周志明论架构之道：从SOA时代到微服务时代
SOA 架构（Service-Oriented Architecture）
面向服务的架构是一次具体地、系统性地成功解决分布式服务主要问题的架构模式。
为了对大型的单体系统进行拆分，让每一个子系统都能独立地部署、运行、更新，开发者们曾经尝试过多种方案，这里列举以下三种较有代表性的架构模式，具体如下。
烟囱式架构（Information Silo Architecture）：信息烟囱又名信息孤岛（Information Island），使用这种架构的系统也被称为孤岛式信息系统或者烟囱式信息系统。它指的是一种完全不与其他相关信息系统进行互操作或者协调工作的设计模式。这样的系统其实并没有什么“架构设计”可言。接着上一节中企业与部门的例子来说，如果两个部门真的完全不会发生任何交互，就并没有什么理由强迫它们必须在一栋楼里办公；两个不发生交互的信息系统，让它们使用独立的数据库和服务器即可实现拆分，而唯一的问题，也是致命的问题是，企业中真的存在完全不发生交互的部门吗？对于两个信息系统来说，哪怕真的毫无业务往来关系，但系统的人员、组织、权限等主数据，会是完全独立、没有任何重叠的吗？这样“独立拆分”“老死不相往来”的系统，显然不可能是企业所希望见到的。
微内核架构（Microkernel Architecture）：微内核架构也被称为插件式架构（Plug-in Architecture）。既然在烟囱式架构中，没有业务往来关系的系统也可能需要共享人员、组织、权限等一些的公共的主数据，那不妨就将这些主数据，连同其他可能被各子系统使用到的公共服务、数据、资源集中到一块，成为一个被所有业务系统共同依赖的核心（Kernel，也称为 Core System），具体的业务系统以插件模块（Plug-in Modules）的形式存在，这样也可提供可扩展的、灵活的、天然隔离的功能特性，即微内核架构，如图 1-2 所示。
这种模式很适合桌面应用程序，也经常在 Web 应用程序中使用。任何计算机系统都是由各种软件互相配合工作来实现具体功能的，本节列举的不同架构实现的软件，都可视作整个系统的某种插件。对于平台型应用来说，如果我们希望将新特性或者新功能及时加入系统，微内核架构会是一种不错的方案。微内核架构也可以嵌入到其他的架构模式之中，通过插件的方式来提供新功能的定制开发能力，如果你准备实现一个能够支持二次开发的软件系统，微内核也会是一种良好的选择。
不过，微内核架构也有它的局限和使用前提，它假设系统中各个插件模块之间是互不认识，不可预知系统将安装哪些模块，因此这些插件可以访问内核中一些公共的资源，但不会直接交互。可是，无论是企业信息系统还是互联网应用，这一前提假设在许多场景中都并不成立，我们必须找到办法，既能拆分出独立的系统，也能让拆分后的子系统之间顺畅地互相调用通信。
图片来自 O'Reilly 的开放文档《Software Architecture Patterns》
事件驱动架构（Event-Driven Architecture）：为了能让子系统互相通信，一种可行的方案是在子系统之间建立一套事件队列管道（Event Queues），来自系统外部的消息将以事件的形式发送至管道中，各个子系统从管道里获取自己感兴趣、能够处理的事件消息，也可以为事件新增或者修改其中的附加信息，甚至可以自己发布一些新的事件到管道队列中去，如此，每一个消息的处理者都是独立的，高度解耦的，但又能与其他处理者（如果存在该消息处理者的话）通过事件管道进行互动，如图 1-3 所示。
图片来自 O'Reilly 的开放文档《Software Architecture Patterns》
当系统演化至事件驱动架构时，原始分布式时代结尾中提到的第二条通往更大规模软件的路径，即仍在并行发展的远程服务调用也迎来了 SOAP 协议的诞生（详见远程服务调用一文），此时“面向服务的架构”（Service Oriented Architecture，SOA）已经有了它登上软件架构舞台所需要的全部前置条件。
