27、微服务架构助力遗留应用现代化：全面解析与实践指南

微服务架构助力遗留应用现代化：全面解析与实践指南

1. 服务提取

在现代化的初始阶段，我们会得到一系列拥有各自数据存储设施的微服务。这些微服务本质上具有模块化和互操作性，能够通过 API 相互交互。广泛推荐的设计方法是为不同领域设计和开发微服务，其中常用的是领域驱动设计（DDD）。

以电子商务应用为例，其领域包括购物车、支付、运输、通知、信用验证和分析等。每个领域都被视为一项业务功能，并实现为一个微服务。一个微服务中可以有多种方法，并且存在微服务内部以及微服务之间的通信与协作。

同一领域内的微服务通常需要频繁交互，有时为了完成不同的业务流程和活动，一个领域的微服务还需要与其他领域的微服务进行连接和通信。因此，电子商务应用往往包含多个领域和数百个微服务。随着容器成为以容错方式托管和运行微服务的最佳选择，可能会有数千个容器来运行以微服务为中心的应用程序。

2. 服务组合

第二阶段是进行服务组合，主要有编排和协调两种方法。以下是一个简单的 mermaid 流程图，展示了在建立连接和完成数据处理时，集中式代理/集线器/总线的作用：

graph LR
    A[数据源] --> B(集中式代理/集线器/总线)
    B --> C[微服务 1]
    B --> D[微服务 2]
    C --> E[处理结果 1]
    D --> F[处理结果 2]
    E --> G[最终结果]
    F --> G

3. 服务迁移

第三阶段是将微服务迁移到云环境（私有云、公共云或混合云）。全球有多个公共云环境，它们提供了诸多好处，如成本效益、可扩展性、可用性和安全性等。微服务能够适应业务需求、终端用户期望和技术进步带来的各种变化，其规模和简单性，加上频繁的变更，使其成为企业 IT 满足各种功能和非功能需求的理想工具，还能实现从单体应用到微服务应用的平稳过渡。

然而，并非所有应用都适合现代化和迁移到云环境。应用需要不断接受各种调查，以确保其价值和有效性。应用合理化、优化和现代化对于应用对管理员和用户保持持续的相关性至关重要。随着高度优化和组织化的 IT 基础设施的出现，应用需要能够在新环境中运行，并保证所有性能要求。有些应用需要精心重构才能迁移到云端，专家们提出了一系列遗留应用现代化和迁移的最佳实践。

4. 以容器为中心的遗留应用现代化

遗留应用可以直接进行容器化，以作为现代化应用部署到云环境中。另一种主要方法是将遗留应用细分为多个组件，每个组件对应一项业务功能，然后将这些业务功能转换为微服务。因此，有以微服务为中心和以容器为中心的方法来实现遗留应用的现代化和迁移到云环境。

具体步骤如下：
1. 拆分单体应用 ：将单体应用拆分为一组可区分的组件，这些组件应具有高度的模块化（松耦合和高内聚），以便轻松实现服务化和容器化。容器化后的镜像存储在公共可用的镜像仓库中。这些组件通常是三层应用中的典型中间层组件。
2. 构建数据访问服务 ：开发数据服务并将其暴露出来，使任何应用都能使用这些服务获取正确的数据来完成业务任务。这样可以将业务逻辑和数据逻辑分离，避免依赖引发的问题。这是三层应用中的数据逻辑层。
3. 测试 ：对于企业级应用，可能有多个微服务及其实例，并且会有大量的容器作为服务运行时。每个微服务可以在多个容器中运行以支持冗余，通过多个容器运行单个微服务可以实现高可用性。但测试这种复杂的环境是一项挑战，因为微服务需要单独测试，还需要进行集体测试。目前已经出现了一些自动化测试工具，专家们也在探索各种测试分布式微服务的方法。

