單體到微服務：何時、為何以及如何進行過渡

在決定將單體應用程序遷移到等效的微服務之前，您必須進行明智的思考。 忽視採取遷移步驟的正確時間會使您遠遠落後於競爭對手。

近年來，從單體架構到微服務架構的轉變已成為軟件開發的流行趨勢。 隨著組織尋求提高其應用程序的可擴展性和靈活性，從單體架構向微服務架構的轉變已成為越來越受歡迎的選擇。 但這種轉變到底是什麼，為什麼它可能是您組織的正確選擇？

本文探討了單體架構、N 層架構和微服務架構之間的差異。 它還討論了何時以及如何遷移到微服務架構。

讓我們開始吧！

什麼是單體架構？

單體架構是一種軟件設計模式，在這種模式中，整個應用程序被構建為一個獨立的單元。 在單體架構中，應用程序的所有組件（包括用戶界面、業務邏輯和數據存儲）都組合到一個代碼庫中。

優點

• 簡單性：單體架構易於理解和使用。
• 易於部署：整體式應用程序是一個單元，因此易於部署。
• 改進的性能：整體應用程序中組件之間的通信速度更快，從而提高了性能。
• 節省成本：單體架構的開發成本可能低於其他架構。
• 熟悉度：許多開發人員都熟悉單體架構，並且可能更喜歡這種方法。

缺點

• 靈活性問題：更改一個組件可能會影響單體架構中的整個系統。
• 擴展困難：擴展單體應用程序需要擴展整個系統。
• 更高的維護成本：隨著應用程序的增長和變得越來越複雜，維護單體架構可能既費錢又費時。
• 有限的代碼重用：在單體架構中跨不同應用程序部分重用代碼可能並不容易。

什麼是多層架構？

在多層架構中，我們將系統劃分為若干層或層級。 這些層協同工作以執行特定功能。 首先，每一層負責系統的一個特定方面。 然後，他們相互通信以完成任務。

總的來說，該架構致力於分離關注點並為每個特定任務使用層。 例如，下圖顯示了典型 MVC 應用程序的 3 層架構。 模型層處理數據源，視圖作為表示層。 控制器充當模型層和視圖層之間的處理程序。

優點

• 提高安全性：不同的應用程序層使攻擊者更難訪問敏感數據或功能。
• 更好的可擴展性：層可以獨立擴展，從而更容易處理系統使用量或負載的增加。
• 增強的可維護性：多層架構中的關注點分離簡化了不同應用程序部分的維護和更新。
• 增強的靈活性：模塊化架構允許在添加或更改功能方面具有更大的靈活性。 此外，與其他系統的集成也更容易。
• 增強代碼重用：分層設計支持模塊化。 您可以使用具有不同表示層的相同業務邏輯層。

缺點

• 複雜性增加：使用多層會增加系統的複雜性，使其更難理解和維護。
• 增加的開發時間：由於額外的層和它們之間的通信，構建多層架構可能比單層架構花費更長的時間。
• 增加部署和配置工作：部署和配置多層系統可能比單層系統更耗時和復雜。
• 增加的硬件和基礎設施要求：多層架構可能需要更多的硬件和基礎設施資源才能正常運行。
• 增加測試工作：測試多層系統可能會更加複雜和耗時，因為有額外的層和它們之間的通信。

什麼是微服務架構？

微服務架構將應用程序分解為通過 API 進行通信的小型獨立服務。

這種方法允許更大的靈活性和可擴展性，因為每個服務都可以獨立開發和部署。 此外，根據需求擴大或縮小規模變得更加容易。 因此，微服務架構特別適合基於雲的環境，可以根據需要快速分配和釋放資源。

優點

• 可擴展性：微服務可以獨立擴展，這使您可以根據需要擴展應用程序的特定部分。
• 彈性：如果一個微服務失敗，其他服務可以繼續運行。 這提高了應用程序的整體彈性。
• 模塊化：您可以獨立開發、測試和部署每個微服務。 因此，修改或更新單個服務變得更易於管理。
• 靈活性：使用微服務，您可以靈活地為不同的服務選擇不同的技術。 因此，它允許您為每項工作使用最好的工具。
• 易於部署：您可以獨立部署微服務，這樣可以更輕鬆地部署新版本的應用程序。