SOA 的概念最早由 Gartner 公司在 1994 年提出，当时的 SOA 还不具备发展的条件，直至 2006 年情况才有所变化，由 IBM、Oracle、SAP 等公司共同成立了 OSOA 联盟（Open Service Oriented Architecture），用于联合制定和推进 SOA 相关行业标准。2007 年，在结构化资讯标准促进组织（Organization for the Advancement of Structured Information Standards，OASIS）的倡议与支持下，OSOA 由一个软件厂商组成的松散联盟，转变为一个制定行业标准的国际组织，联合 OASIS 共同新成立了的Open CSA组织（Open Composite Services Architecture），这便是 SOA 的官方管理机构。
软件架构来到 SOA 时代，许多概念、思想都已经能在今天微服务中找到对应的身影了，譬如服务之间的松散耦合、注册、发现、治理，隔离、编排，等等。这些在今天微服务中耳熟能详的名词概念，大多数也是在分布式服务刚被提出时就已经可以预见的困难点。SOA 针对这些问题，甚至是针对“软件开发”这件事情本身，都进行了更加系统性、更加具体的探索。
“更具体”体现在尽管 SOA 本身还是属抽象概念，而不是特指某一种具体的技术，但它比单体架构和前面所列举的三种架构模式的操作性要更强，已经不能简单视其为一种架构风格，而是可以称为一套软件设计的基础平台了。它拥有领导制定技术标准的组织 Open CSA；有清晰软件设计的指导原则，譬如服务的封装性、自治、松耦合、可重用、可组合、无状态，等等；明确了采用 SOAP 作为远程调用的协议，依靠 SOAP 协议族（WSDL、UDDI 和一大票 WS-*协议）来完成服务的发布、发现和治理；利用一个被称为企业服务总线（Enterprise Service Bus，ESB）的消息管道来实现各个子系统之间的通信交互，令各服务间在 ESB 调度下无须相互依赖却能相互通信，既带来了服务松耦合的好处，也为以后可以进一步实施业务流程编排（Business Process Management，BPM）提供了基础；使用服务数据对象（Service Data Object，SDO）来访问和表示数据，使用服务组件架构（Service Component Architecture，SCA）来定义服务封装的形式和服务运行的容器，等等。在这一整套成体系可以互相精密协作的技术组件支持下，若仅从技术可行性这一个角度来评判的话，SOA 可以算是成功地解决了分布式环境下出现的主要技术问题。
“更系统”指的是 SOA 的宏大理想，它的终极目标是希望总结出一套自上而下的软件研发方法论，希望做到企业只需要跟着 SOA 的思路，就能够一揽子解决掉软件开发过程中的全部问题，譬如该如何挖掘需求、如何将需求分解为业务能力、如何编排已有服务、如何开发测试部署新的功能，等等。这里面技术问题确实是重点和难点，但也仅仅是其中的一个方面，SOA 不仅关注技术，还关注研发过程中涉及到的需求、管理、流程和组织。如果这个目标真的能够达成，软件开发就有可能从此迈进工业化大生产的阶段，试想如果有一天写出符合客户需求的软件会像写八股文一样有迹可循、有法可依，那对软件开发者来说也许是无趣的，但整个社会实施信息化的效率肯定会有大幅的提升。
SOA 在 21 世纪最初的十年里曾经盛行一时，有 IBM 等一众行业巨头厂商为其呐喊冲锋，吸引了不少软件开发商、尤其是企业级软件的开发商的跟随，最终却还是偃旗息鼓，沉寂了下去。在稍后的远程服务调用一节，笔者会提到 SOAP 协议被逐渐边缘化的本质原因：过于严格的规范定义带来过度的复杂性。而构建在 SOAP 基础之上的 ESB、BPM、SCA、SDO 等诸多上层建筑，进一步加剧了这种复杂性。开发信息系统毕竟不是作八股文章，过于精密的流程和理论也需要懂得复杂概念的专业人员才能够驾驭。SOA 诞生的那一天起，就已经注定了它只能是少数系统阳春白雪式的精致奢侈品，它可以实现多个异构大型系统之间的复杂集成交互，却很难作为一种具有广泛普适性的软件架构风格来推广。SOA 最终没有获得成功的致命伤与当年的EJB如出一辙，尽管有 Sun Microsystems 和 IBM 等一众巨头在背后力挺，EJB 仍然败于以 Spring、Hibernate 为代表的“草根框架”，可见一旦脱离人民群众，终究会淹没在群众的海洋之中，连信息技术也不曾例外过。
读到这里，你不妨回想下“如何使用多个独立的分布式服务共同构建一个更大型系统”这个问题，再回想下“原始分布式时代”一节中 Unix DCE 提出的分布式服务的设计主旨：“让开发人员不必关心服务是远程还是本地，都能够透明地调用服务或者访问资源”。经过了三十年的技术进步，信息系统经历了巨石、烟囱、插件、事件、SOA 等的架构模式，应用受架构复杂度的牵绊却是越来越大，已经距离“透明”二字越来越远了，这是否算不自觉间忘记掉了当年的初心？接下来我们所谈论的微服务时代，似乎正是带着这样的自省式的问句而开启的。