5. 重构与重写

微服务架构的强大兴起促使企业进行遗留应用现代化。常用的策略是“分而治之”，通过功能分割等方法将遗留应用划分为多个较小的部分，进而提取出多个应用服务。

由于应用组件和微服务在结构上存在很大差异，因此需要采用重构或重写的方法来缩小它们之间的差距。将遗留软件重构为一组微服务，并使它们能够按需相互通信，被认为是实现现代化的可靠方法之一。随着微服务架构风格的成熟和容器化平台的稳定，将大规模应用重构为细粒度、设计良好的微服务变得越来越重要。

6. 现代化技术术语

遗留应用现代化可以通过多种方式实现：
- 重构 ：通常指重新组织应用的源代码，以使其更清晰并满足新的需求（业务、技术和用户方面）。例如，代码可能缺乏模块化、存在大量重复代码，或者与新收购公司的软件集成带来了复杂性等。
- 重新架构和重新设计 ：使用新技术（如中间件解决方案、数据库系统、执行平台、可视化工具包和软件基础设施解决方案）对应用进行重新架构，以提高应用的性能、可扩展性、安全性、可用性、弹性和可持续性。
- 重新平台化 ：将遗留应用部署到新的平台和基础设施上，以获得这些平台和基础设施的优势。
- 重写 ：使用现代编程语言重写应用源代码，以体验新语言的独特优势。例如，Ballerina 被认为是编写微服务的优秀语言，它简化了服务、数据和应用的集成。

在进行现代化时，有以下最佳实践：
1. 验证重构技术 ：先从遗留应用中选择一个易于处理的应用组件，进行重构或重写，选择最接近最终实现的版本。
2. 使用存根机制 ：无需对遗留应用的其他组件进行重构或重写，使用存根机制检查重构或重写后的组件是否与旧行为一致，确保现有应用组件与新服务之间的无缝连接。
3. 存储微服务 ：将准备好的微服务存储到一个或多个软件仓库（公共和/或私有）中，以便软件开发人员和测试人员访问和使用，同时有助于源代码版本控制。
4. 采用持续集成 ：利用持续集成（CI）解决方案来集成、构建和测试软件服务，结合企业 DevOps 概念，实现业务应用的持续集成、交付和部署。
5. 选择合适的组件 ：根据提取的难易程度、路线图和可能的风险等因素，选择适合进行重构或重写的应用组件。
6. 数据虚拟化 ：使用数据虚拟化技术，创建和使用适当的代理将不同数据库的数据转换为标准化格式，以便新创建的微服务能够顺利连接和处理数据。

7. 通过微服务实现遗留应用现代化

微服务架构（MSA）在遗留应用现代化方面具有诸多优势，与单体应用相比，微服务采用分布式架构，更符合当前 IT 行业对分布式计算的需求。

以下是单体应用和微服务应用的对比表格：
| 对比项 | 单体应用 | 微服务应用 |
| ---- | ---- | ---- |
| 架构 | 高度集中式 | 分布式 |
| 可扩展性 | 较难实现动态、水平和实时扩展 | 容器化微服务可实现快速扩展 |
| 耦合性 | 组件紧密耦合，一个部分的变更可能影响整个应用 | 微服务解耦，可独立设计、开发和部署 |
| 测试 | 可基于单一代码库进行简单测试 | 每个微服务需单独测试，还需集体测试 |

微服务能够实现不同的业务功能，例如电子商务应用中的各个模块都可以实现为独立的微服务。对于负载频繁变化的应用，容器化微服务能够提供所需的动态、水平和实时可扩展性。此外，微服务通过各种中间件产品进行集成，其解耦特性使得更新和升级微服务不会影响其他组件。

