种RESTful框架（不是RPC框架），序列化协议主要采用基于文本的JSON，通讯协议一般基于HTTP。RESTful框架天然支持跨语言，任何语言只要有HTTP客户端都可以接入调用，但是客户端一般需要自己解析payload。目前Spring框架也支持Swagger契约编程模型，能够基于契约生成各种语言的强类型客户端，极大方便不同语言栈的应用接入，但是因为RESTful框架和Swagger规范的弱契约特性，生成的各种语言客户端的互操作性还是有不少坑的。

Dubbo[附录12.2]是阿里多年构建生产级分布式微服务的技术结晶，服务治理能力非常丰富，在国内技术社区具有很大影响力，目前github上有超过16k星。Dubbo本质上是一套基于Java的RPC框架，当当Dubbox扩展了Dubbo支持RESTful接口暴露能力。Dubbo主要面向Java 技术栈，跨语言支持不足是它的一个弱项，另外因为治理能力太丰富，以至于这个框架比较重，完全用好这个框架的门槛比较高，但是如果你的企业基本上投资在Java技术栈上，选Dubbo可以让你在服务框架一块站在较高的起点上，不管是性能还是企业级的服务治理能力，Dubbo都做的很出色。新浪微博开源的Motan（github 4k stars）也不错，功能和Dubbo类似，可以认为是一个轻量裁剪版的Dubbo。

gRPC[附录12.3]是谷歌近年新推的一套RPC框架，基于protobuf的强契约编程模型，能自动生成各种语言客户端，且保证互操作。支持HTTP2是gRPC的一大亮点，通讯层性能比HTTP有很大改进。Protobuf是在社区具有悠久历史和良好口碑的高性能序列化协议，加上Google公司的背书和社区影响力，目前gRPC也比较火，github上有超过13.4k星。目前看gRPC更适合内部服务相互调用场景，对外暴露HTTP RESTful接口可以实现，但是比较麻烦（需要gRPC Gateway配合），所以对于对外暴露API场景可能还需要引入第二套HTTP RESTful框架作为补充。总体上gRPC这个东西还比较新，社区对于HTTP2带来的好处还未形成一致认同，建议谨慎投入，可以做一些试点。

五、运行时支撑服务选型

运行时支撑服务主要包括服务注册中心，服务路由网关和集中式配置中心三个产品。

服务注册中心，如果采用Spring Cloud体系，则选择Eureka[附录12.4]是最佳搭配，Eureka在Netflix经过大规模生产验证，支持跨数据中心，客户端配合Ribbon可以实现灵活的客户端软负载，Eureka目前在github上有超过4.7k星；Consul[附录12.5]也是不错选择，天然支持跨数据中心，还支持KV模型存储和灵活健康检查能力，目前在github上有超过11k星。

服务网关也是一个比较成熟的领域，有很多可选项。如果采用Spring Cloud体系，则选择Zuul[附录12.6]是最佳搭配，Zuul在Netflix经过大规模生产验证，支持灵活的动态过滤器脚本机制，异步性能不足（基于Netty的异步Zuul迟迟未能推出正式版）。Zuul网关目前在github上有超过3.7k星。基于Nginx/OpenResty的API网关Kong[附录12.7]目前在github上比较火，有超过14.1k星。因为采用Nginx内核，Kong的异步性能较强，另外基于lua的插件机制比较灵活，社区插件也比较丰富，从安全到限流熔断都有，还有不少开源的管理界面，能够集中管理Kong集群。

配置中心，Spring Cloud自带Spring Cloud Config[附录12.8]（github 0.75k stars），个人认为算不上生产级，很多治理能力缺失，小规模场景可以试用。个人比较推荐携程的Apollo[附录12.9]配置中心，在携程经过生产级验证，具备高可用，配置实时生效（推拉结合），配置审计和版本化，多环境多集群支持等生产级特性，建议中大规模需要对配置集中进行治理的企业采用。Apollo目前在github上有超过3.4k星。