缺點

• 複雜性增加：管理多個獨立服務可能會更加複雜。
• 更高的資源需求：運行許多服務可能需要更多的資源和基礎設施。
• 增加通信開銷：服務之間的通信需要 API。
• 增加測試和部署的複雜性：測試和部署許多服務可能很複雜。

單體 vs. 多層 vs. 微服務

下表總結了所有主要差異： –

單體到微服務：什麼時候進行過渡是合適的

這個問題沒有放之四海而皆準的答案，因為決定從單體架構遷移到微服務架構將取決於應用程序的特定需求和目標。 在決定是否進行過渡時，需要考慮以下幾個因素：

• 應用程序的大小和復雜性：如果您的應用程序龐大而復雜且具有許多互連的組件，微服務架構可能會使開發和維護變得更容易。 但是，如果您的應用程序相對較小且簡單，那麼單體架構可能就足夠了。
• 所需的可擴展性級別：如果您的應用程序需要快速輕鬆地擴展以滿足不斷變化的需求，微服務架構可能是更好的選擇。 由於微服務可以獨立擴展，您可以根據需要擴展應用程序的特定部分。
• 所需的靈活性級別：如果您需要能夠在不影響整個應用程序的情況下修改或更新應用程序的各個組件，微服務架構可能是更好的選擇。 這是因為每個微服務都可以獨立開發、測試和部署。
• 可用於開發和維護的資源：如果您有一個擁有開發和維護微服務架構的技能和資源的大型團隊，那麼它可能是您應用程序的不錯選擇。 但是，如果您的團隊規模較小或缺乏必要的技能，單體架構可能更易於管理。

單體到微服務：成功之旅

最終，從單體架構過渡到微服務架構的決定將取決於您的應用程序的特定需求和目標。 必須仔細評估每種架構風格的優缺點，然後選擇最能滿足您的應用程序需求的一種。

您可能希望通過實際案例研究來評估大公司如何做出遷移決策。 讓我們討論一下 Amazon 和 Netflix 的案例研究，了解他們如何確定合適的遷移時間。

亞馬遜案例研究

亞馬遜是一家知名的零售巨頭，其網站最初使用的是單體架構。 然而，隨著代碼庫的增長和在平台上工作的開發人員數量的增加，理清依賴關係並對平台進行更改或更新變得越來越困難。 這導致了開發延遲和編碼挑戰，也使公司難以擴展平台以滿足其快速增長的客戶群的需求。

為應對這些挑戰，亞馬遜將其單一應用程序分解為更小、獨立運行、特定於服務的應用程序。 這涉及分析源代碼並提取服務於單一功能目的的代碼單元，將它們包裝在 Web 服務接口中，並將每項服務的所有權分配給一組開發人員。

微服務方法使亞馬遜能夠輕鬆地對其平台進行更改和更新。 此外，它允許按需擴展特定組件。 儘管轉型過程中存在挑戰，但微服務架構的好處是顯而易見的。 亞馬遜的電子商務平台現在每天處理超過 25 億次產品搜索，包括來自數十万賣家的數百萬種產品。

Netflix 案例研究

Netflix是當今非常受歡迎和知名的公司。 它在 190 個國家/地區可用，截至 2022 年擁有超過 2.23 億付費用戶。

2008 年，Netflix 面臨一次重大的數據庫損壞，這個問題持續了整整 3 天。 這就是公司意識到整體設計的單點故障問題的時刻。 因此，Netflix 使用 Amazon Web 服務逐漸從單體架構遷移到雲微服務架構。

Netflix 花了數年時間才遷移其面向客戶和非面向客戶的應用程序。 然而，好處是巨大的。 從 2008 年到 2015 年，該公司每月的觀看時長激增了 1000 倍，帶來了高額的收入和利潤。

如何手動將應用程序從單體架構遷移到微服務架構

您可以按照多個步驟將應用程序從單體架構遷移（手動）到微服務架構：

1. 識別應用程序的業務功能：遷移過程的第一步是識別應用程序的不同業務功能。 這一步涉及到分析這些能力是否可以作為獨立的微服務來實現。
2. 將應用程序拆分為微服務：一旦確定了應用程序的業務功能，就可以開始將應用程序拆分為微服務。 這可能涉及重構代碼庫以將不同的功能分離為獨立的服務。
3. 設計微服務之間的接口：每個微服務應通過定義明確的接口或 API 與其他微服務進行通信。 仔細設計這些接口以確保它們易於使用和維護非常重要。
4. 實施微服務：一旦將應用程序拆分為微服務並設計了它們之間的接口，就可以開始實施它們了。 這可能涉及構建新服務或重構現有代碼以適應微服務架構。
5. 測試和部署微服務：實施微服務後，必須徹底測試它們以確保它們按預期運行。 然後，您可以將微服務單獨或作為一個組部署到生產環境中。
6. 遷移數據：如果您的應用程序使用數據庫或其他數據存儲系統，則必須將數據從單體應用程序遷移到微服務。 此外，您可能需要設計新的數據模型或重構現有數據以適應微服務架構。