8. 微服务的特点

• 技术无关性 ：微服务不受特定技术的限制，符合多语言架构模式，可以使用任何编程语言进行编码。
• 丰富的开发框架 ：有多个微服务开发框架，可实现快速开发和安装。
• 支持多种协议 ：支持多种最新的通信和数据传输协议，服务适配器生态系统不断发展，便于与不同的应用服务集成。
• 正式的接口 ：微服务的接口非常规范，避免了依赖问题。
• 易于组合应用 ：可以通过静态和动态服务组合方法快速实现复合应用，有脚本语言用于编写配置和组合文件，以及数据表示、交换和持久化机制。
• 与容器化结合 ：与容器化运动的紧密结合，加速了软件工程任务，同时微服务也是将遗留应用划分为多个交互式和自主式微服务的最佳选择。

9. 代码示例

在 GitHub 仓库中可以找到使用 Java 语言开发微服务的示例，以及如何组合多个微服务以创建支持多容器的复合应用的示例。遗留应用的重构是通过修改遗留功能的代码段，将其呈现为微服务，多个这样的微服务组合在一起就形成了以微服务为中心的现代应用。微服务可以从头开始构建，也可以使用自动化工具将遗留应用代码片段转换为微服务。

10. 面临的主要挑战

尽管微服务架构被认为是遗留应用现代化的最佳方法，但企业和 IT 团队仍面临一些挑战：
- 功能提取与集成 ：从紧密集成的单体应用中提取业务功能，并将其重构或重写为微服务，同时确保新微服务与遗留应用的其余部分正常连接和工作，是一项具有挑战性的任务。
- 网络通信问题 ：微服务的调用通过网络进行，RESTful 接口是常见的访问方式，网络延迟和其他网络问题可能影响微服务的弹性。
- API 管理 ：微服务依赖大量 API 进行交互，API 版本差异、数据格式不匹配、网络拥塞和负载变化等问题可能导致微服务性能下降甚至失败。
- 测试复杂性 ：微服务需要单独测试和集体测试，增加了测试的复杂性。
- DevOps 集成 ：为了充分利用微服务架构的优势，企业需要采用 DevOps 工具来加速服务部署。

综上所述，微服务为遗留应用现代化带来了新的机遇和可能性。尽管存在一些挑战，但通过合理的规划和实践，微服务架构是企业实现数字化转型的最佳途径。

微服务架构助力遗留应用现代化：全面解析与实践指南

11. 微服务架构的优势总结

微服务架构在遗留应用现代化中展现出了众多显著优势，以下通过表格形式进行总结：
| 优势 | 具体描述 |
| ---- | ---- |
| 分布式架构 | 适应 IT 行业分布式计算趋势，支持全球开发者在地理分布的服务器上开发和部署服务 |
| 业务功能独立实现 | 不同业务能力通过独立微服务实现，如电商应用各模块可独立成微服务 |
| 可扩展性 | 容器化微服务能实现动态、水平和实时扩展，应对负载频繁变化 |
| 解耦性 | 微服务相互独立，更新和升级不影响其他组件，降低开发和维护风险 |
| 技术灵活性 | 技术无关，可使用任意编程语言，符合多语言架构模式 |
| 易于组合应用 | 通过静态和动态服务组合方法快速实现复合应用 |
| 便于故障处理 | 能快速定位和修复缺陷、安全漏洞和脆弱性，提高应用稳定性 |

12. 现代化流程的 mermaid 流程图

graph LR
    A[服务提取] --> B[服务组合]
    B --> C[服务迁移]
    C --> D[容器化与组件拆分]
    D --> E[重构与重写]
    E --> F[测试与优化]
    F --> G[遗留应用现代化完成]

