面向服务架构--分布式架构与微服务介绍相关概念以及典型解决方案

面向服务架构（SOA）

什么是面向服务架构（SOA）

面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA）又称为面向服务的体系架构

• 是一种思想，一种方法论，一种分布式的服务架构。

  • W3C 的定义：SOA 是一种应用程序架构，在这种架构中，所有功能都定义为独立的服务，这些服务带有定义明确的可调用接口，能够以定义好的顺序调用这些服务来形成业务流程。
    • 接口应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。
  • Service-architecture.com 的定义：SOA 本质上是服务的集合，服务之间彼此通信，这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务协调进行某些活动。
    • 服务是精确定义、封装完善、独立于其他服务所处环境和状态的函数。
    • 服务之间需要某些方法进行连接。
  • Gartner 的定义：SOA 是一种 C/S 架构的软件设计方法，应用由服务和服务使用者组成。
    • SOA 与大多数通用的 C/S 架构模型不同之处，在于它着重强调构件的松散耦合，并使用独立的标准接口。

• SOA模型示例：

• 在 SOA 模型中，所有的功能都定义成了独立的服务，服务之间通过交互和协调完成业务的整体逻辑。

• 所有的服务通过服务总线或流程管理器来连接。

• 这种松散耦合的架构使得各服务在交互过程中无需考虑双方的内部实现细节，以及部署在什么平台上。

• 服务的基本结构：

• 服务模型的表示层从逻辑层分离出来，中间增加了服务对外的接口层。
• 通过服务接口的标准化描述，使得服务可以提供给在任何异构平台和任何用户接口使用。

• 传统的Web（HTML/HTTP）技术有效的解决了人与信息系统的交互和沟通问题，极大的促进了B2C模式的发展。
• WEB服务（XML/SOAP/WSDL）技术则是要有效的解决信息系统之间的交互和沟通问题，促进B2B/EAI/CB2C的发展。
• SOA（面向服务的体系）则是采用面向服务的商业建模技术和WEB服务技术，实现系统之间的松耦合，实现系统之间的整合与协同。 WEB服务和SOA的本质思路在于使得信息系统个体在能够沟通的基础上形成协同工作。

为什么需要SOA

SOA凭借其松耦合的特性，使得企业可以按照模块化的方式来添加新服务或更新现有服务，以解决新的业务需要

SOA的灵活性和业务相关性，使得它成为解决企业业务发展需求与企业IT支持能力之间矛盾的最佳方案。

灵活性: SOA是第一个考虑了企业业务发展长期性的IT架构。从本质上说，SOA是一组松耦合的服务，每一个服务的建立和替换都是相对简单的。

• 在SOA中，可以用一个服务替换另一个服务而无须关心其底层的实现技术，唯一要考虑的就是服务接口。
• SOA还可以充分利用企业现有的IT资源，包括企业已有的应用和数据库。
  • 新系统可以通过将已有应用和数据融入SOA，而不是替换它们，来使其成为企业整体解决方案的一部分。
  • 这种方式最终将使企业的IT架构能够更快速、更有效地适应业务需求的变化。

业务相关性: SOA与其他IT架构的最大区别在于它与业务的关联性。

• 它是以“服务”为基本单元来组织IT资源，其中的每一项服务都可以完成实际业务流程中的一项任务。
  • 例如，可以把一项服务叫做“打印发票”，它可能包含计算收入、查找相应税率、计算应缴税款、打印发票等一系列操作。
  • 这样一来，服务就与业务产生了密切的联系，业务人员也可以参与服务的创建并且用它们定义新的业务流程。

SOA的特性

• SOA要解决的主要问题是：快速构建与应用集成。
• 实施SOA的关键目标是：实现企业IT资产的最大化作用。

• 可重用：一个服务创建后能用于多个应用和业务流程。
• 松耦合：服务请求者到服务提供者的绑定与服务之间应该是松耦合的。
  • 因此，服务请求者不需要知道服务提供者实现的技术细节，例如程序语言、底层平台等等。
• 明确定义的接口：服务交互必须是明确定义的。
• 无状态的服务设计：服务应该是独立的、自包含的请求，在实现时它不需要获取从一个请求到另一个请求的信息或状态。
  • 服务不应该依赖于其他服务的上下文和状态。
  • 当产生依赖时，它们可以定义成通用业务流程、函数和数据模型。
• 基于开放标准：当前SOA的实现形式是Web服务，基于的是公开的W3C及其他公认标准。
  • 采用第一代Web服务定义的SOAP、WSDL和UDDI以及第二代Web服务定义的WS-*来实现SOA。
• 粗粒度：服务数量不会太多，依靠消息交互而不是远程过程调用，通常消息量比较大，但是服务之间的交互频度较低。

SOA实现方法

SOA 只是一种概念和思想，需要借助于具体的技术和方法来实现它。

• 从本质上来看， SOA 是用本地计算模型来实现一个分布式的计算应用，也有人称这种方法为“本地化设计，分布式工作”模型。
• 目前，实现 SOA 的方法也比较多，其中主流方式有 Web Service、企业服务总线和服务注册表。

Web Service

在 Web Service（Web 服务）的解决方案中，一共有三种工作角色，其中服务提供者和服务请求者是必需的，服务注册中心是一个可选的角色。

它们之间的交互和操作构成了 SOA 的一种实现架构：

• 服务提供者：是服务的所有者，该角色负责定义并实现服务。
  • 使用 WSDL 对服务进行详细、准确、规范地描述，并将该描述发布到服务注册中心，供服务请求者查找并绑定使用。
• 服务请求者：是服务的使用者，虽然服务面向的是程序，但程序的最终使用者仍然是用户。
  • 从架构的角度看，服务请求者是查找、绑定并调用服务，或与服务进行交互的应用程序。
  • 服务请求者角色可以由浏览器来担当，由人或程序（例如，另外一个服务）来控制。
• 服务注册中心：是连接服务提供者和服务请求者的纽带，服务提供者在此发布他们的服务描述，而服务请求者在服务注册中心查找他们需要的服务。
  • 不过，在某些情况下，服务注册中心是整个模型中的可选角色。例如，如果使用静态绑定的服务，服务提供者则可以把描述直接发送给服务请求者。

