微服务与单体应用,该选谁

越来越多的组织开始放弃单体应用,逐步转向微服务的架构模式–将业务流程分为多个独立的服务。

例如,在一个机票预订中,就可能涉及许多个单独的过程:在航空公司预订机票,付款,并在机票成功预订后向客户发送确认信息。

微服务架构,就是将各个流程按照业务拆分为独立的服务。在上面的示例中,机票预订服务可以被拆分为机票预订,付款和确认,拆分后的微服务可以通过接口相互通信。

那么,微服务与单体应用,究竟有什么不同?

对比1:网络延迟

当涉及微服务时,有一个基本的物理定律在起作用,每当微服务通过网络调用另一服务时,字节就通过网络发送,这涉及将字节转换为电信号或脉冲光,然后将这些信号转换回字节。根据模拟结果,微服务调用的等待时间至少为24ms。如果我们假设实际处理大约需要100毫秒,则总处理时间如下所示:

网络延迟-微服务与单体应用

假设在理想情况下,所有调用执行可以同时发生,并且彼此之间不依赖–这称为扇出模式( fan-out pattern)。下图显示了随着越来越多的调用同时执行,总时间如何减少。

同时执行多个调用意味着总执行时间减少

并行执行所有调用,意味着最长的调用执行完,服务将返回给使用者。

从上图可以看出,单体应用没有网络延迟,因为所有调用都是本地调用。即使在完全可并行化的世界中,单体应用仍会更快。而,微服务由于需要多个服务间通信,即使并行调用,也是需要一定的网络延迟。

这一次,单体应用胜利了。

对比2:复杂性

考虑复杂性时,有许多因素在起作用:开发的复杂性和运行软件的复杂性。

由于开发的复杂性,在构建基于微服务的软件时,代码库的大小会快速增长。因为微服务,涉及多个源代码,使用不同的框架甚至不同的语言。由于微服务需要彼此独立,因此经常会有代码重复。

另外,由于开发和发布时间不一致,因此不同的服务可能会使用不同版本的库。

对于日志和监控方面,在单体应用中,日志记录就像查看单个日志文件一样简单。但是,对于微服务,跟踪问题可能涉及检查多个日志文件。不仅需要查找所有相关的日志输出,而且还需要以正确的顺序将它们放在一起。

在Kubernetes集群中运行微服务时,复杂度进一步增加。虽然Kubernetes启用了诸如弹性伸缩等功能,但它并不是一个易于管理的系统。要部署单体应用,简单的复制操作就足够了。要启动或停止单体应用,通常只需一个简单的命令即可。还有与单体应用相比,事务还增加了运行微服务架构的复杂性。跨服务的调用,很难保证数据是同步的。例如,执行不当的调用,重试可能会执行两次付款。

这一次,单体应用又胜利了。

对比3:可靠性

在微服务中,如果A服务通过网络以99.9%的可靠性调用B服务(这意味着在1000个调用中,有一个将由于网络问题而失败),这时B调用再C服务,我们将获得99.8%的可靠性。

随着调用时间的延长,可靠性下降

因此,在设计微服务架构时,要考虑网络会在某个时刻断开。微服务提供了一些解决此问题的解决方案。Spring Cloud提供了负载均衡和网络故障处理,诸如Istio之类的服务网格还能够处理多种编程语言的服务。当微服务集群中的服务失败时,集群管理器给出替代方案。这就使得微服务架构具有高度的弹性。

Netflix创建了一个名为Chaos Monkey的工具,该工具可以模拟随机终止虚拟机和容器。微服务的开发者,可以使用Chaos Monkey的工具在测试环境模拟网络断连和网络故障等问题,这样,他们就可以确保系统能够处理生产环境中的停机故障。

单体应用中的所有调用都是在本地完成,因此很少发生网络故障,虽然如此,然而单体应用在云环境却无法满足弹性伸缩的需求。

最后,微服务取得了胜利。

对比4:资源使用

一般来说,微服务会比单体应用使用更多的资源。即使在Docker中运行时,基准测试发现,虽然服务连接数量下降了8%,但是容器编排还将消耗资源,日志聚合和监视也将消耗资源。

