【Spring Cloud 微服务】——第一章微服务入门与服务拆分

本文介绍了微服务架构的核心概念、拆分原则及实践方法。首先对比了单体架构与微服务架构的优缺点，指出微服务通过拆分功能模块为独立服务，解决了团队协作、发布效率和系统可用性问题。文章详细讲解了微服务的拆分时机（初创项目先单体后拆分，大型项目直接采用）和拆分原则（高内聚、低耦合），并以电商系统为例演示了商品和购物车服务的拆分过程。最后通过RestTemplate实现服务间HTTP调用，展示了微服务间通信的基本方式。文章还预告了后续将介绍服务注册发现和OpenFeign远程调用技术。

前言

在互联网时代，越来越多的一线互联网公司都在使用微服务技术。

那么：

到底什么是微服务？
企业该不该引入微服务？
微服务技术该如何在企业落地？

本篇文章带你揭开微服务的神秘面纱。

1. 认识微服务

1.1. 单体架构

单体架构（Monolithic Structure）：顾名思义，整个项目中所有功能模块都在一个工程中开发；项目部署时需要对所有模块一起编译、打包；项目的架构设计、开发模式都非常简单。

当项目规模较小时，这种模式上手快，部署、运维也都很方便，因此早期很多小型项目都采用这种模式。

但随着项目的业务规模越来越大，团队开发人员也不断增加，单体架构就呈现出越来越多的问题：

团队协作成本高：所有模块都在一个项目中，不同模块的代码之间物理边界越来越模糊。最终要把功能合并到一个分支，开发人员会陷入到解决冲突的泥潭之中。
系统发布效率低：任何模块变更都需要发布整个系统，往往一次发布需要数十分钟甚至数小时。
系统可用性差：单体架构各个功能模块相互之间会互相影响，热点功能会耗尽系统资源，导致其它服务低可用。

例如，当系统中某个接口是并发较高的热点接口时，该接口耗尽服务端资源，最终会导致其它本来正常的接口被拖慢，甚至因超时而无法访问。

可见，单体架构的扩展性较差，功能之间相互影响比较大。

1.2. 微服务

微服务架构，首先是服务化，就是将单体架构中的功能模块从单体应用中拆分出来，独立部署为多个服务。同时要满足下面的一些特点：

单一职责：一个微服务负责一部分业务功能，并且其核心数据不依赖于其它模块。
团队自治：每个微服务都有自己独立的开发、测试、发布、运维人员，团队人员规模不超过10人。
服务自治：每个微服务都独立打包部署，访问自己独立的数据库。并且要做好服务隔离，避免对其它微服务产生影响。

例如，一个电商项目，我们可以把商品、用户、购物车、交易等模块拆分，交给不同的团队去开发，并独立部署。

那么，单体架构存在的问题有没有解决呢？

团队协作成本高？
- 由于服务拆分，每个服务代码量大大减少，协作成本大大降低
系统发布效率低？
- 每个服务都是独立部署，当有某个服务有代码变更时，只需要打包部署该服务即可
系统可用性差？
- 每个服务独立部署，并且做好服务隔离，使用自己的服务器资源，不会影响到其它服务。

微服务架构解决了单体架构存在的问题，特别适合大型互联网项目的开发，因此被各大互联网公司普遍采用。分布式就是服务拆分的过程，微服务架构是分布式架构的一种最佳实践方案。

当然，微服务架构虽然能解决单体架构的各种问题，但在拆分的过程中，还会面临很多其它问题：

如果出现跨服务的业务该如何处理？
页面请求到底该访问哪个服务？
如何实现各个服务之间的服务隔离？

这些问题，我们在后续的学习中会给大家逐一解答。

1.3. Spring Cloud

微服务拆分以后碰到的各种问题都有对应的解决方案和微服务组件，而 Spring Cloud 框架可以说是目前 Java 领域最全面的微服务组件的集合了。

而且 Spring Cloud 依托于 Spring Boot 的自动装配能力，大大降低了其项目搭建、组件使用的成本。

官网地址：Spring Cloud

Spring Cloud 版本对应关系：

Spring Cloud 版本	Spring Boot 版本
2022.0.x (Kilburn)	3.0.x
2021.0.x (Jubilee)	2.6.x, 2.7.x
2020.0.x (Ilford)	2.4.x, 2.5.x
Hoxton	2.2.x, 2.3.x
Greenwich	2.1.x
Finchley	2.0.x