總體而言，從單體架構遷移到微服務架構可能既複雜又耗時。 必須仔細計劃和執行遷移以確保成功。

用於整體到微服務遷移的便捷工具

有幾種工具可以幫助將單體應用程序分解為微服務。 例如，IBM 的 Mono2Micro、Decomposition Tool 和 Decomposer 是最流行的有助於分解過程的工具。

這些工具提供了一套自動化或半自動化的機制來識別微服務和重構代碼。 此外，他們還幫助設置和管理託管微服務所需的基礎設施。

單體到微服務遷移的自動分解：未來趨勢

人工智能和機器學習的最新繁榮徹底改變了我們執行任務的傳統方法。 如果機器可以完成複雜的單體到微服務分解任務，那豈不是很棒？

儘管使用 AI 幫助將單體應用程序分解為微服務似乎很容易。 然而，這是一條充滿挑戰的道路。 這就是為什麼您只能找到一些關於此任務的完整研究。

阿卜杜拉等。 阿爾。 提出了一種將 Web 應用程序自動分解為微服務的無監督學習方法。 下面的概念圖顯示了自動分解過程的整體工作。

自動分解過程遵循三個簡單的步驟。

步驟01： Access URI訪問日誌

網站上的每個網頁都有一個唯一的統一資源標識符 (URI)。 幸運的是，託管此類應用程序的 Web 服務器維護著對這些 URI 的訪問日誌（例如，響應時間和文檔大小）。 第一步是收集這些訪問日誌。

步驟02：應用聚類ML算法

聚類算法是一種無監督機器學習方法，給定一組數據點，創建具有相似性質的數據點的 K 個聚類。 這種聚類算法在提供歷史訪問日誌數據時，會創建具有相似訪問時間和響應文檔大小的 URI 聚類。

步驟03：集群到微服務部署

您可以為每個 URI 集群創建一個微服務。 然後，您可以將這些微服務部署到任何云基礎設施。

注意：此自動分解技術特定於單體 Web 應用程序，僅供您了解該時代的最新趨勢。

從單體架構遷移到微服務架構的最佳實踐

以下是從單體架構遷移到微服務架構時要遵循的一些最佳實踐：

• 從小處著手：通常最好從將應用程序的一個小的、獨立的部分遷移到微服務架構開始。 這使您可以從過程中學習並在處理應用程序的較大部分之前進行任何必要的調整。
• 識別正確的微服務：仔細識別應用程序的業務功能。 它還需要確定這些功能是否可以作為獨立的微服務來實現。
• 設計清晰的接口：確保微服務之間的接口定義明確且易於使用。 這將使開發和維護微服務變得更加容易。
• 使用容器：容器可以使微服務的部署和管理更加容易，允許您將微服務及其依賴項打包在一個獨立的單元中。
• 使用微服務友好的基礎設施：為了支持微服務架構，您需要一個能夠處理微服務增加的複雜性和流量的基礎設施。 這可能涉及使用服務網格、API 網關和分佈式跟踪等技術。
• 徹底測試：徹底測試微服務以確保它們按預期運行並且它們之間的接口正常工作。
• 監控和管理微服務：監控它們的性能和健康狀況並在出現問題時採取適當的措施非常重要。 這可能涉及使用日誌分析、性能監控和錯誤跟踪等工具。

簡而言之，仔細規劃和執行是成功遷移的關鍵。 通過遵循這些最佳實踐，您可以確保遷移順利進行，從而達到目的。

結論

微服務架構是現代云計算時代最靈活和可擴展的架構。 它允許您根據需要擴展應用程序的特定部分，並在不影響整個應用程序的情況下修改或更新單個服務。 但是，它的開發和維護也可能更加複雜。

最終，架構風格的選擇將取決於應用程序的具體需求和目標。 需要考慮的因素包括應用程序的大小和復雜性、所需的可擴展性和靈活性級別以及可用於開發和維護的資源。