Istio 实践手册｜迎接新一代微服务架构

程序猿技术大咖 2021-11-15

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《Istio 实践手册》，从服务网格概念出发，将逐步渗透到 Istio 具体细节中来，旨在帮助 Istio 学习者、使用者快速掌握相关知识点，可作为 Istio 学习、实践手册，建议收藏！（不断更新中……）

微服务是近些年来软件架构中的热名词，也是一个很大的概念，不同人对它的理解都各不相同，甚至在早期微服务架构中出现了一批四不像的微服务架构产品，有人把单纯引入 Spring Boot
、Spring Cloud
等框架的应用服务也称之为微服务架构，但这却只是将它作为服务的 Web
容器而已。

随着微服务的火热，越来越多的团队开始实践，将微服务纷纷落地，并投入生产。但随着微服务规模的不断壮大，每增加一个微服务，就可能会增加一些依赖的基础设施和第三方的配置，比如 Kafka
、Redis
实例等，相应 CI/CD
的配置也会增加或调整。同时随着微服务数量增多、业务复杂性的提升及需求的多样性等（如，对接第三方异构系统等），服务间通信的错综复杂，一步步地将微服务变得更加臃肿，服务治理也是难上加难，而这些问题在单体架构中是很容易解决的。为此，有人开始怀疑当初微服务化是否是明智之选，甚至考虑回归到传统单体应用。

正如下图所示，PPT
中的微服务总是美好的，但现实中的微服务却是一团糟糕，想甩甩不掉，越看越糟心。难道就没有办法了么？

图 2.1.1：现实中和PPT中的微服务对比

1、传统微服务架构面临的挑战

面对上述暴露出的问题，并在传统微服务架构下，经过实践的不断冲击，面临了更多新的挑战，综上所述，产生这些问题的原因有以下这几点：

过于绑定特定技术栈。当面对异构系统时，需要花费大量精力来进行代码的改造，不同异构系统可能面临不同的改造。
代码侵入度过高。开发者往往需要花费大量的精力来考虑如何与框架或 SDK
结合，并在业务中更好的深度融合，对于大部分开发者而言都是一个高曲线的学习过程。
多语言支持受限。微服务提倡不同组件可以使用最适合它的语言开发，但是传统微服务框架，如 Spring Cloud
则是 Java
的天下，多语言的支持难度很大。这也就导致在面对异构系统对接时的无奈，或选择退而求其次的方案了。
老旧系统维护难。面对老旧系统，很难做到统一维护、治理、监控等，在过度时期往往需要多个团队分而管之，维护难度加大。

上述这些问题在传统微服务架构中都是在所难免，我们都知道技术演进来源于实践中不断的摸索，将功能抽象、解耦、封装、服务化。随着传统微服务架构暴露出的这些问题，将迎来新的挑战，让大家纷纷寻找其他解决方案。

2、迎来新一代微服务架构

为了解决传统微服务面临的问题，以应对全新的挑战，微服务架构也进一步演化，最终催生了Service Mesh
的出现，迎来了新一代微服务架构，也被称为“下一代微服务”。为了更好地理解 Service Mesh
的概念和存在的意义，我们来回顾一下这一演进过程。

1.1 耦合阶段

在微服务架构中，服务发现、负载均衡、熔断等能力是微服务架构中重要的组成部分。微服务化之后，服务更加的分散，复杂度变得更高，起初开发者将诸如熔断、超时等功能和业务代码封装在一起，使服务具备了网络管控的能力，如下图所示。

图 2.1.2：耦合阶段

这种方案虽然易于实现，但从设计角度来讲却存在一定的缺陷。

基础设施功能（如，服务发现，负载均衡、熔断等）和业务逻辑高度耦合。
每个微服务都重复实现了相同功能的代码。
管理困难。如果某个服务的负载均衡发生变化，则调用它的相关服务都需要更新变化。
开发者不能集中精力只关注于业务逻辑开发。

1.2 公共库 SDK

基于上面存在的问题，很容易会想到将基础设施功能设计为一个公共库 SDK
，让服务的业务逻辑与这些公共功能降低耦合度，提高重复利用率，更重要的是开发者只需要关注公共库 SDK
的依赖及使用，而不必关注实现这些公共功能，从而更加专注于业务逻辑的开发，比如 Spring Cloud
框架是类似的方式。如下图所示：

图 2.1.3：公共库SDK阶段

实际上即便如此，它仍然有一些不足之处。

这些公共库 SDK
存在较为陡峭的学习成本，需要耗费开发人员一定的时间和人力与现有系统集成，甚至需要考虑修改现有代码进行整合。
这些公共库 SDK
一般都是通过特定语言实现，缺乏多语言的支持，在对现有系统整合时有一定的局限性。
公共库 SDK
的管理和维护依然需要耗费开发者的大量精力，并需专门人员来进行管理维护。

1.3 Sidecar 模式

有了上面公共库 SDK
的启发，加上跨语言问题、更新后的发布和维护等问题，人们发现更好的解决方案是把它作为一个代理，服务通过这个透明的代理完成所有流量的控制。

这就是典型的 Sidecar
代理模式，也被翻译为"边车"代理，它作为与其他服务通信的桥梁，为服务提供额外的网络特性，并与服务独立部署，对服务零侵入，更不会受限于服务的开发语言和技术栈，如下图所示。

图 2.1.4：Sidecar模式阶段

以 Sidecar
模式进行通信代理，实现了基础实施层与业务逻辑的完全隔离，在部署、升级时带来了便利，做到了真正的基础设施层与业务逻辑层的彻底解耦。另一方面，Sidecar
可以更加快速地为应用服务提供更灵活的扩展，而不需要应用服务的大量改造。Sidecar
可以实现以下主要功能：

服务注册。帮助服务注册到相应的服务注册中心，并对服务做相关的健康检查。
服务路由。当应用服务调用其它服务时，Sidecar
可以帮助从服务发现中找到相应的服务地址，完成服务路由功能。
服务治理。 Sidecar
可以完全拦截服务进出的流量，并对其进行相应的调用链跟踪、熔断、降级、日志监控等操作，将服务治理功能集中在 Sidecar
中实现。
集中管控。整个微服务架构体系下的所有服务完全可以通过 Sidecar
来进行集中管控，完成对服务的流控、下线等。