六、服务监控选型

主要包括日志监控，调用链监控，Metrics监控，健康检查和告警通知等产品。

ELK目前可以认为是日志监控的标配，功能完善开箱即用，Elasticsearch[附录12.10]目前在github上有超过28.4k星。Elastalert[附录12.11] (github 4k stars)是Yelp开源的针对ELK的告警通知模块。

调用链监控目前社区主流是点评CAT[附录12.12]（github 4.3k stars），Twitter之前开源现在由OpenZipkin社区维护的Zipkin[附录12.13]（github 7.5k stars）和Naver开源的Pinpoint[附录12.14]（github 5.3k stars）。个人比较推荐点评开源的CAT，在点评和国内多家互联网公司有落地案例，生产级特性和治理能力较完善，另外CAT自带告警模块。下面是我之前对三款产品的评估表，供参考。

Metrics监控主要依赖于时间序列数据库(TSDB)，目前较成熟的产品是StumbleUpon公司开源的基于HBase的OpenTSDB[附录12.15]（基于Cassandra的KariosDB[附录12.16]也是一个选择，github 1.1k stars，它基本上是OpenTSDB针对Cassandra的一个改造版），OpenTSDB具有分布式能力可以横向扩展，但是相对较重，适用于中大规模企业，OpenTSDB目前在github上有近2.9k星。OpenTSDB 本身不提供告警模块，Argus[附录12.17]（github 0.29k星）是Salesforce开源的基于OpenTSDB的统一监控告警平台，支持丰富的告警函数和灵活的告警配置，可以作为OpenTSDB的告警补充。近年也出现一些轻量级的TSDB，如InfluxDB[附录12.18]（github 12.4k stars）和Prometheus[附录12.19]（github 14.3k stars），这些产品函数报表能力丰富，自带告警模块，但是分布式能力不足，适用于中小规模企业。Grafana[附录12.20]（github 19.9k stars）是Metrics报表展示的社区标配。

社区还有一些通用的健康检查和告警产品，例如Sensu[附录12.21]（github 2.7k stars），能够对各种服务（例如spring boot暴露的健康检查端点，时间序列数据库中的metrics，ELK中的错误日志等）定制灵活的健康检查(check)，然后用户可以针对check结果设置灵活的告警通知策略。Sensu在Yelp等公司有落地案例。其它类似产品还有Esty开源的411[附录12.22]（github 0.74k星）和Zalando的ZMon[附录12.23] (github 0.15k星)，它们是分别在Esty和Zalando落地的产品，但是定制check和告警配置的使用门槛比较高，社区不热，建议有定制自研能力的团队试用。ZMon后台采用KairosDB存储，如果企业已经采用KariosDB作为时间序列数据库，则可以考虑ZMon作为告警通知模块。

七、服务容错选型

针对Java技术栈，Netflix的Hystrix[附录12.24]（github 12.4k stars）把熔断、隔离、限流和降级等能力封装成组件，任何依赖调用（数据库，服务，缓存）都可以封装在Hystrix Command之内，封装后自动具备容错能力。Hystrix起源于Netflix的弹性工程项目，经过Netflix大规模生产验证，目前是容错组件的社区标准，github上有超12k星。其它语言栈也有类似Hystrix的简化版本组件。

Hystrix一般需要在应用端或者框架内埋点，有一定的使用门槛。对于采用集中式反向代理（边界和内部）做服务路由的公司，则可以集中在反向代理上做熔断限流，例如采用nginx[附录12.25]（github 5.1k stars）或者Kong[附录12.7]（github 11.4k stars）这类反向代理，它们都有插件支持灵活的限流容错配置。Zuul网关也可以集成Hystrix实现网关层集中式限流容错。集中式反向代理需要有一定的研发和运维能力，但是可以对限流容错进行集中治理，可以简化客户端。

