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技术架构演进的思考

作者:gevin
  • 2021 年 12 月 09 日
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技术架构演进的思考

概览

我个人从业经历的技术架构演进,是从单机架构开始的,先后经历了单机、SOA、微服务,以及目前还没彻底摸清的云原生。若从我对技术演进的认知出发,把比单体更早的技术也包含进去,我觉得技术架构的演进,可以分为以下几个阶段:


  1. 原始分布式 -> 单机

  2. 单机 -> SOA

  3. SOA -> 微服务

  4. 成熟的微服务与云原生

1. 原始分布式 -> 单机

这个阶段的技术演进,我觉得根本上的一个重要原因是“摩尔定律”的影响。


分布式技术的很多理念和实现,其实在上世纪七八十年代就已形成,那时候主要以大型机为主,而且即便是大型机,算力也很有限,要想让计算机能发挥更大的能力,必然是按水平扩展的方式来增强,因此最初的分布式架构、rpc 的实现,很早就初步成型。


不过那个时期也正是“摩尔定律”最发光发热的时期,每 18 个月算力就能翻倍,这逐渐把计算机的主流由大型机转向小型机,且小型机的算力足够支撑业务的发展,由此很多之前需要借助分布式技术来实现的能力,在单机内就能搞定,这让单机架构慢慢兴起并逐渐成为主流。


单机架构相比于比分布式架构,简单有效,易于实施,因此应用非常广泛,时至今日也不乏应用场景。虽然在单机架构下,业务也得到了飞速发展,但只要算力的增长能满足业务的量级和业务的增长,单机架构就有应用场景。

2. 单机 -> SOA

这个阶段的技术演进,我觉得根本上的原因是,业务的进一步激增和“摩尔定律”的逐渐失效。


单机架构居功至伟,扩大了计算机能处理的业务边界范围,也逐渐让业务的量级逐渐超出单机算力能处理的极限,若要平衡算力和业务,让业务处于算力能处理的范围内,必然要对业务做分解和分发,让更多计算机分别处理一部分业务,然后再做整合,这让架构又开始从单机往分布式演进。


从单机到 SOA,我觉得是这个阶段里程碑意义的两点,如果在进一步细分,我觉得可以分为单机->单体,单机(单体)-> SOA 两个子阶段。

2.1 单机 -> 单体

我个人是把单体视为区别于单机的另一种架构的,所谓单机,就是把所有的技术实现,都放到同一台计算机上,而单体,是基于分层的业务架构的(如 MVC),只有同一层的核心业务,需要作为一个整体放到同一台计算机上,而相对独立的非核心业务或其他层级的业务,均可以放到其他计算机上。


这里之所以把单体单独摘出来,一方面,单体是单机的一种进化,现在依然应用广泛,另一方面,单体,也是下一代的微服务架构演进的发力点之一,值得在技术演进中提一笔。


单体的主导思想还是单机,且已经有一定的工作分解在其架构中了,但若业务的复杂度更进一步,它依然不能好好的应对,需要有更进一步的里程碑式架构方案来解决问题

2.2 单机(单体)-> SOA

从单机走向分布式的过程中,单体盛行,C/S 模式、B/S 模式等均是实际应用中的解决方案,但只有 SOA 的提出,才形成了走向分布式里程碑的解决方案。


SOA 既是一种技术架构,也是一种架构思想,它提出面向服务做架构设计,这兼容单体、C/S、B/S 等实际生产中应用的模式,也意味着系统的功能模块,可以拆分为不同的服务,SOA 下支撑多种服务,因此很容易被接受和推广使用。


另外,除了业务特别复杂让单机/单体架构的系统不能很好的扩展和维护外,随着技术的发展,业务的普及和推广,(异构)系统的集成也日益成为业务发展的必然需求,这在单机/单体架构下很难开展,而 SOA 架构能迎刃而解。


由此,随着业务的发展,SOA 日益盛行。

3. SOA -> 微服务

SOA,既是一种技术架构,也为业务抛出了一个“面向服务”的概念,因此,在业务视角下,微服务可以看作是 SOA 的一个子集或一种演化,但从技术视角看,SOA 和微服务的底层技术是不相同的,因此在技术演进上来讲,微服务是区别于 SOA 的另一种架构,也是能比 SOA 更好的应对业务更近一步发展的架构。


SOA 作为一种架构思想,虽然在业务视角上看似解决了业务发展中的很多问题,但在技术层面,实际落地时依然有些问题不好解决:


  1. SOA 中的每个服务,可能还是单机或单体服务,服务的可扩展性和可维护性良莠不齐

  2. 服务间的通信,严重依赖总线,因此总线作为 SOA 核心基础设施,特别复杂

  3. 总线通常是 SOA 中的单点,而总线又是核心,这进一步增加了总线的技术复杂度


SOA 盛行的时代,业务量级上亿的系统还是凤毛麟角,以我对 SOA 有限的认识看,让 SOA 去支撑亿级的系统也比较困难。因此不论是面向解决 SOA 中的技术痛点,还是应对后来的业务量级进一步发展,技术架构必然会走向下一步的技术演进。


微服务就是取代 SOA 的下一代技术,它对 SOA 做了进一步的拆解:


