技术速递 | 分布式政企应用如何快速实现云原生的微服务架构改造
作者：杨奕 华为云技术规划专家
在以往的文章《云原生微服务治理技术朝无代理架构的演进之路》中，我们介绍了几种微服务架构模式，如下图所示。
注：图片来源https://twitter.com/bibryam/status/1026429379587567616
今天主要是介绍，第一种soa/esb架构，在java语言场景下，如何朝第三种 云原生servicemesh架构的演进的问题。
soa/esb架构简介和问题概览
首先我们来看看 soa/esb 架构模式 在目前公有云上的典型参考架构。
如下图所示，以华为云为例，以该模式部署应用时，其使用到的典型云服务为 弹性负载均衡 (elb) + 弹性伸缩(as，包含ecs)。在这种场景下：
· 需要发起调用的客户端程序，通过配置好的域名或地址，直接调用到elb上，通过elb去调用到后端的ecs服务器。
· elb上需要配置后端服务器的多个ip地址。当然，一般这类操作可以简化为添加某类弹性伸缩组。这样，当ecs发生弹性伸缩时管理员无需处理elb配置，elb即可自动刷新ecs的ip列表的变化。
(配置操作可参见：https://support.huaweicloud.com/usermanual-as/as_01_0102.html)
值得注意的是，以上的模式可能存在几种变种。
·对于elb，可能会采用api网关替代，或者用户自建的kong, apisix,envoy等，具体取决各个企业的自身业务场景。例如，某些互联网公司倾向于采用企业自建的kong，其主要原因是除了基本的服务发现和负载均衡能力以外，网关还需要处理面向内部跨域调用的一些鉴权情况处理。
·对于弹性伸缩，可能也会直接采用kubernetes的deployment + horizontalpodautoscaler替代。这当然取决于企业内部的基础架构采用情况，看是更倾向于使用虚拟机架构还是容器架构。
以上架构虽然在隔离性、安全性上存在一定优点，但是短板也非常明显。
· 性能和资源开销。这个比较好理解，相对微服务架构，soa/esb架构上网络增加了额外一跳，而且elb的引入也会导致资源的额外消耗增多。
· 运维成本。毕竟额外引入了一个elb的组件，因此在微服务之间调用时，瓶颈在哪里，elb是否需要扩缩容，都是问题。
微服务和云原生架构改造方法和问题
对于如何改造 soa/esb 架构，朝微服务架构或云原生架构演进，业界也有很多方法。主要是以下两类。
· 通过修改代码，将应用改造为微服务架构。例如直接在代码中引入比如springcloud的服务注册发现和负载均衡等组件。当然，这种改造往往也并不简单，主要取决于现有应用已采用的开发框架等。比如应用本身没有采用spring来进行开发，那么直接采用springcloud可能会为应用带来海量的改造成本。
· 采用istio方案，通过有限改造应用，将架构升级为servicemesh架构。之所以该方案说是有限改造，而不是无改造，也是因为在服务调用方式上，istio方案对应用并不是完全无限制。其至少需要在客户端将调用的http调用地址改造成为k8s原生的服务地址，调用的服务治理才能被envoy有效接管。当然，改造完毕后，用户在接下来在面向边车的性能衰减，更复杂的调用运维问题上，恐怕一个也不会少。
综上所述，两种方案都存在比较明显的短板。接下来分析下采用sermant方式进行架构改造，如何弥补上述两种方案的短板。
sermant对soa/esb架构升级的思路
采用sermant (https://sermant.io/zh/) 对soa/esb架构升级，本质上的最后的架构终态是service-mesh。但是因为采用的方法稍有不同，从而导致方案在性能和运维问题上都不存在短板。主要是以下两点：
· 首先，sermant采用java agent来动态注入增强的服务逻辑治理，因此应用侧理论可以做到完全不用改代码。
· 其次，由于sermant的核心逻辑是以aop (面向切面编程) 方式，java agent和业务属于同一进程，因此在性能方面不存在sidecar形态的特别大的损耗。
sermant方案架构如下图所示。
在核心技术点上，sermant改造方案的功能主要有以下几个方面：
· 内置的服务注册发现机制。(上图中的第一点和第三点)
-插件本身会带服务注册功能，在provider应用启动的时候自动到注册中心进行服务注册。
- 在consumer应用进行url服务调用的时候，通过微服务服务发现+负载均衡机制替代原先的服务直调。
· 域名到服务名(有时也称应用名)的转换。(上图中的第二点)