但是,微服务使我们可以更聪明地使用资源。由于集群管理器可以根据需要分配资源,因此实际的资源使用量可能要低得多。

在软件中,20%的代码一般会完成80%的工作。如果单体应用的一个实例使用8GB,则两个实例使用16GB,依此类推。使用微服务后,我们可以把单体应用中负责主要职能的20%代码提取成一个服务,因此对于两个实例,我们的RAM使用量为降低到了9.6GB左右。

下图显示了资源使用情况的差异。

随着越来越多的实例在运行,单体应用比微服务需要更多的资源

资源使用率方面,微服务胜利了。

对比5:扩展的精确性

单体应用的扩展有多种办法,运行多个实例,或运行多个线程,或者使用非阻塞IO。对于微服务架构,这三个也都是适用的。

但是,面对客户端越来越多的请求,由于微服务架构更精细,因此扩展单个服务也更加精细。所以,对于微服务来说,扩展既简单又精确。而且,由于微服务的资源消耗较少,又可以节省资源。

相比单体应用,微服务精确的扩展和更少的资源使用,是一个明显的胜利。

对比6:吞吐量

让我们再看一个性能指标–吞吐量。在微服务架构体系中,数据需要在不同服务之间发送,从而会产生一定的开销。如果微服务还不是一个分布式架构,那么他的吞吐量还不如一个单体应用高。

对比7:部署时间

人们选择微服务架构的原因之一就是-能够节省部署时间,满足快速迭代。

由于微服务的职责单一原则,因此对其进行的任何更改都有很明确。然而,修改一个单体应用的功能,可能会“牵一发动全身”。

此外,微服务更易于测试。由于微服务仅覆盖有限的一组功能,因此代码依赖性低,便于编写测试并且运行得快。

还有,微服务的资源消耗较少,并且可以按比例扩展。这就使微服务可以无感知部署,例如,可以先在集群一部分节点上启动微服务的新版本,然后迁移一部分用户到新版本,如果有问题,这可以快速回滚到旧版本。

胜利归功于微服务。

对比8:沟通

在微服务诞生之前,弗雷德·布鲁克斯(Fred Brooks)撰写了开创性的著作《人月神话》,本书的其中一项内容是,沟通渠道的数量随着团队成员的数量而增加。由两个人组成的团队,只有一个沟通渠道。如果有四个人,则最多可以访问六个频道。通信通道数的公式为n(n − 1)/2。由20位开发人员组成的团队拥有190个可能的沟通渠道。将这些开发人员分成两个团队,就可以大大减少沟通渠道的数量。

我们以拥有20个开发人员的团队为例,将其分为四个微服务团队(每个团队五个人),则每个团队有10个沟通渠道。四个团队之间的沟通渠道只有六个。沟通渠道的总数为46,大约占20个人团队的四分之一。

下图显示了,一个大团队的通信渠道数量,和单个微服务团队的通信渠道数量的对比。

因此,将10个以上的开发人员分成几个较小的团队,可以为任何开发项目提供更高的沟通效率。

这是微服务的另一个明显胜利。

谁是赢家?

单体应用获得了3场胜利,微服务获得了5场胜利。

但是,在查看此图表时,请记住它是相对的。微服务并不是解决所有开发问题的万能药。

例如,一个由5个开发人员组成的小型团队可能会倾向于选择单体应用。因为,单体应用不仅更易于管理,同时如果软件产品每秒仅有几个访问量,那么单体应用可能就足够了。

以下是一些迹象,表明微服务架构可能是一个合适的选择:

  • 需要7*24的可靠性
  • 精确的扩展
  • 峰值和正常负载明显不同
  • 超过10个开发人员的团队
  • 业务领域可以被细分
  • 方法调用链路短
  • 方法调用可以使用REST API或队列事件。
  • 几乎没有跨服务的事务

译文链接: https://thenewstack.io/microservices-vs-monoliths-an-operational-comparison/

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