13. 应对挑战的策略

针对微服务架构在遗留应用现代化过程中面临的挑战，可以采取以下策略：
1. 功能提取与集成策略
- 采用逐步提取的方法，先从相对独立的业务功能入手，降低提取难度。
- 建立清晰的接口规范，确保新微服务与遗留应用的其余部分能够顺利连接和通信。
- 进行充分的测试和验证，在集成过程中及时发现和解决问题。
2. 网络通信问题解决策略
- 优化网络配置，选择可靠的网络服务提供商，减少网络延迟。
- 采用缓存机制，减少不必要的网络请求，提高响应速度。
- 实现重试机制和熔断机制，增强微服务的容错能力。
3. API 管理策略
- 建立统一的 API 管理平台，对 API 进行集中管理和版本控制。
- 规范 API 数据格式，确保数据的一致性和兼容性。
- 监控 API 的使用情况，及时发现和处理异常流量。
4. 测试复杂性应对策略
- 采用自动化测试工具，提高测试效率和准确性。
- 设计合理的测试用例，覆盖微服务的各种场景。
- 建立测试环境模拟生产环境，确保测试结果的可靠性。
5. DevOps 集成策略
- 引入 DevOps 工具链，实现代码的自动化构建、测试和部署。
- 建立持续集成和持续交付（CI/CD）流程，加速服务部署。
- 培养具备 DevOps 技能的团队，提高团队协作效率。

14. 微服务与容器化的协同作用

微服务与容器化的结合为遗留应用现代化带来了巨大的便利，具体表现如下：
- 轻量级部署 ：容器的轻量级特性使得微服务能够快速部署和启动，提高开发和测试效率。
- 资源隔离 ：容器提供了资源隔离机制，确保每个微服务在独立的环境中运行，避免相互干扰。
- 可移植性 ：容器化的微服务可以在不同的环境中轻松迁移，提高了应用的灵活性和适应性。
- 集群管理 ：借助容器集群管理平台，如 Kubernetes，可以实现微服务的自动化部署、伸缩和监控。

15. 案例分析

假设一家传统的零售企业，其原有的单体应用系统在面对业务增长和市场变化时，逐渐暴露出性能瓶颈和扩展性不足的问题。该企业决定采用微服务架构进行遗留应用现代化改造。
1. 服务提取阶段 ：将业务划分为多个领域，如商品管理、订单管理、客户管理等，每个领域实现为一个微服务。
2. 服务组合阶段 ：采用编排的方式，通过中间件实现微服务之间的通信和协作。
3. 服务迁移阶段 ：将微服务迁移到公共云环境，利用云平台的可扩展性和成本效益。
4. 容器化与组件拆分阶段 ：将每个微服务容器化，并存储在镜像仓库中，方便管理和部署。
5. 重构与重写阶段 ：对部分业务逻辑复杂的微服务进行重构，采用现代编程语言和架构，提高性能和可维护性。
6. 测试与优化阶段 ：使用自动化测试工具对微服务进行全面测试，不断优化性能和稳定性。

经过改造，该企业的应用系统具备了更好的可扩展性和灵活性，能够快速响应市场变化，提升了用户体验和企业竞争力。

16. 未来趋势展望

随着技术的不断发展，微服务架构在遗留应用现代化领域将呈现以下趋势：
- 人工智能与机器学习的融合 ：利用人工智能和机器学习技术对微服务的运行状态进行预测和优化，提高系统的智能化水平。
- 无服务器架构的应用 ：无服务器架构可以进一步降低运维成本，提高资源利用率，未来可能会在微服务领域得到更广泛的应用。
- 安全技术的加强 ：随着微服务的分布式特性，安全问题变得更加复杂，未来将加强安全技术的研究和应用，保障微服务的安全性。
- 行业标准的制定 ：随着微服务的普及，行业将逐渐形成统一的标准和规范，促进微服务的健康发展。

17. 总结

微服务架构为遗留应用现代化提供了一种有效的解决方案。通过服务提取、组合、迁移、容器化、重构与重写等一系列步骤，可以将传统的单体应用转变为具有高可扩展性、灵活性和适应性的微服务应用。尽管在实践过程中会面临一些挑战，但通过合理的策略和技术手段可以有效应对。未来，微服务架构将与更多的新技术融合，为企业的数字化转型带来更多的机遇和可能性。企业应积极拥抱微服务架构，加快遗留应用现代化的步伐，以适应市场的快速变化和竞争。