从微服务到单体:究竟是什么让架构走了“回头路”?

从微服务到单体:究竟是什么让架构走了“回头路”?
2024年12月04日 15:15 互联汪

在当今软件架构的发展历程中,微服务架构曾经以其诸多优势,如高可扩展性、独立部署、技术多样性等,成为了众多企业和开发者竞相采用的热门选择。然而,近年来却出现了一种有意思的现象,部分项目开始从微服务架构回归到单体架构,仿佛走了一条“回头路”,这背后究竟隐藏着什么样的原因呢?

一、微服务架构回顾

微服务架构的核心概念是将一个大型的应用程序拆分成一组小型的、独立的服务。每个服务都围绕着特定的业务功能构建,它们运行在各自独立的进程中,并通过轻量级的通信机制(比如 RESTful API、消息队列等)进行交互。

(一)微服务的优势

1. 高可扩展性

面对业务的快速增长以及不同业务模块对资源需求的差异,微服务可以单独对某个服务进行扩展。例如,一个电商平台中,在促销活动期间,订单处理服务面临高并发压力,就可以针对性地增加该服务的实例数量、资源配置等,而不会影响到商品展示、用户管理等其他相对负载较低的服务,使得整个系统能够灵活应对业务流量的变化。

2. 独立部署与迭代

开发团队可以针对不同的微服务进行独立开发、测试和部署。这意味着一个微服务的更新或者修复 bug 操作不会影响到其他服务的正常运行,能够快速地将新功能推向生产环境,加速了业务的迭代速度。比如,支付服务如果要更新一种新的支付方式接入,只需要在其自身的代码库和部署流程中操作,不干扰如物流查询等其他服务。

3. 技术多样性

不同的微服务可以依据自身业务特点和性能需求,选择最适合的技术栈。例如,对于数据分析相关的微服务,可能采用 Python 以及一些大数据处理框架;而对于用户界面呈现相关的服务,则可以选用 JavaScript 相关的前端框架等,充分发挥各种技术的优势,提高开发效率和服务质量。

(二)微服务的挑战

尽管微服务有着显著的优势,但在实际应用中,也带来了一系列不容忽视的挑战。

1. 运维复杂性

众多独立的微服务意味着需要管理多个不同的进程、配置项以及它们之间复杂的网络通信。运维团队需要监控每个服务的运行状态、资源使用情况,进行日志收集与分析等工作。例如,在一个包含数十个微服务的系统中,要准确判断某次系统故障是由哪个微服务的配置错误、资源耗尽还是网络通信问题导致的,往往需要耗费大量的时间和精力进行排查。

2. 分布式系统的复杂性

微服务之间通过网络进行通信,这就引入了网络延迟、分布式事务、数据一致性等诸多分布式系统难题。比如在处理一个跨多个微服务的业务流程,如电商平台中的下单并同时更新库存、扣除积分等操作时,要保证这些不同微服务中的操作要么全部成功,要么全部失败(即保证分布式事务的一致性),是非常复杂的,稍有不慎就会出现数据不一致的情况。

3. 资源利用效率问题

每个微服务都需要一定的资源来运行,包括服务器、内存等。但在实际情况中,有些微服务可能在大部分时间里资源利用率较低,而另外一些则可能在高峰时段资源紧张。整体来看,很难做到像单体架构那样对资源进行更统筹、高效的调配,容易造成一定程度的资源浪费。

二、单体架构特点

单体架构则是将整个应用程序构建为一个单一的、可执行的单元,所有的业务功能模块都集成在这一个代码库和运行实例中。

(一)单体架构的优势

1. 简单易部署和维护

相对于微服务架构的多个独立部署单元,单体架构只需要部署一个应用程序实例即可。整个系统的启动、停止以及更新操作都相对简单直接,运维人员不需要去协调多个不同服务之间的部署顺序、依赖关系等复杂问题。例如,一个小型的企业内部管理系统,采用单体架构,每次更新版本时,只需要将新的可执行文件替换掉旧的,重启应用程序就可以完成部署,运维成本较低。