Web Service 模型中的操作包括发布、查找和绑定，这些操作可以单次或反复出现。

• 发布：为了使用户能够访问服务，服务提供者需要发布服务描述，以便服务请求者可以查找它。
• 查找：在查找操作中，服务请求者直接检索服务描述或在服务注册中心查询所要求的服务类型。
  • 对服务请求者而言，可能会在生命周期的两个不同阶段中涉及查找操作：
    • 首先是在设计阶段，为了程序开发而查找服务的接口描述；
    • 其次是在运行阶段，为了调用而查找服务的位置描述。
• 绑定：在绑定操作中，服务请求者使用服务描述中的绑定细节来定位、联系并调用服务，从而在运行时与服务进行交互。
  • 绑定可以分为动态绑定和静态绑定。
    • 在动态绑定中，服务请求者通过服务注册中心查找服务描述，并动态地与服务交互；
    • 在静态绑定中，服务请求者已经与服务提供者达成默契，通过本地文件或其他方式直接与服务进行绑定

服务注册表

服务注册表（service registry）虽然也具有运行时的功能，但主要在 SOA设计时使用。

它提供一个策略执行点（Policy Enforcement Point，PEP），在这个点上，服务可以在 SOA 中注册，从而可以被发现和使用。

• 服务注册：是指服务提供者向服务注册表发布服务的功能（服务合约），包括服务身份、位置、方法、绑定、配置、方案和策略等描述性属性。
• 服务位置：是指服务使用者，帮助它们查询已注册的服务，寻找符合自身要求的服务。
• 服务绑定：服务使用者利用查找到的服务合约来开发代码，开发的代码将与注册的服务进行绑定，调用注册的服务，以及与它们实现互动。

企业服务总线（ESB）

ESB 是由中间件技术实现并支持 SOA的一组基础架构，是传统中间件技术与 XML、 Web Service 等技术结合的产物，是在整个企业集成架构下的面向服务的企业应用集成机制。

ESB 提供了一种基础设施，消除了服务请求者与服务提供者之间的直接连接，使得服务请求者与服务提供者之间进一步解耦。 在企业应用集成方面，与现存的、专有的集成解决方案相比，ESB 具有以下优势：

• 扩展的、基于标准的连接：使得在系统内部和整个价值链中可以容易地进行异步或同步数据交换。
  • ESB 通过使用 XML、SOAP 和其他标准，提供了更强大的系统连接性。
• 灵活的、服务导向的应用组合：基于 SOA，ESB 使复杂的分布式系统（包括跨多个应用、系统和防火墙的集成方案）能够由以前开发测试过的服务组合而成，使系统具有高度可扩展性。
• 减少市场反应时间，提高生产率：ESB 通过构件和服务复用，按照 SOA 的思想简化应用组合，基于标准的通信、转换和连接来实现这些优点。

SOA关键技术

与 SOA 紧密相关的技术主要有 UDDI、WSDL、SOAP和 REST 等，而这些技术都是以 XML 为基础而发展起来的。

• UDDL

UDDI（Universal DescriptionDiscovery and Integration，统一描述、发现和集成）提供了一种服务发布、查找和定位的方法。

• UDDI 规范描述了服务的概念，同时也定义了一种编程接口。

• 通过 UDDI 提供的标准接口，企业可以发布自己的服务供其他企业查询和调用，也可以查询特定服务的描述信息，并动态绑定到该服务上。

• 在 UDDI 技术规范中，主要包含以下三个部分的内容：

  • 数据模型：UDDI 数据模型是一个用于描述业务组织和服务的 XML Schema。
  • API：UDDI API 是一组用于查找或发布 UDDI 数据的方法，UDDI API 基于 SOAP。
  • 注册服务：UDDI 注册服务是 SOA 中的一种基础设施，对应着服务注册中心的角色。

• WSDL

WSDL（Web ServiceDescription Language，Web 服务描述语言）是对服务进行描述的语言，它有一套基于 XML 的语法定义。

• WSDL 描述的重点是服务，它包含服务实现定义和服务接口定义：

• SOAP

SOAP（Simple ObjectAccess Protocol，简单对象访问协议）定义了服务请求者和服务提供者之间的消息传输规范。

• SOAP 用 XML 来格式化消息，用 HTTP 来承载消息。

• 通过 SOAP，应用程序可以在网络中进行数据交换和远程过程调用（Remote Procedure Call， RPC）。

• SOAP 主要包括以下四个部分：

  • 封装：定义了一个整体框架，用来表示消息中包含什么内容，谁来处理这些内容，以及这些内容是可选的还是必需的。
  • 编码规则：定义了一种序列化的机制，用于交换系统所定义的数据类型的实例。
  • RPC 表示：定义了一个用来表示远程过程调用和应答的协议。
  • 绑定：定义了一个使用底层传输协议来完成在节点之间交换 SOAP 封装的约定。

• REST

REST（RepresentationalState Transfer，表述性状态转移）是一种只使用 HTTP 和 XML 进行基于 Web 通信的技术，可以降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性。

REST 从根本上来说只支持几个操作（POST、GET、PUT 和 DELETE），这些操作适用于所有的消息。

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