  1. SOA 中的服务,可以进一步拆分为更小的颗粒度

  2. 服务之间可以直接通信,不再依赖总线

  3. 取消总线,拆解总线,取而代之的是一系列微服务基础设施,如服务注册、发现、限流、监控等


微服务不仅解决了 SOA 的痛点,也能把面向对象的思想融于其设计,因此单机/单体转微服务也很方便。


微服务是 2012~2014 年间提出和兴起的,这时分布式的各种理论体系基本成熟,虚拟化技术更加成熟易用,软硬件基础设施与生态进一步完善/完备,这都为微服务的兴起奠定了基础。


由此,微服务一经提出,迅速盛行,蓬勃发展至今。

4. 成熟的微服务与云原生的雏形

微服务发展至今,其理论、架构和生态已经基本成熟和稳定,微服务的完善过程中,也逐步催生了云原生相关技术,目前云原生初步成型,以我目前对云原生有限的认识看,云原生相当于微服务的另一种实现形式,其后续的发展演化,可能会让技术架构演化之下一阶段,姑且称之为里程碑意义的云原生架构,目前云原生仅是雏形,故暂且把成熟的微服务与云原生的雏形作为统一技术演进阶段。

4.1 成熟的微服务

微服务架构现在是成熟的技术架构,也是能够应对亿级业务规模强大架构,但它同时也是一套特别复杂的架构,它不是银弹,面向不同的业务量级和业务复杂度,各类技术架构依然存在有效的应用空间。


当前成熟火热的微服务架构,后续会单独总结梳理,本节结合我认为当前微服务架构设计和开发中可能存在陷阱,从另一个角度来描述一下对微服务的认识。


现在成熟的微服务,虽然是建立在完善的微服务基础设施之上,但微服务一直是一个上手门槛不高,精通吃透却很难的架构体系,这是选型微服务架构时的一个陷阱,开发者有可能会低估微服务的难度。一方面,微服务架构本质上是降低了内部复杂度,增加了外部复杂度,微服务如何拆分,微服务间如何协作很考验架构师的取舍能力,我们也一不小心就聚焦于它对内部复杂度降低的程度,忽略其对外部复杂度增加的程度;另一方面,微服务对基础设施的依赖,高并发、高可用、可扩展、安全性等技术要求,带来的分布式情况下的分工协作、并发控制、幂等设计、事务处理、事务补偿等实现逻辑,服务限流、降级、监控、追踪等带来的新复杂度,都可能会侵入式的改变原有业务逻辑,这些都是微服务架构设计和实现中的难点,也是可能会被乐观低估的点。


我认为微服务架构的有效应用,需要架构师的重度参与,而这点却可能会忽视。单机/单体架构,技术专家就能很好的承担研发工作;其他分布式架构,由于在缺失架构师参与的情况下,可能从一开始就无法很好的开展工作,故架构师的作用不会忽视;而微服务架构,由于在业务早期上手容易,没有架构师也可能会有效开展,但随着业务复杂度和量级的发展,没有架构师的把控可能会让系统开发变得越来越吃力,另外开发者可能被微服务的潮流裹挟,在架构设计未经充分评估权衡的情况下,直接无脑错误选型微服务;这些都是微服务开发中另一个潜在陷阱带来的问题。

4.2 云原生的雏形

微服务的逻辑需要对应的成熟基础设施,当微服务的基础设施不在应用层的微服务框架提供,而是转向基础设施层提供时,这种微服务,就成了云原生微服务。


当云原生相关的技术和生态完全成熟后,微服务技术框架中面向微服务基础设施的复杂度,会转移到云原生基础设施上去,且复杂度转移后,应用层微服务的开发更简单,基础设施上的复杂度,对微服务业务的开发几乎是无感的,性能也会有一定程度的增强,那时,我们可以把云原生作为技术架构从微服务进一步演进的下一代技术,而当前,云原生的技术生态尚未成熟,技术设施上的复杂度依然暴露在微服务开发者的视野下,故暂时把云原生技术视为实现微服务架构的另一种方式。

5. 总结

  1. 技术的发展,也是分久必合,合久必分的,我觉得这期间一个不变的主线,是对变化的封装和对复杂度的转移。

  2. 当算力强于业务发展时,将复杂度封装和转移到单机中,单机内部复杂度增加,而外部应用的复杂度降低,推进了技术的演进和业务的发展;

  3. 当算力的增长无法让单机处理激增的业务时,会对业务做工作分解和分配,把原本在内部的复杂度又转移到外部,让算力得以应对分解后到业务;

  4. 以往技术的发展,是在封装和转移复杂度,带来了这几十年的技术架构演进,以后的技术,将会带来封装和转移复杂度的新方式,从而推进技术架构未来的演进。

  5. 复杂度不会消失,只能被转移,外部复杂度的降低必然带来内部复杂度的提升,反之亦然。每一代的技术架构,无非是找到了内外部复杂度变化的平衡点,并提供了技术落地实现和维护使用行之有效且提高效率的手段。

  6. 技术和业务的发展相辅相成,技术的发展带来新的生产力,扩大了业务的量级和边界,带来新的业务模式,业务的发展和创新也倒逼技术的革新和进步;技术架构的演进与业务发展密不可分

  7. 正是由于复杂度不会降低,只会转移,新旧技术间是有藕断丝连的关系的,搞清楚经典的技术理论,也利于迅速掌握新技术的本质(如单机多核时代的并发理论,同样可以借鉴到微服务的并发与同步中)



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技术、生活都要折腾 2013.07.26 加入

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