微服务架构（Microservices）
微服务是一种通过多个小型服务组合来构建单个应用的架构风格，这些服务围绕业务能力而非特定的技术标准来构建。各个服务可以采用不同的编程语言，不同的数据存储技术，运行在不同的进程之中。服务采取轻量级的通信机制和自动化的部署机制实现通信与运维。
“微服务”这个技术名词最早在 2005 年就已经被提出，它是由 Peter Rodgers 博士在 2005 年度的云计算博览会（Web Services Edge 2005）上首次使用，当时的说法是“Micro-Web-Service”，指的是一种专注于单一职责的、语言无关的、细粒度 Web 服务（Granular Web Services）。“微服务”一词并不是 Peter Rodgers 直接凭空创造出来的概念，最初的微服务可以说是 SOA 发展时催生的产物，就如同 EJB 推广过程中催生了 Spring 和 Hibernate 那样，这一阶段的微服务是作为一种 SOA 的轻量化的补救方案而被提出的。时至今日，在英文版的维基百科上，仍然将微服务定义为一种 SOA 的变种形式，所以微服务在最初阶段与 SOA、Web Service 这些概念有所牵扯也完全可以理解，但现在来看，维基百科对微服务的定义已经颇有些过时了。
What is microservices
Microservices is a software development technique — a variant of the service-oriented architecture （SOA） structural style.
微服务是一种软件开发技术，是一种 SOA 的变体形式。
—— Wikipedia，Microservices
微服务的概念提出后，在将近十年的时间里面，并没有受到太多的追捧。如果只是对现有 SOA 架构的修修补补，确实难以唤起广大技术人员的更多激情。不过，在这十年时间里，微服务本身也在思考蜕变。2012 年，在波兰克拉科夫举行的“33rd Degree Conference”大会上，Thoughtworks 首席咨询师 James Lewis 做了题为《Microservices - Java, the Unix Way》的主题演讲，其中提到了单一服务职责、康威定律、自动扩展、领域驱动设计等原则，却只字未提 SOA，反而号召应该重拾 Unix 的设计哲学（As Well Behaved Unix Services），这点仿佛与笔者在前一节所说的“初心与自省”遥相呼应。微服务已经迫不及待地要脱离 SOA 的附庸，成为一种独立的架构风格，也许，未来还将会是 SOA 的革命者。
微服务真正的崛起是在 2014 年，相信阅读此文的大多数读者，也是从 Martin Fowler 与 James Lewis 合写的文章《Microservices: A Definition of This New Architectural Term》中首次了解到微服务的。这并不是指各位一定读过这篇文章，应该准确地说——今天大家所了解的“微服务”是这篇文章中定义的“微服务”。在此文中，首先给出了现代微服务的概念：“微服务是一种通过多个小型服务组合来构建单个应用的架构风格，这些服务围绕业务能力而非特定的技术标准来构建。各个服务可以采用不同的编程语言，不同的数据存储技术，运行在不同的进程之中。服务采取轻量级的通信机制和自动化的部署机制实现通信与运维。”此外，文中列举了微服务的九个核心的业务与技术特征，下面将其一一列出并解读。
围绕业务能力构建（Organized around Business Capability）。这里再次强调了康威定律的重要性，有怎样结构、规模、能力的团队，就会产生出对应结构、规模、能力的产品。这个结论不是某个团队、某个公司遇到的巧合，而是必然的演化结果。如果本应该归属同一个产品内的功能被划分在不同团队中，必然会产生大量的跨团队沟通协作，跨越团队边界无论在管理、沟通、工作安排上都有更高昂的成本，高效的团队自然会针对其进行改进，当团队、产品磨合调节稳定之后，团队与产品就会拥有一致的结构。