推荐使用次新版本：Spring Cloud 2021.0.x 以及 Spring Boot 2.7.x 版本。

另外，Alibaba 的微服务产品 Spring Cloud Alibaba 目前也成为了 Spring Cloud 组件中的一员。

2. 微服务拆分

2.1. 服务拆分原则

服务拆分一定要考虑几个问题：

什么时候拆？
如何拆？

2.1.1. 什么时候拆

一般情况下，对于一个初创的项目，首先要做的是验证项目的可行性。因此这一阶段的首要任务是敏捷开发，快速产出生产可用的产品，投入市场做验证。

所以，对于大多数小型项目来说，一般是先采用单体架构，随着用户规模扩大、业务复杂后再逐渐拆分为微服务架构。这样初期成本会比较低，可以快速试错。

而对于一些大型项目，在立项之初目的就很明确，为了长远考虑，在架构设计时就直接选择微服务架构。

2.1.2. 怎么拆

微服务拆分时粒度要小，具体可以从两个角度来分析：

高内聚：每个微服务的职责要尽量单一，包含的业务相互关联度高、完整度高。
低耦合：每个微服务的功能要相对独立，尽量减少对其它微服务的依赖，或者依赖接口的稳定性要强。

明确了拆分目标，接下来就是拆分方式了。我们在做服务拆分时一般有两种方式：

纵向拆分：按照项目的功能模块来拆分。例如用户管理功能、订单管理功能、购物车功能、商品管理功能、支付功能等。这种拆分模式可以尽可能提高服务的内聚性。
横向拆分：看各个功能模块之间有没有公共的业务部分，如果有将其抽取出来作为通用服务。例如消息发送、风控数据记录就是通用的业务功能，可以抽取为公共服务。

按照纵向拆分，可以分为以下几个微服务：

用户服务
商品服务
订单服务
购物车服务
支付服务

2.2. 拆分购物车、商品服务

接下来，我们先把商品管理功能、购物车功能抽取为两个独立服务。

一般微服务项目有两种不同的工程结构：

完全解耦：每一个微服务都创建为一个独立的工程，甚至可以使用不同的开发语言来开发，项目完全解耦。
- 优点：服务之间耦合度低
- 缺点：每个项目都有自己的独立仓库，管理起来比较麻烦
Maven 聚合：整个项目为一个 Project，然后每个微服务是其中的一个 Module
- 优点：项目代码集中，管理和运维方便
- 缺点：服务之间耦合，编译时间较长

2.2.1. 创建商品服务

创建 Maven 模块 item-service后

引入依赖：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <artifactId>demo-parent</artifactId>
        <groupId>com.example</groupId>
        <version>1.0.0</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>item-service</artifactId>

    <properties>
        <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <!--common-->
        <dependency>
            <groupId>com.example</groupId>
            <artifactId>common</artifactId>
            <version>1.0.0</version>
        </dependency>
        <!--web-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <!--数据库-->
        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
        </dependency>
        <!--mybatis-->
        <dependency>
            <groupId>com.baomidou</groupId>
            <artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId>
        </dependency>
        <!--单元测试-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <finalName>${project.artifactId}</finalName>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

启动类：

package com.example.item;

import org.mybatis.spring.annotation.MapperScan;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@MapperScan("com.example.item.mapper")
@SpringBootApplication
public class ItemApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ItemApplication.class, args);
    }
}

配置文件 application.yaml：

server:
  port: 8081
spring:
  application:
    name: item-service
  profiles:
    active: dev
  datasource:
    url: jdbc:mysql://${db.host}:3306/hm-item?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&autoReconnect=true&serverTimezone=Asia/Shanghai
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    username: root
    password: ${db.pw}
mybatis-plus:
  configuration:
    default-enum-type-handler: com.baomidou.mybatisplus.core.handlers.MybatisEnumTypeHandler
  global-config:
    db-config:
      update-strategy: not_null
      id-type: auto
logging:
  level:
    com.example: debug
  pattern:
    dateformat: HH:mm:ss:SSS
  file:
    path: "logs/${spring.application.name}"
knife4j:
  enable: true
  openapi:
    title: 商品服务接口文档
    description: "商品服务接口文档"
    email: dev@example.com
    concat: 开发者
    url: https://www.example.com
    version: v1.0.0
    group:
      default:
        group-name: default
        api-rule: package
        api-rule-resources:
          - com.example.item.controller

2.2.2. 创建购物车服务

创建 Maven 模块 cart-service：

启动类：

package com.example.cart;

import org.mybatis.spring.annotation.MapperScan;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@MapperScan("com.example.cart.mapper")
@SpringBootApplication
public class CartApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(CartApplication.class, args);
    }
}

