高并发、高可用架构系列（一）：手把手带你构建大规模分布式服务

阅读本（系列）文章，你将会收获：

1. 全面、体系化的了解大规模分布式系统中的服务治理  

2. 一线互联网公司如何应对高并发、大流量场景，稳定性保障体系揭秘（高并发高可用必备）  

3. 常见限流算法的实现，阿里巴巴（历年双十一）限流、熔断保护利器sentinel的设计原理和实践经验（高并发高可用必备）  

4. 高性能、高可用配置中心的本质、架构设计思想、原理和实践经验（微服务架构必备）  

5. 高性能、高可用服务注册中心的本质、架构设计思想、原理和实践经验（微服务架构必备）  

6. 互联网公司技术架构的普遍痛点、架构愿景及解法（技术广度和思维能力）  

当我们在谈论“服务治理”的时候，都在谈论些什么？

我从业之初接触到的便是一堆基于Webservice、Hessain等实现的跨语言的分布式系统，那是SOA架构和理念十分盛行的时代，我常常听到前辈们在谈论 “SOA治理” 等高大上的词，但我当时并没有理解何为 “治理” ，甚至在想：为什么不叫 “管理”呢？在此之前，我仅在小学课本上接触过 “污水治理”这个词。直到近些年互联网企业大规模服务化进程的推进，以Dubbo、Spring Cloud为代表的开源服务框架流行起来， “服务治理” 又热门了起来。

那到底何为 “治理” 呢？大型互联网公司动辄几千上万个应用，而中型公司也至少几百上千个应用。微服务流行后，服务数量更是与日俱增， 亟需治理 。根本原因还是 复杂度过高，需要梳理起来、规范并优化 。 架构的本质就是管理复杂度，满足不同利益相关者的诉求 。下面我将简单的总结下 “服务治理” 领域的各个方面（包括但不限于）， 便于你建立全面、体系化的理解和认识，以便进一步深入研究和实践

服务定义及管理

服务该如何定义，又该以何种形式暴露出来，上游需要怎么调用，拆分粒度怎么把握…这些都需要统一的规范和约束，否则组织协作很容易乱套。我曾经听到某位架构师讲“微服务就是一个接口一个服务…”，也曾接手过类似的系统，这是典型的 “技术理论派”，永远掌握不了技术或方法论的本质。

再比如我们在开发某项业务功能时发现需要依赖其他域的支持，这就需要了解公司某个子域、某个应用中包含了哪些服务，有没有提供我们想要的业务能力，以及进一步了解服务契约描述长什么样的，这样我们可以快速接入，这就需要好的管理机制和平台支撑。如果是一家创业公司，只有数十个应用系统或者服务，只有20个技术人员，则不会面临类似复杂度，面对面的喊一嗓子就可以了。

但是， 最基本的规范和约束在任何规模的团队都是必须的 ，这里分享些常识经验，例如：接口定义中参数不要使用Map类型，过于灵活的结构往往会导致接口契约定义不清晰，消费方难以理解，而提供方的代码逻辑也将充斥各种判断和特殊处理；响应结果DTO定义中不要使用枚举，因为如果服务提供者新增了枚举值而服务消费方未升级二方包，是很容易导致反序列化失败，这个在阿里时期曾目睹过类似线上事故；只允许新增接口，不允许修改现有接口的定义，除非你能够确保上游消费者全部统一升级，这个在稍微正常点的公司显然都是不可能实现的；

别看我列举的这些问题好像都很初级，但是很多公司这方面做的确实都很烂，否则技术圈就不会有那么多 “前人挖坑，后人填坑” 的故事了

服务的注册与发现

服务提供者如何 将服务注册上去 ，消费者端如何快速 发现服务、挑选服务 ，是这个领域要解决的核心问题。开源的注册中心如何选择？注册中心的容量够不够？服务提供者线下后，注册中心能否及时感知并通知消费者？选开源还是自研？这些都是架构师需要考虑的问题。

关于服务注册和发现这里面又会涉及到网络通信，负载均衡，健康检查，数据存储，分布式选举算法和协议等，后面我会有单独的章节仔细展开讲解

服务的调用、路由、容错

服务调用，从通信协议上可以选择TCP/UDP，或者应用层的HTTP协议。从风格上主要有二进制RPC的，或者HTTP+JSON的（这里我纠正一下很多技术人员的认知误区，很多公司所谓的 “Restful”服务其实就是提供的HTTP接口而已。就像很多人口子的 “H5”其实就是一个适配手机屏幕尺寸的小页面，根本没有任何HTML5的新特性）。以RPC框架为例，从编解码层面又会有自定义的私有协议。再往上到应用层又会有序列化和反序列化，采用protobuf序列化还是才是Hessaion2，需要从性能、兼容性、稳定性、跨语言、可读性、可测试性等方面综合考虑

服务路由，这个也很容易理解，比如开源的Dubbo框架中提供的分组管理，这可以理解为是一种路由。HSF中提供的 “同机房优先”能力，这也是一种路由策略。我们有时候需要对服务实现 “黑名单、白名单” 的过滤保护机制，这就是一种按条件路由。我们在做一些类似 “灰度发布、流量染色、环境隔离” 等的时候都需要使用到特殊标记然后透传，在服务调用时按规则做路由。当然，更重要的是注册中心的模型设计足够灵活，可以支持类似打tag区分的能力。对于外部的服务而言，我们通过借助网关、Nginx等来实现路由（这种本质上就是请求转发）