- 服务发现时，由于原先的调用采用url直调，并不包含应用信息。这就需要一个调用关系到应用名的映射。对于这块内容，未来我们计划做成了一个动态配置，存储到配置中心里。这样当有应用需要发起调用时，sermant直接将url转换成应用名，就可以在注册中心获取响应的应用ip列表。
- 通过url获取provider应用名后，由于在改造过程中，不用provider应用并不是同批次发布携带sermant java agent，因此还需要有个白名单机制，来配合灰度发布。
· 增强的客户端侧负载均衡、重试、隔离、降级机制。(上图中的第四点)
- 通过url获取provider应用名后，由于在改造过程中，不用provider应用并不是同批次发布携带sermant java agent，因此还需要有个白名单机制，来配合灰度发布。
- 此外，对于一些必要的东西向流量的治理能力，如服务间的3a认证等，也需要进一步在sermant端补齐。
以上便是sermant改造方案的主要功能点。另外，在实操中如何针对现有环境进行升级还是需要一定方法，避免对现有环境进行太大冲击。以下详细叙述。
采用sermant
对soa/esb架构升级的方案实操
应用改造在具体局点上不可能一蹴而就，因此在具体上实施上肯定是一个慢慢灰度的过程。以kubernetes容器场景为例，介绍下在上百个微服务应用上千实例的情况下，如何采用sermant对soa/esb基于灰度进行安全可控的云原生架构升级。
以下为准备工作：
准备步骤一：
自身应用是否支持。当前sermant支持的微服务升级的java框架可以在该文档中查询。如未支持，可以考虑给社区提issue解决。
⇢参考链接:
https://sermant.io/zh/document/plugin/springboot-registry.html#%e8%af%a6%e7%bb%86%e6%b2%bb%e7%90%86%e8%a7%84%e5%88%99
准备步骤二：
在kubernetes中安装injector，方便以非侵入方式让java应用自动挂载sermant java agent.
（本步骤可选。如跳过，则需要手动改变应用部署脚本加载sermant java agent。）
⇢参考链接：
https://sermant.io/zh/document/user-guide/injector.html
以下介绍详细实施过程。假设初始架构如下。一共三个app，其中app1通过elb连接到app2和app3。为简化表述，图中为应用均为单实例，实际生产中的实例可能会有多个。
接下来，在kubernetes中对新版本的app1, app2进行发布(图中为v2版本)，并在发布时携带sermant java agent，以及激活springboot注册插件。但是此时可以先不配置provider白名单规则，因此发布后，应用流量应该还是走elb，未发生任何变化。
接着在配置中心，将app2加入到白名单中。此时，对识别到app2的应用，挂有sermant java agent的app1实例 (图中的v2实例) 会对app2的实例以负载均衡方式直接发起调用。与此同时，app1访问app3的流量没有变化。
验证成功后，删除app1、 app2的v1版本，app1到app2的流量通过注册中心的注册发现，完全实现直连。同时，app1访问app3的流量维持不变。
至此，使用sermant对app1、app2的云原生架构升级结束。后续其他app应用，可以按照类似方案，进行灰度升级，直至所有应用全部挂载上sermant，完成微服务直连改造。
结束语
sermant 作为专注于服务治理领域的字节码增强框架，致力于提供高性能、可扩展、易接入、功能丰富的服务治理体验，并会在每个版本中做好性能、功能、体验的看护，广泛欢迎大家的加入。
当前sermant已在华为云云服务cse中被集成，用户可以在华为云的cse云服务中使用相关功能。(点击文末“阅读原文”跳转，了解更多相关功能）
戳“阅读原文”，了解更多！
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如下图所示，以华为云为例，以该模式部署应用时，其使用到的典型云服务为 弹性负载均衡 (elb) + 弹性伸缩(as，包含ecs)。在这种场景下：
· 需要发起调用的客户端程序，通过配置好的域名或地址，直接调用到elb上，通过elb去调用到后端的ecs服务器。
· elb上需要配置后端服务器的多个ip地址。当然，一般这类操作可以简化为添加某类弹性伸缩组。这样，当ecs发生弹性伸缩时管理员无需处理elb配置，elb即可自动刷新ecs的ip列表的变化。
(配置操作可参见：https://support.huaweicloud.com/usermanual-as/as_01_0102.html)
