現(xiàn)如今，微服務(wù)已經(jīng)成了很多中大型互聯(lián)網(wǎng)公司的標(biāo)配，不同的公司采用的設(shè)計(jì)模式可能不一樣，因此，這篇文章，我們來(lái)分析下微服務(wù)中常見(jiàn)的九種設(shè)計(jì)模式。

接下來(lái)，我們將分別介紹每種模式以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)和使用場(chǎng)景：

API Gateway Pattern

API Gateway模式是一種設(shè)計(jì)模式，用于管理客戶端與后端服務(wù)之間的請(qǐng)求，它充當(dāng)客戶端和服務(wù)之間的中介層，提供一個(gè)統(tǒng)一的接口來(lái)處理所有的API請(qǐng)求。

這種模式通過(guò)將多個(gè)服務(wù)的復(fù)雜性隱藏在一個(gè)接口后面來(lái)簡(jiǎn)化客戶端的體驗(yàn)，它還可以處理身份驗(yàn)證、日志記錄和速率限制等任務(wù)，使其成為微服務(wù)架構(gòu)的關(guān)鍵部分。

API Gateway模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 簡(jiǎn)化客戶端開(kāi)發(fā)： 客戶端只需與API網(wǎng)關(guān)交互，而不必直接與多個(gè)后端服務(wù)進(jìn)行通信。
• 安全性： 可以在網(wǎng)關(guān)層實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證和授權(quán)策略。
• 負(fù)載均衡和緩存： 可以在API網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)，以提高性能。
• 協(xié)議轉(zhuǎn)換： 支持不同協(xié)議（如HTTP到gRPC）的轉(zhuǎn)換。

缺點(diǎn)：

• 單點(diǎn)故障： API網(wǎng)關(guān)可能成為系統(tǒng)的單點(diǎn)故障。
• 復(fù)雜性： 需要額外的開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作來(lái)管理網(wǎng)關(guān)。

適用場(chǎng)景：

• 微服務(wù)架構(gòu)：在微服務(wù)架構(gòu)中，API網(wǎng)關(guān)可以作為一個(gè)集中入口，簡(jiǎn)化客戶端與多個(gè)后端服務(wù)的交互。
• 安全需求：需要在一個(gè)集中點(diǎn)管理身份驗(yàn)證、授權(quán)和流量控制。
• 跨域請(qǐng)求和協(xié)議轉(zhuǎn)換：需要支持不同客戶端協(xié)議（如HTTP、WebSocket）的請(qǐng)求，或需要執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。
• 負(fù)載均衡和緩存：需要在網(wǎng)關(guān)層實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和緩存以提高性能。

Service Registry Pattern

服務(wù)注冊(cè)表模式用于在微服務(wù)架構(gòu)中跟蹤微服務(wù)實(shí)例的位置和狀態(tài)，服務(wù)提供者在啟動(dòng)時(shí)將其地址注冊(cè)到服務(wù)注冊(cè)表中，然后，其他服務(wù)可以查找注冊(cè)表以查找它并與之通信。這種動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了靈活性，并幫助服務(wù)在不對(duì)其位置進(jìn)行硬編碼的情況下進(jìn)行交互。

Service Registry模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)： 服務(wù)消費(fèi)者可以動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)服務(wù)提供者的位置。
• 負(fù)載均衡： 幫助實(shí)現(xiàn)客戶端負(fù)載均衡，通過(guò)選擇最優(yōu)的服務(wù)實(shí)例來(lái)處理請(qǐng)求。

缺點(diǎn)：

• 一致性問(wèn)題： 需要確保注冊(cè)表中信息的一致性和及時(shí)更新。
• 復(fù)雜性增加： 需要額外的組件和配置來(lái)管理服務(wù)注冊(cè)。

適用場(chǎng)景：

• 動(dòng)態(tài)服務(wù)發(fā)現(xiàn)：在微服務(wù)環(huán)境中，服務(wù)實(shí)例是動(dòng)態(tài)的，需要一種機(jī)制來(lái)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)服務(wù)。
• 自動(dòng)伸縮：服務(wù)實(shí)例數(shù)量根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)整，需要?jiǎng)討B(tài)更新服務(wù)注冊(cè)信息。
• 服務(wù)的健康檢查：需要定期檢查服務(wù)實(shí)例的健康狀態(tài)并更新注冊(cè)信息。

Circuit Breaker Pattern

斷路器模式用于在服務(wù)之間調(diào)用時(shí)，防止系統(tǒng)因服務(wù)故障而出現(xiàn)級(jí)聯(lián)故障，它可以檢測(cè)服務(wù)的失敗，并在檢測(cè)到故障時(shí)，短路請(qǐng)求以避免進(jìn)一步的失敗。如果服務(wù)反復(fù)失敗，斷路器將跳閘，從而阻止對(duì)該服務(wù)的進(jìn)一步請(qǐng)求。超時(shí)期限后，它允許有限的請(qǐng)求測(cè)試服務(wù)是否重新聯(lián)機(jī)，這減少了失敗服務(wù)的負(fù)載并增強(qiáng)了系統(tǒng)彈性。