2. 资源利用高效

由于所有的功能模块都在同一个进程内运行,资源的分配和利用可以在整体上进行更好的规划和统筹。系统可以根据实际业务需求,动态地分配内存、CPU 等资源给不同的功能模块,避免了微服务架构下可能出现的部分服务资源闲置而部分服务资源紧张的情况,提高了资源的整体利用效率。

3. 开发和调试相对简单

在单体架构中,各个业务功能模块之间的调用是在同一个代码库内进行的,代码之间的交互相对清晰,不像微服务那样需要通过网络接口进行通信。开发人员在进行功能开发或者查找问题时,能够更方便地跟踪代码逻辑,进行调试工作。比如,对于一个简单的博客系统,在单体架构下,文章发布、评论管理等功能的代码关联性强,调试问题时更容易从整体上把握代码的执行流程。

(二)单体架构的劣势

1. 可扩展性受限

单体架构下,要对整个系统进行扩展,往往需要对整个应用程序进行扩容,很难做到像微服务那样针对某个具体业务功能模块进行精细化的扩展。例如,随着用户量的增加,一个单体架构的社交应用如果想要提升消息发送功能的处理能力,可能就需要增加整个应用的服务器资源、内存等,而无法只针对消息发送这一个功能单独扩展,容易造成资源浪费或者无法有效满足业务增长需求。

2. 技术更新换代难

由于整个应用是一个整体,采用统一的技术栈,当想要引入新的技术或者更新某个技术框架时,可能会面临牵一发而动全身的问题。比如,如果想在一个基于传统 Java EE 单体架构的系统中全面引入微服务相关的新技术,如 Spring Cloud 框架来改造系统,就需要对整个系统进行大规模的重构,成本高昂且风险较大。

3. 独立开发和部署阻碍大

不同的业务功能模块无法进行独立的开发和部署,一个小的功能更新或者 bug 修复可能需要重新部署整个应用程序,这就导致开发周期变长,业务迭代速度变慢。例如,一个单体架构的电商系统,即使只是修改了商品分类展示的一个小功能,也需要对整个电商系统进行重新构建、测试和部署,影响了业务的快速上线和更新。

三、从微服务回归单体的原因

(一)运维成本与复杂性考量

1. 资源投入与管理难度

在微服务架构下,为了保证众多微服务的正常运行,需要投入大量的运维资源,包括服务器、存储、监控工具等。而且随着微服务数量的增加,管理这些资源的难度呈指数级上升,需要专业的运维团队去应对各种复杂的配置管理、故障排查等工作。而回归到单体架构后,运维团队可以将精力集中在一个应用实例上,减少了对复杂的分布式资源管理的投入,降低了运维成本。

2. 监控与故障排查压力

微服务之间复杂的通信链路和众多的独立运行单元,使得在出现系统故障时,很难快速准确地定位问题所在。运维人员需要在多个微服务的日志、监控指标中去寻找线索,耗费大量时间。相比之下,单体架构的故障排查范围相对较小,因为所有功能都在一个进程内,更容易通过统一的日志系统、监控机制来发现和解决问题,提高了运维的效率和系统的稳定性。

(二)性能与资源利用方面

1. 网络通信开销

微服务架构依赖网络进行服务间的通信,频繁的网络调用会带来一定的网络延迟,尤其在处理一些对实时性要求较高的业务时,这种网络开销可能会影响系统的整体性能。例如,在一个实时金融交易系统中,过多的微服务间网络交互可能导致交易确认时间变长,增加用户等待时间。回归单体架构后,由于大部分功能调用在进程内进行,减少了网络通信开销,能够提升系统的响应速度和性能表现。

2. 资源统筹优化

如前文所述,微服务架构下各个服务资源利用不均衡的情况时有发生,而单体架构能够更好地对资源进行统筹规划。对于一些业务相对简单、资源需求不高的应用场景,单体架构可以避免微服务架构中因资源分散而造成的浪费,通过合理调配资源,让整个系统在有限的资源条件下发挥出更好的性能,提高资源的利用效率。