配置文件 application.yaml：

server:
  port: 8082
spring:
  application:
    name: cart-service
  profiles:
    active: dev
  datasource:
    url: jdbc:mysql://${db.host}:3306/hm-cart?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&autoReconnect=true&serverTimezone=Asia/Shanghai
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    username: root
    password: ${db.pw}
mybatis-plus:
  configuration:
    default-enum-type-handler: com.baomidou.mybatisplus.core.handlers.MybatisEnumTypeHandler
  global-config:
    db-config:
      update-strategy: not_null
      id-type: auto
logging:
  level:
    com.example: debug
  pattern:
    dateformat: HH:mm:ss:SSS
  file:
    path: "logs/${spring.application.name}"
knife4j:
  enable: true
  openapi:
    title: 购物车服务接口文档
    description: "购物车服务接口文档"
    email: dev@example.com
    concat: 开发者
    url: https://www.example.com
    version: v1.0.0
    group:
      default:
        group-name: default
        api-rule: package
        api-rule-resources:
          - com.example.cart.controller

2.3. 服务调用

在拆分的时候，我们发现一个问题：购物车业务中需要查询商品信息，但商品信息查询的逻辑全部迁移到了 item-service 服务，导致无法查询。

因此，现在查询购物车列表的流程变成了这样：

那么问题来了：我们该如何在 cart-service 中实现对 item-service 服务的查询呢？

答案是通过 HTTP 请求的方式来完成的，不仅仅可以实现远程查询，还可以实现新增、删除等各种远程请求。

2.3.1. RestTemplate

Spring 给我们提供了一个 RestTemplate 的 API，可以方便的实现 Http 请求的发送。

package com.example.cart.config;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

@Configuration
public class RemoteCallConfig {

    @Bean
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }
}

2.3.2. 远程调用

修改 CartServiceImpl 的 handleCartItems 方法：

private void handleCartItems(List<CartVO> vos) {
    // 1.获取商品id
    Set<Long> itemIds = vos.stream().map(CartVO::getItemId).collect(Collectors.toSet());
    // 2.查询商品
    // 2.1.利用RestTemplate发起http请求
    ResponseEntity<List<ItemDTO>> response = restTemplate.exchange(
            "http://localhost:8081/items?ids={ids}",
            HttpMethod.GET,
            null,
            new ParameterizedTypeReference<List<ItemDTO>>() {
            },
            Map.of("ids", CollUtil.join(itemIds, ","))
    );
    // 2.2.解析响应
    if(!response.getStatusCode().is2xxSuccessful()){
        return;
    }
    List<ItemDTO> items = response.getBody();
    if (CollUtils.isEmpty(items)) {
        return;
    }
    // 3.转为 id 到 item的map
    Map<Long, ItemDTO> itemMap = items.stream().collect(Collectors.toMap(ItemDTO::getId, Function.identity()));
    // 4.写入vo
    for (CartVO v : vos) {
        ItemDTO item = itemMap.get(v.getItemId());
        if (item == null) {
            continue;
        }
        v.setNewPrice(item.getPrice());
        v.setStatus(item.getStatus());
        v.setStock(item.getStock());
    }
}

其中 item-service 提供查询接口，cart-service 利用 Http 请求调用该接口。因此 item-service 可以称为服务的提供者，而 cart-service 则称为服务的消费者或服务调用者。

2.4. 总结

什么时候需要拆分微服务？

如果是创业型公司，最好先用单体架构快速迭代开发，验证市场运作模型，快速试错。当业务规模扩大、人员规模增加后，再考虑拆分微服务。
如果是大型企业，有充足的资源，可以在项目开始之初就搭建微服务架构。

如何拆分？

首先要做到高内聚、低耦合
从拆分方式来说，有横向拆分和纵向拆分两种。纵向就是按照业务功能模块，横向则是拆分通用性业务，提高复用性

服务拆分之后，不可避免的会出现跨微服务的业务，此时微服务之间就需要进行远程调用。微服务之间的远程调用被称为 RPC（Remote Procedure Call）。

Java 发送 http 请求可以使用 Spring 提供的 RestTemplate：

注册 RestTemplate 到 Spring 容器
调用 RestTemplate 的 API 发送请求
- getForObject：发送 Get 请求并返回指定类型对象
- PostForObject：发送 Post 请求并返回指定类型对象
- put：发送 PUT 请求
- delete：发送 Delete 请求
- exchange：发送任意类型请求，返回 ResponseEntity

下一篇将介绍：服务注册与发现（Nacos）和远程调用（OpenFeign）

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