Circuit Breaker模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性： 防止因服務(wù)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)崩潰。
• 快速失?。?nbsp;當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，快速返回錯(cuò)誤而不是等待超時(shí)。

缺點(diǎn)：

• 狀態(tài)管理： 需要管理斷路器的狀態(tài)（關(guān)閉、打開(kāi)、半開(kāi)）。
• 配置復(fù)雜性： 需要調(diào)整斷路器的參數(shù)以適應(yīng)不同的服務(wù)。

適用場(chǎng)景：

• 不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或延遲，需要防止這些問(wèn)題影響整個(gè)系統(tǒng)。
• 下游服務(wù)不可靠：某些服務(wù)可能會(huì)不時(shí)出現(xiàn)故障，需要隔離這些故障以保護(hù)系統(tǒng)的其他部分。
• 高可用性要求：需要確保系統(tǒng)在部分服務(wù)不可用時(shí)仍能繼續(xù)運(yùn)行。

Saga Pattern

Saga模式是一種分布式事務(wù)管理模式，用于管理跨多個(gè)服務(wù)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的業(yè)務(wù)交易。Saga將事務(wù)分解為一系列的小事務(wù)，每個(gè)小事務(wù)由一個(gè)獨(dú)立的服務(wù)處理。如果一個(gè)步驟失敗，則會(huì)采取補(bǔ)償措施來(lái)反轉(zhuǎn)前面的步驟。這樣，即使遇到故障，您也可以保持整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性。

Saga模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 去中心化： 沒(méi)有單一的事務(wù)管理器。
• 靈活性： 支持復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的事務(wù)。

缺點(diǎn)：

• 復(fù)雜性： 需要設(shè)計(jì)補(bǔ)償邏輯來(lái)處理事務(wù)失敗。
• 一致性挑戰(zhàn)： 需要確保最終一致性，而不是立即一致性。

適用場(chǎng)景：

• 分布式事務(wù)：需要管理跨多個(gè)服務(wù)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的事務(wù)，確保數(shù)據(jù)最終一致性。
• 復(fù)雜業(yè)務(wù)流程：涉及多個(gè)步驟和服務(wù)的業(yè)務(wù)流程，需要靈活的事務(wù)管理。
• 需要補(bǔ)償邏輯：在事務(wù)失敗時(shí)，需要執(zhí)行補(bǔ)償操作來(lái)回滾或調(diào)整狀態(tài)。

Event Sourcing Pattern

事件溯源模式是通過(guò)存儲(chǔ)系統(tǒng)中所有狀態(tài)變化的事件來(lái)記錄狀態(tài)的變化，應(yīng)用程序的狀態(tài)可以通過(guò)重放這些事件來(lái)重建。每個(gè)事件都描述了發(fā)生的更改，允許服務(wù)通過(guò)重放事件歷史記錄來(lái)重建當(dāng)前狀態(tài)，這提供了清晰的審計(jì)跟蹤，并簡(jiǎn)化了出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

Event Sourcing模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 審計(jì)和回溯： 可以輕松回溯系統(tǒng)狀態(tài)的變化。
• 重放能力： 可以重放事件來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)狀態(tài)。

缺點(diǎn)：

• 存儲(chǔ)需求： 需要存儲(chǔ)大量的事件數(shù)據(jù)。
• 復(fù)雜性： 需要處理事件的版本控制和模式演進(jìn)。

適用場(chǎng)景：

• 審計(jì)和回溯：需要詳細(xì)記錄系統(tǒng)中所有狀態(tài)變化，以便進(jìn)行審計(jì)和回溯。
• 復(fù)雜狀態(tài)恢復(fù)：需要在系統(tǒng)故障后通過(guò)事件重建狀態(tài)。
• 歷史分析：需要分析系統(tǒng)歷史事件以獲取業(yè)務(wù)洞察。

Strangler Fig Pattern

絞殺者模式用于逐步替換舊系統(tǒng)的功能，而不需要一次性重構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)，新功能在新系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，隨著更多功能轉(zhuǎn)移到微服務(wù)，舊系統(tǒng)會(huì)逐漸被 “扼殺” ，直到它可以完全停用，這種方法將風(fēng)險(xiǎn)降至最低，并允許更順利的遷移。

Strangler Fig模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 風(fēng)險(xiǎn)降低： 逐步遷移減少了系統(tǒng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。
• 靈活性： 允許同時(shí)運(yùn)行舊系統(tǒng)和新系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：

• 復(fù)雜性： 需要管理兩個(gè)系統(tǒng)的并行運(yùn)行。
• 整合挑戰(zhàn)： 需要處理新舊系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和功能集成。

適用場(chǎng)景：

• 遺留系統(tǒng)替換：需要逐步替換舊系統(tǒng)的功能，而不是一次性重構(gòu)，比如：?jiǎn)误w服務(wù)遷移成微服務(wù)。
• 風(fēng)險(xiǎn)管理：在遷移過(guò)程中需要降低系統(tǒng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。
• 持續(xù)交付：需要在不斷交付新功能的同時(shí)，逐步淘汰舊系統(tǒng)。

