单体到微服务：何时、为何以及如何进行过渡

在决定将单体应用程序迁移到等效的微服务之前，您必须进行明智的思考。 忽视采取迁移步骤的正确时间会使您远远落后于竞争对手。

近年来，从单体架构到微服务架构的转变已成为软件开发的流行趋势。 随着组织寻求提高其应用程序的可扩展性和灵活性，从单体架构向微服务架构的转变已成为越来越受欢迎的选择。 但这种转变到底是什么，为什么它可能是您组织的正确选择？

本文探讨了单体架构、N 层架构和微服务架构之间的差异。 它还讨论了何时以及如何迁移到微服务架构。

让我们开始吧！

什么是单体架构？

单体架构是一种软件设计模式，在这种模式中，整个应用程序被构建为一个独立的单元。 在单体架构中，应用程序的所有组件（包括用户界面、业务逻辑和数据存储）都组合到一个代码库中。

优点

• 简单性：单体架构易于理解和使用。
• 易于部署：整体式应用程序是一个单元，因此易于部署。
• 改进的性能：整体应用程序中组件之间的通信速度更快，从而提高了性能。
• 节省成本：单体架构的开发成本可能低于其他架构。
• 熟悉度：许多开发人员都熟悉单体架构，并且可能更喜欢这种方法。

缺点

• 灵活性问题：更改一个组件可能会影响单体架构中的整个系统。
• 扩展困难：扩展单体应用程序需要扩展整个系统。
• 更高的维护成本：随着应用程序的增长和变得越来越复杂，维护单体架构可能既费钱又费时。
• 有限的代码重用：在单体架构中跨不同应用程序部分重用代码可能并不容易。

什么是多层架构？

在多层架构中，我们将系统划分为若干层或层级。 这些层协同工作以执行特定功能。 首先，每一层负责系统的一个特定方面。 然后，他们相互通信以完成任务。

总的来说，该架构致力于分离关注点并为每个特定任务使用层。 例如，下图显示了典型 MVC 应用程序的 3 层架构。 模型层处理数据源，视图作为表示层。 控制器充当模型层和视图层之间的处理程序。

优点

• 提高安全性：不同的应用程序层使攻击者更难访问敏感数据或功能。
• 更好的可扩展性：层可以独立扩展，从而更容易处理系统使用量或负载的增加。
• 增强的可维护性：多层架构中的关注点分离简化了不同应用程序部分的维护和更新。
• 增强的灵活性：模块化架构允许在添加或更改功能方面具有更大的灵活性。 此外，与其他系统的集成也更容易。
• 增强代码重用：分层设计支持模块化。 您可以使用具有不同表示层的相同业务逻辑层。

缺点

• 复杂性增加：使用多层会增加系统的复杂性，使其更难理解和维护。
• 增加的开发时间：由于额外的层和它们之间的通信，构建多层架构可能比单层架构花费更长的时间。
• 增加部署和配置工作：部署和配置多层系统可能比单层系统更耗时和复杂。
• 增加的硬件和基础设施要求：多层架构可能需要更多的硬件和基础设施资源才能正常运行。
• 增加测试工作：测试多层系统可能会更加复杂和耗时，因为有额外的层和它们之间的通信。

什么是微服务架构？

微服务架构将应用程序分解为通过 API 进行通信的小型独立服务。

这种方法允许更大的灵活性和可扩展性，因为每个服务都可以独立开发和部署。 此外，根据需求扩大或缩小规模变得更加容易。 因此，微服务架构特别适合基于云的环境，可以根据需要快速分配和释放资源。

优点

• 可扩展性：微服务可以独立扩展，这使您可以根据需要扩展应用程序的特定部分。
• 弹性：如果一个微服务失败，其他服务可以继续运行。 这提高了应用程序的整体弹性。
• 模块化：您可以独立开发、测试和部署每个微服务。 因此，修改或更新单个服务变得更易于管理。
• 灵活性：使用微服务，您可以灵活地为不同的服务选择不同的技术。 因此，它允许您为每项工作使用最好的工具。
• 易于部署：您可以独立部署微服务，这样可以更轻松地部署新版本的应用程序。