分散治理（Decentralized Governance）。这是要表达“谁家孩子谁来管”的意思，服务对应的开发团队有直接对服务运行质量负责的责任，也应该有着不受外界干预地掌控服务各个方面的权力，譬如选择与其他服务异构的技术来实现自己的服务。这一点在真正实践时多少存有宽松的处理余地，大多数公司都不会在某一个服务使用 Java，另一个用 Python，下一个用 Golang，而是通常会有统一的主流语言，乃至统一的技术栈或专有的技术平台。微服务不提倡也并不反对这种“统一”，只要负责提供和维护基础技术栈的团队，有被各方依赖的觉悟，要有“经常被凌晨 3 点的闹钟吵醒”的心理准备就好。微服务更加强调的是确实有必要技术异构时，应能够有选择“不统一”的权利，譬如不应该强迫 Node.js 去开发报表页面，要做人工智能训练模型时，应该可以选择 Python，等等。
通过服务来实现独立自治的组件（Componentization via Services）。之所以强调通过“服务”（Service）而不是“类库”（Library）来构建组件，是因为类库在编译期静态链接到程序中，通过本地调用来提供功能，而服务是进程外组件，通过远程调用来提供功能。前面的文章里我们已经分析过，尽管远程服务有更高昂的调用成本，但这是为组件带来隔离与自治能力的必要代价。
产品化思维（Products not Projects）。避免把软件研发视作要去完成某种功能，而是视作一种持续改进、提升的过程。譬如，不应该把运维只看作运维团队的事，把开发只看作开发团队的事，团队应该为软件产品的整个生命周期负责，开发者不仅应该知道软件如何开发，还应该知道它如何运作，用户如何反馈，乃至售后支持工作是怎样进行的。注意，这里服务的用户不一定是最终用户，也可能是消费这个服务的另外一个服务。以前在单体架构下，程序的规模决定了无法让全部人员都关注完整的产品，组织中会有开发、运维、支持等细致的分工的成员，各人只关注于自己的一块工作，但在微服务下，要求开发团队中每个人都具有产品化思维，关心整个产品的全部方面是具有可行性的。
数据去中心化（Decentralized Data Management）。微服务明确地提倡数据应该按领域分散管理、更新、维护、存储，在单体服务中，一个系统的各个功能模块通常会使用同一个数据库，诚然中心化的存储天生就更容易避免一致性问题，但是，同一个数据实体在不同服务的视角里，它的抽象形态往往也是不同的。譬如，Bookstore 应用中的书本，在销售领域中关注的是价格，在仓储领域中关注的库存数量，在商品展示领域中关注的是书籍的介绍信息，如果作为中心化的存储，所有领域都必须修改和映射到同一个实体之中，这便使得不同的服务很可能会互相产生影响而丧失掉独立性。尽管在分布式中要处理好一致性的问题也相当困难，很多时候都没法使用传统的事务处理来保证，但是两害相权取其轻，有一些必要的代价仍是值得付出的。
强终端弱管道（Smart Endpoint and Dumb Pipe）。弱管道（Dumb Pipe）几乎算是直接指名道姓地反对 SOAP 和 ESB 的那一堆复杂的通信机制。ESB 可以处理消息的编码加工、业务规则转换等；BPM 可以集中编排企业业务服务；SOAP 有几十个 WS-*协议族在处理事务、一致性、认证授权等一系列工作，这些构筑在通信管道上的功能也许对某个系统中的某一部分服务是有必要的，但对于另外更多的服务则是强加进来的负担。如果服务需要上面的额外通信能力，就应该在服务自己的 Endpoint 上解决，而不是在通信管道上一揽子处理。微服务提倡类似于经典 UNIX 过滤器那样简单直接的通信方式，RESTful 风格的通信在微服务中会是更加合适的选择。
容错性设计（Design for Failure）。不再虚幻地追求服务永远稳定，而是接受服务总会出错的现实，要求在微服务的设计中，有自动的机制对其依赖的服务能够进行快速故障检测，在持续出错的时候进行隔离，在服务恢复的时候重新联通。所以“断路器”这类设施，对实际生产环境的微服务来说并不是可选的外围组件，而是一个必须的支撑点，如果没有容错性的设计，系统很容易就会被因为一两个服务的崩溃所带来的雪崩效应淹没。可靠系统完全可能由会出错的服务组成，这是微服务最大的价值所在，也是这部开源文档标题“凤凰架构”的含义。