Bulkhead Pattern

艙壁模式通過(guò)將系統(tǒng)分成獨(dú)立的隔離部分，如果一個(gè)服務(wù)遇到問(wèn)題，它不會(huì)損害其他服務(wù)，通過(guò)創(chuàng)建邊界，此模式增強(qiáng)了系統(tǒng)的彈性，確保一個(gè)領(lǐng)域的故障不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障。

Bulkhead 模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 增強(qiáng)穩(wěn)定性： 隔離故障，防止其影響其他部分。
• 資源隔離： 可以為不同的服務(wù)或組件分配不同的資源池。

缺點(diǎn)：

• 資源利用率： 可能導(dǎo)致資源的低效利用。
• 復(fù)雜性： 需要設(shè)計(jì)和管理多個(gè)隔離區(qū)域。

適用場(chǎng)景：

• 隔離故障：需要防止一個(gè)組件的故障影響整個(gè)系統(tǒng)。
• 資源管理：需要為不同的服務(wù)或組件分配獨(dú)立的資源池，以優(yōu)化資源利用。
• 高可靠性需求：需要確保系統(tǒng)某些部分在其他部分出現(xiàn)故障時(shí)仍能正常工作。

API Composition Pattern

API組合模式用于在微服務(wù)架構(gòu)中聚合來(lái)自多個(gè)服務(wù)的數(shù)據(jù)，以提供客戶端需要的完整響應(yīng)，通常用于替代復(fù)雜的查詢。單獨(dú)的服務(wù) （組合服務(wù)） 從各種服務(wù)收集響應(yīng)，并將它們組合成一個(gè) Client 端的響應(yīng)，這減少了 Client 端發(fā)出多個(gè)請(qǐng)求的需要，并簡(jiǎn)化了它們與系統(tǒng)的交互。

API Composition模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 簡(jiǎn)化客戶端： 客戶端可以通過(guò)一個(gè)API請(qǐng)求獲取完整的數(shù)據(jù)。
• 減少請(qǐng)求數(shù)量： 通過(guò)組合API減少客戶端的請(qǐng)求次數(shù)。

缺點(diǎn)：

• 性能問(wèn)題： 組合多個(gè)服務(wù)的響應(yīng)可能導(dǎo)致延遲。
• 復(fù)雜性： 需要處理不同服務(wù)響應(yīng)的合并和格式化。

適用場(chǎng)景：

• 數(shù)據(jù)聚合：需要從多個(gè)服務(wù)中聚合數(shù)據(jù)以提供完整的響應(yīng)。
• 復(fù)雜查詢替代：無(wú)法或不希望在單個(gè)服務(wù)中執(zhí)行復(fù)雜查詢時(shí)，需要在API層進(jìn)行數(shù)據(jù)組合。
• 減少客戶端請(qǐng)求：通過(guò)組合API減少客戶端的請(qǐng)求次數(shù)和復(fù)雜性。

CQRS Design Pattern

CQRS（Command Query Responsibility Segregation）模式將命令（寫(xiě)操作）和查詢（讀操作）分開(kāi)，以優(yōu)化性能和可擴(kuò)展性。例如，命令端可以專(zhuān)注于執(zhí)行業(yè)務(wù)規(guī)則，而查詢端可以優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)檢索，這種模式在具有大量讀寫(xiě)操作的應(yīng)用程序中特別有用，因?yàn)樗ㄟ^(guò)允許對(duì)每一端進(jìn)行不同的優(yōu)化來(lái)增強(qiáng)性能和可擴(kuò)展性。

CQRS模式可以抽象如下圖：

優(yōu)點(diǎn)：

• 優(yōu)化性能： 讀寫(xiě)分離可以針對(duì)不同的操作進(jìn)行優(yōu)化。
• 靈活性： 支持不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略。

缺點(diǎn)：

• 復(fù)雜性： 需要維護(hù)兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)模型。
• 一致性挑戰(zhàn)： 需要確保讀寫(xiě)模型之間的一致性。

適用場(chǎng)景：

• 高并發(fā)和性能優(yōu)化：需要同時(shí)支持大量的讀取和寫(xiě)入操作，并且需要分別優(yōu)化讀取和寫(xiě)入路徑。
• 復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯：寫(xiě)操作需要執(zhí)行復(fù)雜的業(yè)務(wù)規(guī)則，而讀取操作需要快速響應(yīng)。
• 大規(guī)模系統(tǒng)：需要靈活擴(kuò)展和優(yōu)化系統(tǒng)的不同部分以滿足不同的負(fù)載需求。

總結(jié)

本文，我們分析了微服務(wù)中常見(jiàn)的9種設(shè)計(jì)模式，這些模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)景和需求，在設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)時(shí)，選擇合適的模式可以提高系統(tǒng)的性能、可靠性和可維護(hù)性。因此，了解和掌握它們可以幫助我們更好地選擇和使用。