八、后台服务选型

后台服务主要包括消息系统，分布式缓存，分布式数据访问层和任务调度系统。后台服务是一个相对比较成熟的领域，很多开源产品基本可以开箱即用。

消息系统，对于日志等可靠性要求不高的场景，则Apache顶级项目Kafka[附录12.26]（github 7.2k stars）是社区标配。对于可靠性要求较高的业务场景，kafka其实也是可以胜任，但企业需要根据具体场景，对 Kafka的监控和治理能力进行适当定制完善，Allegro公司开源的hermes[附录12.27]（github 0.3k stars）是一个可参考项目，它在Kafka基础上封装了适合业务场景的企业级治理能力。阿里开源的RocketMQ[附录12.28]（github 3.5k星）也是一个不错选择，具备更多适用于业务场景的特性，目前也是Apache顶级项目。RabbitMQ[附录12.29]（github 3.6k星）是老牌经典的MQ，队列特性和文档都很丰富，性能和分布式能力稍弱，中小规模场景可选。

对于缓存治理，如果倾向于采用客户端直连模式（个人认为缓存直连更简单轻量），则SohuTv开源的cachecloud[附录12.30]（github 2.5k stars）是一款不错的Redis缓存治理平台，提供诸如监控统计，一键开启，自动故障转移，在线伸缩，自动化运维等生产级治理能力，另外其文档也比较丰富。如果倾向采用中间层Proxy模式，则Twitter开源的twemproxy[附录12.31]（github 7.5k stars）和CodisLab开源的codis[附录12.32]（github 6.9k stars）是社区比较热的选项。

对于分布式数据访问层，如果采用Java技术栈，则当当开源的shardingjdbc[附录12.33]（github 3.5k stars）是一个不错的选项，分库分表逻辑做在客户端jdbc driver中，客户端直连数据库比较简单轻量，建议中小规模场景采用。如果倾向采用数据库访问中间层proxy模式，则从阿里Cobar演化出来的社区开源分库分表中间件MyCAT[附录12.34]（github 3.6k stars）是一个不错选择 。proxy模式运维成本较高，建议中大规模场景，有一定框架自研和运维能力的团队采用。

任务调度系统，个人推荐徐雪里开源的xxl-job[附录12.35]（github 3.4k stars），部署简单轻量，大部分场景够用。当当开源的elastic-job[附录12.36]（github 3.2k stars）也是一个不错选择，相比xxl-job功能更强一些也更复杂。

九、服务安全选型

对于微服务安全认证授权机制一块，目前业界虽然有OAuth和OpenID connect等标准协议，但是各家具体实现的做法都不太一样，企业一般有很多特殊的定制需求，整个社区还没有形成通用生产级开箱即用的产品。有一些开源授权服务器产品，比较知名的如Apereo CAS[附录12.37]（github 3.6k stars），JBoss开源的keycloak[附录12.38]（github 1.9 stars），spring cloud security[附录12.39]等，大都是opinionated（一家观点和做法）的产品，同时因支持太多协议造成产品复杂，也缺乏足够灵活性。个人建议基于OAuth和OpenID connect标准，在参考一些开源产品的基础上（例如Mitre开源的OpenID-Connect-Java-Spring-Server[附录12.40]，github 0.62k stars），定制自研轻量级授权服务器。Wso2提出了一种微服务安全的参考方案[附录12.45]，建议参考，该方案的关键步骤如下：

  1. 使用支持OAuth 2.0和OpenID Connect标准协议的授权服务器（个人建议定制自研）；

  2. 使用API网关作为单一访问入口，统一实现安全治理；

  3. 客户在访问微服务之前，先通过授权服务器登录获取access token，然后将access token和请求一起发送到网关；

  4. 网关获取access token，通过授权服务器校验token，同时做token转换获取JWT token。

  5. 网关将JWT Token和请求一起转发到后台微服务；

  6. JWT中可以存储用户会话信息，该信息可以传递给后台的微服务，也可以在微服务之间传递，用作认证授权等用途；

  7. 每个微服务包含JWT客户端，能够解密JWT并获取其中的用户会话信息。

  8. 整个方案中，access token是一种by reference token，不包含用户信息可以直接暴露在公网上；JWT token是一种by value token，可以包含用户信息但不暴露在公网上。