演进式设计（Evolutionary Design）。容错性设计承认服务会出错，演进式设计则是承认服务会被报废淘汰。一个设计良好的服务，应该是能够报废的，而不是期望得到长存永生。假如系统中出现不可更改、无可替代的服务，这并不能说明这个服务是多么的优秀、多么的重要，反而是一种系统设计上脆弱的表现，微服务所追求的独立、自治，也是反对这种脆弱性的表现。
基础设施自动化（Infrastructure Automation）。基础设施自动化，如 CI/CD 的长足发展，显著减少了构建、发布、运维工作的复杂性。由于微服务下运维的对象比起单体架构要有数量级的增长，使用微服务的团队更加依赖于基础设施的自动化，人工是很难支撑成百上千乃至成千上万级别的服务的。
《Microservices》一文中对微服务特征的描写已经相当具体了，文中除了定义微服务是什么，还专门申明了微服务不是什么——微服务不是 SOA 的变体或衍生品，应该明确地与 SOA 划清了界线，不再贴上任何 SOA 的标签。如此，微服务的概念才算是一种真正丰满、独立的架构风格，为它在未来的几年时间里如明星一般闪耀崛起于技术舞台铺下了理论基础。
Microservices and SOA
由于与 SOA 具有一致的表现形式，这让微服务的支持者更加迫切地拒绝再被打上 SOA 的标签，尽管有一些人坚持认为微服务就是 SOA 的一种变体形式，也许从面向服务方面这个方面来说是对的，但无论如何，SOA 与微服务都是两种不同的东西，正因如此，使用一个别的名称来简明地定义这种架构风格就显得更有必要。
—— Martin Fowler / James Lewis，Microservices
从以上微服务的定义和特征中，你应该可以明显地感觉到微服务追求的是更加自由的架构风格，摒弃了几乎所有 SOA 里可以抛弃的约束和规定，提倡以“实践标准”代替“规范标准”。可是，如果没有了统一的规范和约束，以前 SOA 所解决的那些分布式服务的问题，不也就一下子都重新出现了吗？的确如此，服务的注册发现、跟踪治理、负载均衡、故障隔离、认证授权、伸缩扩展、传输通信、事务处理，等等，这些问题，在微服务中不再会有统一的解决方案，即使只讨论 Java 范围内会使用到的微服务，光一个服务间远程调用问题，可以列入解决方案的候选清单的就有：RMI（Sun/Oracle）、Thrift（Facebook）、Dubbo（阿里巴巴）、gRPC（Google）、Motan2（新浪）、Finagle（Twitter）、brpc（百度）、Arvo（Hadoop）、JSON-RPC、REST，等等；光一个服务发现问题，可以选择的就有：Eureka（Netflix）、Consul（HashiCorp）、Nacos（阿里巴巴）、ZooKeeper（Apache）、Etcd（CoreOS）、CoreDNS（CNCF），等等。其他领域的情况也是与此类似，总之，完全是八仙过海，各显神通的局面。
微服务所带来的自由是一把双刃开锋的宝剑，当软件架构者拿起这把宝剑，一刃指向 SOA 定下的复杂技术标准，将选择的权力夺回的同一时刻，另外一刃也正朝向着自己映出冷冷的寒光。微服务时代中，软件研发本身的复杂度应该说是有所降低。一个简单服务，并不见得就会同时面临分布式中所有的问题，也就没有必要背上 SOA 那百宝袋般沉重的技术包袱。
需要解决什么问题，就引入什么工具；团队熟悉什么技术，就使用什么框架。此外，像 Spring Cloud 这样的胶水式的全家桶工具集，通过一致的接口、声明和配置，进一步屏蔽了源自于具体工具、框架的复杂性，降低了在不同工具、框架之间切换的成本，所以，作为一个普通的服务开发者，作为一个“螺丝钉”式的程序员，微服务架构是友善的。可是，微服务对架构者是满满的恶意，对架构能力要求已提升到史无前例的程度，笔者在这部文档的多处反复强调过，技术架构者的第一职责就是做决策权衡，有利有弊才需要决策，有取有舍才需要权衡，如果架构者本身的知识面不足以覆盖所需要决策的内容，不清楚其中利弊，恐怕也就无可避免地陷入选择困难症的困境之中。
微服务时代充满着自由的气息，微服务时代充斥着迷茫的选择。软件架构不会止步于自由，微服务仍不是架构探索终点，如果有下一个时代，笔者希望是信息系统能同时拥有微服务的自由权利，围绕业务能力构建自己的服务而不受技术规范管束，但同时又不必以承担自行解决分布式的问题的责任为代价。管他什么利弊权衡！小孩子才做选择题，成年人全部都要！
本文由机械工业出版社授权发布。
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