缺点

• 复杂性增加：管理多个独立服务可能会更加复杂。
• 更高的资源需求：运行许多服务可能需要更多的资源和基础设施。
• 增加通信开销：服务之间的通信需要 API。
• 增加测试和部署的复杂性：测试和部署许多服务可能很复杂。

单体 vs. 多层 vs. 微服务

下表总结了所有主要差异： –

单体到微服务：什么时候进行过渡是合适的

这个问题没有放之四海而皆准的答案，因为决定从单体架构迁移到微服务架构将取决于应用程序的特定需求和目标。 在决定是否进行过渡时，需要考虑以下几个因素：

• 应用程序的大小和复杂性：如果您的应用程序庞大而复杂且具有许多互连的组件，微服务架构可能会使开发和维护变得更容易。 但是，如果您的应用程序相对较小且简单，那么单体架构可能就足够了。
• 所需的可扩展性级别：如果您的应用程序需要快速轻松地扩展以满足不断变化的需求，微服务架构可能是更好的选择。 由于微服务可以独立扩展，您可以根据需要扩展应用程序的特定部分。
• 所需的灵活性级别：如果您需要能够在不影响整个应用程序的情况下修改或更新应用程序的各个组件，微服务架构可能是更好的选择。 这是因为每个微服务都可以独立开发、测试和部署。
• 可用于开发和维护的资源：如果您有一个拥有开发和维护微服务架构的技能和资源的大型团队，那么它可能是您应用程序的不错选择。 但是，如果您的团队规模较小或缺乏必要的技能，单体架构可能更易于管理。

单体到微服务：成功之旅

最终，从单体架构过渡到微服务架构的决定将取决于您的应用程序的特定需求和目标。 必须仔细评估每种架构风格的优缺点，然后选择最能满足您的应用程序需求的一种。

您可能希望通过实际案例研究来评估大公司如何做出迁移决策。 让我们讨论一下 Amazon 和 Netflix 的案例研究，了解他们如何确定合适的迁移时间。

亚马逊案例研究

亚马逊是一家知名的零售巨头，其网站最初使用的是单体架构。 然而，随着代码库的增长和在平台上工作的开发人员数量的增加，理清依赖关系并对平台进行更改或更新变得越来越困难。 这导致了开发延迟和编码挑战，也使公司难以扩展平台以满足其快速增长的客户群的需求。

为应对这些挑战，亚马逊将其单一应用程序分解为更小、独立运行、特定于服务的应用程序。 这涉及分析源代码并提取服务于单一功能目的的代码单元，将它们包装在 Web 服务接口中，并将每项服务的所有权分配给一组开发人员。

微服务方法使亚马逊能够轻松地对其平台进行更改和更新。 此外，它允许按需扩展特定组件。 尽管转型过程中存在挑战，但微服务架构的好处是显而易见的。 亚马逊的电子商务平台现在每天处理超过 25 亿次产品搜索，包括来自数十万卖家的数百万种产品。

Netflix 案例研究

Netflix是当今非常受欢迎和知名的公司。 它在 190 个国家/地区可用，截至 2022 年拥有超过 2.23 亿付费用户。

2008 年，Netflix 面临一次重大的数据库损坏，这个问题持续了整整 3 天。 这就是公司意识到整体设计的单点故障问题的时刻。 因此，Netflix 使用 Amazon Web 服务逐渐从单体架构迁移到云微服务架构。

Netflix 花了数年时间才迁移其面向客户和非面向客户的应用程序。 然而，好处是巨大的。 从 2008 年到 2015 年，该公司每月的观看时长激增了 1000 倍，带来了高额的收入和利润。

如何手动将应用程序从单体架构迁移到微服务架构

您可以按照多个步骤将应用程序从单体架构迁移（手动）到微服务架构：

1. 识别应用程序的业务功能：迁移过程的第一步是识别应用程序的不同业务功能。 这一步涉及到分析这些能力是否可以作为独立的微服务来实现。
2. 将应用程序拆分为微服务：一旦确定了应用程序的业务功能，就可以开始将应用程序拆分为微服务。 这可能涉及重构代码库以将不同的功能分离为独立的服务。
3. 设计微服务之间的接口：每个微服务应通过定义明确的接口或 API 与其他微服务进行通信。 仔细设计这些接口以确保它们易于使用和维护非常重要。
4. 实施微服务：一旦将应用程序拆分为微服务并设计了它们之间的接口，就可以开始实施它们了。 这可能涉及构建新服务或重构现有代码以适应微服务架构。
5. 测试和部署微服务：实施微服务后，必须彻底测试它们以确保它们按预期运行。 然后，您可以将微服务单独或作为一个组部署到生产环境中。
6. 迁移数据：如果您的应用程序使用数据库或其他数据存储系统，则必须将数据从单体应用程序迁移到微服务。 此外，您可能需要设计新的数据模型或重构现有数据以适应微服务架构。