服务安全，几乎所有的系统而言通常都需要做身份验证，权限校验等。在分布式微服务架构中，通常我们会将鉴权等横切操作放到网关中，外部应用想要访问服务需要先经过网关，比较通用的就是借助Oath2协议、JWT组件等来实现。而对于内部服务间的调用，因为都是在内网中，会有防火墙等安全手段，基于性能、工作量的考虑，很多公司不会再单独做鉴权。当然，必要的水平权限校验这些还是很有必要的。另外，在流量接入前通常会设有WAF（web应用防火墙）过滤恶意请求。比较常见的安全问题包括：XSS、SQL注入、DDOS、水平权限等，这里不再继续展开

服务容错模式很多，常见的大概有如下几种：

failfast，快速失败，比如在Java集合框架中当并发对ArrayList等容器做修改、移除等操作时系统就会抛出ConcurrentModificationException异常，这就是典型的failfast机制。在分布式服务调用中，最常用的failfast机制就是超时，无论是服务提供者还是服务调用者，都需要设置超时;  

failover，失效转移，在分布式服务调用中会偶发网络抖动等问题，通常我们会选择另外一台机器进行重试，这就是典型的failover。另外，在数据库、消息中间件领域中，经常会使用类似Master、Slave的架构模型，当发生故障会自动执行主从切换来保障集群的高可用;  

failback，失效自动恢复，当请求发生异常或失败时，应该能够保留上下文信息，通过某种机制让其自动重试。比较典型的实现方式就是捕获异常状态，记录日志或者落到 “异常恢复表”中，再通过后台定时任务扫描执行补偿。通常适合对数据时效性、一致性不太敏感的场景;    

failsafe，失败安全，当请求发生异常或失败时，简单记录日志后直接忽略，继续推进主流程。比较适合一些非主链路、弱依赖的请求，例如：上报操作日志给大数据平台;

依赖治理

先灵魂拷问下，我的服务被哪些应用依赖了？上游调用量太大会不会把我拖垮？我挂掉了会不会导致上游发生故障？我自己又依赖了哪些服务？他们挂了会不会影响我？哪些是强依赖哪些是弱依赖？这些问题都是需要了然于心的， 依赖治理的本质就是管理复杂度，规避或降低风险

服务监控和应急手段

服务监控，主要包括： 日志监控、调用链跟踪、度量指标 这几块构成，其中的每一块都是一个非常值得深入研究的领域。在云原生时代，我们将其统称为 “可观察性” 。

大型分布式系统通常由成百上千的应用组成，机器数量也是动辄上千台，是不可能像很早以前一样ssh登录到服务器去执行tail、less的。我们首先需要日志格式统一，日志路径统一，然后对日志进行 采集、上报、快速分析、展示和预警 。在这个领域，开源社区最流行的代表作是ELK;

前面讲 “依赖治理”的时候已经了解到分布式系统间依赖的复杂性，调用链错综复杂，已经不可能依赖个人经验了。当发生故障或者性能问题的时候，我们需要能够 “一目了然”、“顺藤摸瓜” ，从而达到 快速定位故障或者性能瓶颈 的目的。在这个领域的代表作有：pinpoint、cat、skywalking、淘宝鹰眼等以及一些商业化APM;

从应用视角，我们需要了解服务的 调用量、成功率/错误率、响应时间等指标 。同时，我们也关注 线程池、慢查询、连接数 等等。从业务方视角，我们需要关注**“当前订单数” 、 “下单总金额” **等类似的业务指标数据。这些指标数据都是跟 时间维度 相关的，我们需要将这些指标数据保存到时序数据库中，做聚合统计、排名然后展示或者预警；

限流，主要包括：页面限流、接口限流，访问来源或IP限流、单机限流、集群限流、网关限流、热点参数限流，自定义限流等；北京地铁口早晚高峰期的控制，就是典型的 “限流”(通常分 “匀速排队” 和“快速失败”);

降级，从触发条件上可分为：手动降级和自动降级。从场景上又可以分为：一致性降级、完整性降级、用户体验降级、读写降级等;电商在高峰期资源紧张时关闭商品评论服务和推荐服务，这就是一种典型的 “弃车保帅”的降级手段。此外，接口的自动熔断也是一种典型的降级手段;

关于依赖治理、容量规划、限流，降级等后面我会在后续稳定性保障体系的章节中展开仔细讲解

服务测试

服务发布上去之后怎么知道是不是OK的？如果有一个ops控制台，我可以选择服务后直接输入参数、轻松点击就能验证服务通畅是不是很爽？如果在开发联调，或者进行单元测试时，对方没有实现，双方只是确定了服务契约，那我们就需要可以轻松mock数据。在传统的测试体系中，我们通常分为：单元测试、集成测试、组件测试、端到端测试等，形成了经典的 “测试金字塔模型”。

到了微服务时代，我们在 “集成测试”时不同服务间的调用便成为了重点，于是引入了 “契约测试”来保证服务提供者和消费者双方符合规范

小结

从架构师的视角看服务治理，需要关注开发、测试、运维、业务方等（利益相关者）各方的诉求，在技术选型和架构设计时需要 权衡取舍 ，尽可能满足他们的诉求，如图：

后续章节

高并发场景下的常见问题及稳定性保障体系

阿里巴巴双11利器sentinel的设计原理和实践经验

高性能配置中心的原理和实践经验

服务注册中心的原理和实践经验

会陆续更新，如有收获，请点个在看，您一在看，我就更新的更来劲儿了！