十、服务部署平台选型

容器已经被社区接受为交付微服务的一种理想手段，可以实现不可变（immutable）发布模式。一个轻量级的基于容器的服务部署平台主要包括容器资源调度，发布系统，镜像治理，资源治理和IAM等模块。

集群资源调度系统：屏蔽容器细节，将整个集群抽象成容器资源池，支持按需申请和释放容器资源，物理机发生故障时能够实现自动故障迁移(fail over)。目前Google开源的kubernetes[附录12.41]，在Google背书和社区的强力推动下，基本已经形成市场领导者地位，github上有31.8k星，社区的活跃度已经远远超过了mesos[附录12.42]（github 3.5k stars）和swarm等竞争产品，所以容器资源调度建议首选k8s。当然如果你的团队有足够定制自研能力，想深度把控底层调度算法，也可以基于mesos做定制自研。

镜像治理：基于docker registry，封装一些轻量级的治理功能。vmware开源的harbor[附录12.43] (github 3.5k stars)是目前社区比较成熟的企业级产品，在docker registry基础上扩展了权限控制，审计，镜像同步，管理界面等治理能力，可以考虑采用。

资源治理：类似于CMDB思路，在容器云环境中，企业仍然需要对应用app，组织org，容器配额和数量等相关信息进行轻量级的治理。目前这块还没有生产级的开源产品，一般企业需要根据自己的场景定制自研。

发布平台：面向用户的发布管理控制台，支持发布流程编排。它和其它子系统对接交互，实现基本的应用发布能力，也实现如蓝绿，金丝雀和灰度等高级发布机制。目前这块生产级的开源产品很少，Netflix开源的spinnaker[附录12.44]（github 4.2k stars）是一个，但是这个产品比较复杂重量（因为它既要支持适配对接各种CI系统，同时还要适配对接各种公有云和容器云，使得整个系统异常复杂），一般企业建议根据自己的场景定制自研轻量级的解决方案。

IAM：是identity & access management的简称，对发布平台各个组件进行身份认证和安全访问控制。社区有不少开源的IAM产品，比较知名的有Apereo CAS（github 3.6k stars），JBoss开源的keycloak（github 1.9 stars）等。但是这些产品一般都比较复杂重量，很多企业考虑到内部各种系统灵活对接的需求，都会考虑定制自研轻量级的解决方案。

考虑到服务部署平台目前还没有端到端生产级解决方案，企业一般需要定制集成，下面给出一个可以参考的具备轻量级治理能努力的发布体系：

简化发布流程如下：

  1. 应用通过CI集成后生成镜像，用户将镜像推到镜像治理中心；

  2. 用户在资产治理中心申请发布，填报应用，发布和配额相关信息，然后等待审批通过；

  3. 发布审批通过，开发人员通过发布控制台发布应用；

  4. 发布系统通过查询资产治理中心获取发布规格信息；

  5. 发布系统向容器云发出启动容器实例指令；

  6. 容器云从镜像治理中心拉取镜像并启动容器；

  7. 容器内服务启动后自注册到服务注册中心，并保持定期心跳；

  8. 用户通过发布系统调用服务注册中心调拨流量，实现蓝绿，金丝雀或灰度发布等机制；

  9. 网关和内部微服务客户端定期同步服务注册中心上的服务路由表，将流量按负载均衡策略分发到新的服务实例上。

另外，持续交付流水线（CD Pipeline）也是微服务发布重要环节，这块主要和研发流程相关，一般需要企业定制，下面是一个可供参考的流水线模型，在镜像治理中心上封装一些轻量级的治理流程，例如只有通过测试环境测试的镜像才能升级发布到UAT环境，只有通过UAT环境测试的镜像才能升级发布到生产环境，通过在流水线上设置一些质量门，保障应用高质量交付到生产。

十一、写在最后

注意，本文限于篇幅，对测试和CI等环节没有涉及，但它们同样是构建微服务架构的重要环节，也有众多成熟的开源成熟产品可选。

技术选型虽然重要，但还只是微服务建设的一小部分工作，选型后的产品要在企业内部真正落地，形成完整的微服务技术栈体系，则后续还有大量集成、定制、治理、运维和推广等工作。