总体而言，从单体架构迁移到微服务架构可能既复杂又耗时。 必须仔细计划和执行迁移以确保成功。

用于整体到微服务迁移的便捷工具

有几种工具可以帮助将单体应用程序分解为微服务。 例如，IBM 的 Mono2Micro、Decomposition Tool 和 Decomposer 是最流行的有助于分解过程的工具。

这些工具提供了一套自动化或半自动化的机制来识别微服务和重构代码。 此外，他们还帮助设置和管理托管微服务所需的基础设施。

单体到微服务迁移的自动分解：未来趋势

人工智能和机器学习的最新繁荣彻底改变了我们执行任务的传统方法。 如果机器可以完成复杂的单体到微服务分解任务，那岂不是很棒？

尽管使用 AI 帮助将单体应用程序分解为微服务似乎很容易。 然而，这是一条充满挑战的道路。 这就是为什么您只能找到一些关于此任务的完整研究。

阿卜杜拉等。 阿尔。 提出了一种将 Web 应用程序自动分解为微服务的无监督学习方法。 下面的概念图​​显示了自动分解过程的整体工作。

自动分解过程遵循三个简单的步骤。

步骤01： Access URI访问日志

网站上的每个网页都有一个唯一的统一资源标识符 (URI)。 幸运的是，托管此类应用程序的 Web 服务器维护着对这些 URI 的访问日志（例如，响应时间和文档大小）。 第一步是收集这些访问日志。

步骤02：应用聚类ML算法

聚类算法是一种无监督机器学习方法，给定一组数据点，创建具有相似性质的数据点的 K 个聚类。 这种聚类算法在提供历史访问日志数据时，会创建具有相似访问时间和响应文档大小的 URI 聚类。

步骤03：集群到微服务部署

您可以为每个 URI 集群创建一个微服务。 然后，您可以将这些微服务部署到任何云基础设施。

注意：此自动分解技术特定于单体 Web 应用程序，仅供您了解该时代的最新趋势。

从单体架构迁移到微服务架构的最佳实践

以下是从单体架构迁移到微服务架构时要遵循的一些最佳实践：

• 从小处着手：通常最好从将应用程序的一个小的、独立的部分迁移到微服务架构开始。 这使您可以从过程中学习并在处理应用程序的较大部分之前进行任何必要的调整。
• 识别正确的微服务：仔细识别应用程序的业务功能。 它还需要确定这些功能是否可以作为独立的微服务来实现。
• 设计清晰的接口：确保微服务之间的接口定义明确且易于使用。 这将使开发和维护微服务变得更加容易。
• 使用容器：容器可以使微服务的部署和管理更加容易，允许您将微服务及其依赖项打包在一个独立的单元中。
• 使用微服务友好的基础设施：为了支持微服务架构，您需要一个能够处理微服务增加的复杂性和流量的基础设施。 这可能涉及使用服务网格、API 网关和分布式跟踪等技术。
• 彻底测试：彻底测试微服务以确保它们按预期运行并且它们之间的接口正常工作。
• 监控和管理微服务：监控它们的性能和健康状况并在出现问题时采取适当的措施非常重要。 这可能涉及使用日志分析、性能监控和错误跟踪等工具。

简而言之，仔细规划和执行是成功迁移的关键。 通过遵循这些最佳实践，您可以确保迁移顺利进行，从而达到目的。

结论

微服务架构是现代云计算时代最灵活和可扩展的架构。 它允许您根据需要扩展应用程序的特定部分，并在不影响整个应用程序的情况下修改或更新单个服务。 但是，它的开发和维护也可能更加复杂。

最终，架构风格的选择将取决于应用程序的具体需求和目标。 需要考虑的因素包括应用程序的大小和复杂性、所需的可扩展性和灵活性级别以及可用于开发和维护的资源。