值得注意的是，以上的模式可能存在几种变种。
·对于elb，可能会采用api网关替代，或者用户自建的kong, apisix,envoy等，具体取决各个企业的自身业务场景。例如，某些互联网公司倾向于采用企业自建的kong，其主要原因是除了基本的服务发现和负载均衡能力以外，网关还需要处理面向内部跨域调用的一些鉴权情况处理。
·对于弹性伸缩，可能也会直接采用kubernetes的deployment + horizontalpodautoscaler替代。这当然取决于企业内部的基础架构采用情况，看是更倾向于使用虚拟机架构还是容器架构。
以上架构虽然在隔离性、安全性上存在一定优点，但是短板也非常明显。
· 性能和资源开销。这个比较好理解，相对微服务架构，soa/esb架构上网络增加了额外一跳，而且elb的引入也会导致资源的额外消耗增多。
· 运维成本。毕竟额外引入了一个elb的组件，因此在微服务之间调用时，瓶颈在哪里，elb是否需要扩缩容，都是问题。
微服务和云原生架构改造方法和问题
对于如何改造 soa/esb 架构，朝微服务架构或云原生架构演进，业界也有很多方法。主要是以下两类。
· 通过修改代码，将应用改造为微服务架构。例如直接在代码中引入比如springcloud的服务注册发现和负载均衡等组件。当然，这种改造往往也并不简单，主要取决于现有应用已采用的开发框架等。比如应用本身没有采用spring来进行开发，那么直接采用springcloud可能会为应用带来海量的改造成本。
· 采用istio方案，通过有限改造应用，将架构升级为servicemesh架构。之所以该方案说是有限改造，而不是无改造，也是因为在服务调用方式上，istio方案对应用并不是完全无限制。其至少需要在客户端将调用的http调用地址改造成为k8s原生的服务地址，调用的服务治理才能被envoy有效接管。当然，改造完毕后，用户在接下来在面向边车的性能衰减，更复杂的调用运维问题上，恐怕一个也不会少。
综上所述，两种方案都存在比较明显的短板。接下来分析下采用sermant方式进行架构改造，如何弥补上述两种方案的短板。
sermant对soa/esb架构升级的思路
采用sermant (https://sermant.io/zh/) 对soa/esb架构升级，本质上的最后的架构终态是service-mesh。但是因为采用的方法稍有不同，从而导致方案在性能和运维问题上都不存在短板。主要是以下两点：
· 首先，sermant采用java agent来动态注入增强的服务逻辑治理，因此应用侧理论可以做到完全不用改代码。
· 其次，由于sermant的核心逻辑是以aop (面向切面编程) 方式，java agent和业务属于同一进程，因此在性能方面不存在sidecar形态的特别大的损耗。
sermant方案架构如下图所示。
在核心技术点上，sermant改造方案的功能主要有以下几个方面：
· 内置的服务注册发现机制。(上图中的第一点和第三点)
-插件本身会带服务注册功能，在provider应用启动的时候自动到注册中心进行服务注册。
- 在consumer应用进行url服务调用的时候，通过微服务服务发现+负载均衡机制替代原先的服务直调。
· 域名到服务名(有时也称应用名)的转换。(上图中的第二点)
- 服务发现时，由于原先的调用采用url直调，并不包含应用信息。这就需要一个调用关系到应用名的映射。对于这块内容，未来我们计划做成了一个动态配置，存储到配置中心里。这样当有应用需要发起调用时，sermant直接将url转换成应用名，就可以在注册中心获取响应的应用ip列表。
- 通过url获取provider应用名后，由于在改造过程中，不用provider应用并不是同批次发布携带sermant java agent，因此还需要有个白名单机制，来配合灰度发布。
· 增强的客户端侧负载均衡、重试、隔离、降级机制。(上图中的第四点)
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- 此外，对于一些必要的东西向流量的治理能力，如服务间的3a认证等，也需要进一步在sermant端补齐。
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接着在配置中心，将app2加入到白名单中。此时，对识别到app2的应用，挂有sermant java agent的app1实例 (图中的v2实例) 会对app2的实例以负载均衡方式直接发起调用。与此同时，app1访问app3的流量没有变化。
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