(三)业务特性与复杂度适配

1. 业务规模与增长预期

对于一些业务规模相对较小,且短期内没有大规模快速增长预期的企业或项目来说,微服务架构的高可扩展性等优势可能并不能充分发挥出来,反而要承担其带来的运维、开发等方面的高成本。此时,单体架构的简单性和低成本就显得更为合适,能够满足业务的日常运营需求,并且在资源有限的情况下保障系统的稳定运行。

2. 业务功能耦合度

如果项目中的各个业务功能模块之间耦合度较高,即相互之间有着紧密的逻辑联系和频繁的数据交互,将其拆分成微服务可能会带来更多的复杂性,比如需要处理大量的分布式事务、复杂的接口设计等问题。而采用单体架构,这种高耦合的业务模块可以在同一个代码库内更自然地协同工作,避免了因过度拆分而导致的开发和维护困难。

(四)团队协作与开发效率

1. 团队规模与技能匹配

在微服务架构下,需要不同的小团队分别负责不同的微服务开发、运维等工作,这就要求团队成员具备多种不同的技术技能,并且团队之间需要良好的沟通协作来保证各个微服务之间接口的兼容性等。对于一些团队规模较小、技术能力相对单一的团队来说,协调多个微服务的开发和集成会面临较大的困难。回归单体架构后,团队成员可以在一个相对统一的技术栈下工作,减少了技术协调的难度,提高了开发效率。

2. 开发周期与迭代速度

微服务架构虽然理论上可以实现独立开发和部署加速业务迭代,但在实际操作中,由于涉及到多个服务之间的集成、测试等复杂环节,有时反而会导致开发周期变长。而单体架构中,功能开发和更新相对集中,能够更快地完成一个完整的业务功能迭代,对于一些对业务上线速度要求较高、功能更新频繁的项目来说,单体架构更有利于满足其快速迭代的需求。

四、案例分析

以某小型创业公司的项目为例,该公司最初开发一款面向特定行业的办公协作工具,鉴于微服务架构在业界的流行以及对未来业务扩展性的期望,采用了微服务架构进行开发。

在开发初期,由于各个微服务的开发团队相对独立,确实在一定程度上实现了并行开发,提高了开发速度。然而,随着项目逐渐进入运营阶段,问题开始显现。

首先,运维方面,公司的运维团队规模较小,面对十几个微服务的监控、部署以及故障排查工作,显得力不从心。每次出现系统故障,都需要花费大量时间去排查是哪个微服务的问题,导致系统的停机时间较长,影响了用户体验。

其次,从性能角度看,由于办公协作工具中很多功能之间需要频繁交互,如文档共享与即时通讯功能之间,微服务架构下的网络通信开销使得这些交互的响应时间有时较长,用户反馈操作不够流畅。

再者,考虑到业务规模,该办公协作工具的用户群体增长较为缓慢,并没有达到需要利用微服务架构高扩展性的程度,而微服务架构带来的高成本却持续存在。

最终,经过综合评估,该公司决定逐步将系统从微服务架构回归到单体架构。回归后,运维成本大幅降低,故障排查变得简单快捷,性能也因为减少了网络通信开销而得到提升,虽然牺牲了一定的未来扩展性,但对于目前的业务状况来说,整体上提升了系统的稳定性和用户满意度。

五、结论

从微服务到单体架构的回归,并非是一种倒退,而是企业或项目团队根据自身的实际运维能力、业务特性、性能需求以及团队协作等多方面因素综合权衡后的结果。微服务架构有其独特的优势,适用于业务复杂、规模大且对扩展性和灵活性要求高的场景;而单体架构也凭借其简单、高效、易维护等特点,在一些业务相对简单、资源有限、对运维成本敏感的情况下有着不可替代的作用。

在进行软件架构选择时,不能盲目跟风,要深入分析自身的具体情况,权衡各种架构的利弊,才能做出最适合项目发展的决策,确保系统能够在满足业务需求的同时,保持良好的性能、可维护性以及可扩展性。

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