本文仅限个人经验视角，选型思路仅供参考借鉴。每个企业的具体上下文（业务场景，团队组织，技术架构等）各不相同，每个架构师的背景经验也各不相同，大家要结合实际自己做出选型，没有最好的技术栈，只有相对较合适的技术栈。另外，好的技术选型是相互借鉴甚至PK出来的，欢迎大家讨论，给出自己的微服务2.0技术栈选型意见。

十二、附录

    1. Spring Boot
      https://github.com/spring-projects/spring-boot

    2. Alibaba Dubbo
      https://github.com/alibaba/dubbo

    3. Google gRPC
      https://github.com/grpc/grpc

    4. NetflixOSS Eureka
      https://github.com/Netflix/eureka

    5. Hashicorp Consul
      https://github.com/hashicorp/consul

    6. NetflixOSS Zuul
      https://github.com/Netflix/zuul

    7. Kong
      https://github.com/Kong/kong

    8. Spring Cloud Config
      https://github.com/spring-cloud/spring-cloud-config

    9. CTrip Apollo
      https://github.com/ctripcorp/apollo

    10. ElasticSearch
      https://github.com/elastic/elasticsearch

    11. Yelp Elastalert
      https://github.com/Yelp/elastalert

    12. Dianping CAT
      https://github.com/dianping/cat

    13. Zipkin
      https://github.com/openzipkin/zipkin

    14. Naver Pinpoint
      https://github.com/naver/pinpoint

    15. OpenTSDB
      https://github.com/OpenTSDB/opentsdb

    16. KairosDB
      https://github.com/kairosdb/kairosdb

    17. Argus
      https://github.com/salesforce/Argus

    18. InfluxDB
      https://github.com/influxdata/influxdb

    19. Prometheus
      https://github.com/prometheus/prometheus

    20. Grafana
      https://github.com/grafana/grafana

    21. Sensu
      https://github.com/sensu/sensu

    22. Esty 411
      https://github.com/etsy/411

    23. Zalando ZMon
      https://github.com/zalando/zmon

    24. NetflixOSS Hystrix
      https://github.com/Netflix/Hystrix

    25. Nginx
      https://github.com/nginx/nginx

    26. Apache Kafka
      https://github.com/apache/kafka

    27. Allegro Hermes
      https://github.com/allegro/hermes

    28. Apache Rocketmq
      https://github.com/apache/rocketmq

    29. Rabbitmq
      https://github.com/rabbitmq/rabbitmq-server

    30. Sohutv CacheCloud
      https://github.com/sohutv/cachecloud

    31. Twitter twemproxy
      https://github.com/twitter/twemproxy

    32. CodisLab codis
      https://github.com/CodisLabs/codis

    33. Dangdang Sharding-jdbc
      https://github.com/shardingjdbc/sharding-jdbc

    34. MyCAT
      https://github.com/MyCATApache/Mycat-Server

    35. Xxl-job
      https://github.com/xuxueli/xxl-job

    36. Dangdang elastic-job
      https://github.com/elasticjob/elastic-job-lite

    37. Apereo CAS
      https://github.com/apereo/cas

    38. JBoss keycloak
      https://github.com/keycloak/keycloak

    39. Spring cloud security
      https://github.com/spring-cloud/spring-cloud-security

    40. OpenID-Connect-Java-Spring-Server
      https://github.com/mitreid-connect/OpenID-Connect-Java-Spring-Server

    41. Google Kubernetes
      https://github.com/kubernetes/kubernetes

    42. Apache Mesos
      https://github.com/apache/mesos

    43. Vmware Harbor
      https://github.com/vmware/harbor

    44. Netflix Spinnaker
      https://github.com/spinnaker/spinnaker

    45. Microservices in Practice – Key Architecture Concepts of an MSA
      https://wso2.com/whitepapers/microservices-in-practice-key-architectural-concepts-of-an-msa/

    46. 微服务的设计与生态系统
      http://servicecomb.incubator.apache.org/assets/slides/20170619/MSAPrinciple&EcoSystem.pdf

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