介紹
我和極客時間合作的課程《微服務架構和實踐160講》已經於2018年底完成，最後一個模塊是綜合案例分析，通過一個簡單的模擬業務案例，將之前課程的各個組件集成起來，包括：
- 統一授權認證中心Gravitee OAuth2
- 集中配置Apollo
- 基礎服務Zuul/Eureka/Ribbon/Hystrix
- 監控反饋CAT/Prometheus
這些組件既包括Spring Cloud技術棧的部分組件(Zuul/Eureka/Ribbon/Hystrix)，也包含國內一線互聯網公司落地的一些組件(如大衆點評CAT和攜程Apollo)，也包括我自己爲課程開發的組件Gravitee OAuth2(非生產級)，所以本案例可以稱爲是一箇中國式微服務技術棧綜合演示案例，可供學習參考。
另外，課程開播以來陸續收到一些學員的提問，比較典型的有：
- 如何使用Apollo集中管理Spring應用的配置？
- 網關集中驗證令牌怎麼做？
- 基於OAuth2的註冊登錄和API調用具體如何實現？
- CAT非侵入式埋點怎麼做，如何儘量減少業務研發直接使用CAT進行埋點？
在課程中，通過案例演示，我也會統一回復這些問題。
案例背景
我本人並不打算完全自己開發一個演示案例，而是會重用比較流行的開源項目，在它基礎上做定製擴展，所以本案例是基於github上的一個開源項目PiggyMetrics[附錄1]改造而來。PiggyMetrics是一個模擬的個人記賬理財的應用，原作者稱其爲一個端到端的微服務PoC(Proof of Concept)，也就是說他開發這個是爲了驗證微服務架構和Spring Cloud技術棧。PiggyMetrics目前在github上有超過4.6k星，是學習微服務架構和Spring Cloud技術棧的一個不錯參考。
PiggMetrics採用前後分離架構，前端是單頁SPA，後端採用基於Spring Cloud技術棧的微服務架構。
架構設計
業務服務架構
上圖是PiggyMetrics的業務服務架構，包括：
- CLIENT，一個純JS/HTML/CSS單頁應用，實現註冊登錄和前端展示邏輯
- ACCOUNT SERVICE，賬戶服務，存儲用戶賬戶和記賬信息
- NOTIFICATION SERVICE，通知服務，存儲通知和備份等相關配置
- STATISTICS SERVICE，統計服務，計算用戶財務狀況和統計信息
每個服務有一個獨立的MongoDB數據存儲(表示微服務獨立數據源思想)。客戶端可調用後臺服務，例如前端調用賬戶服務去註冊賬戶。服務之間也會相互調用，例如賬戶更新時，賬戶服務會同時調統計服務去更新用戶統計信息。另外，統計服務還會調用第三方匯率服務獲取匯率信息。
原基礎服務架構
上圖是PiggyMetrics的原基礎服務架構，包括：
- API網關:基於Spring Cloud Zuul的網關，是調用後臺API的聚合入口，實現反向路由和負載均衡(Eureka+Ribbon)、限流熔斷(Hystrix)等功能。CLIENT單頁應用和ZUUL網關暫住在一起，簡化部署。
- 服務註冊和發現:基於Spring Cloud Eureka的服務註冊中心。業務服務啓動時通過Eureka註冊，網關調用後臺服務通過Eureka做服務發現，服務之間調用也通過Eureka做服務發現。
- 授權認證服務:基於Spring Security OAuth2的授權認證中心。客戶端登錄時通過AUTHSERVICE獲取訪問令牌(走用戶名密碼模式)。服務之間調用也通過AUTHSERVICE獲取訪問令牌(走客戶端模式)。令牌校驗方式~各資源服務器去AUTHSERVICE集中校驗令牌。
- 配置服務:基於Spring Cloud Config的配置中心，集中管理所有Spring服務的配置文件。
- 分佈式調用鏈：基於Spring Cloud Sleuth的調用鏈監控。網關調用後臺服務，服務之間調用，都採用Zipkin進行埋點和跟蹤。
- 軟負載和限流熔斷:基於Spring Cloud Ribbon&Hystrix，Zuul調用後臺服務，服務之間相互調用，都通過Ribbon實現軟負載，也通過Hystrix實現熔斷限流保護。
- METRICS & DASHBOARD:基於Spring Cloud Turbine + Hystrix Dashboard，對所有Hystrix產生的Metrics流進行聚合，並展示在Hystrix Dashboard上。
- 日誌監控:採用ELK棧集中收集和分析應用日誌。
改造後的基礎服務架構
上圖是經過我改造後的架構，淺藍色標註的都屬於基礎服務，主要替換的組件如下：
- 授權認證服務：替換爲使用第8模塊爲課程定製開發的Gravitee OAuth2服務器。
- 配置服務：替換爲使用攜程Apollo做統一配置中心，集中管理所有Spring微服務的配置。
- 分佈式調用鏈:替換爲使用大衆點評開源的CAT做調用鏈監控，從網關調後臺服務，服務之間相互調用，都採用CAT客戶端進行埋點監控。CAT埋點既演示使用攔截器(interceptor)方式，也演示使用AOP非侵入方式。
- METRICS&ALERTING：網關和微服務都啓用Prometheus Metrics端點，便於集成Prometheus監控和告警。
其它組件，比如Zuul網關、Eureka服務發現、Ribbon軟負載、Hystrix限流熔斷，以及ELK集中日誌都同原架構，沒有太大變化。
註冊登錄和服務調用流程
註冊登錄流程
上圖展示PiggyMetrics的登錄註冊流程，簡化流程如下：
- 客戶端應用向後臺發起註冊請求。
- 請求通過網關反向路由到賬戶服務(Account Svc)。
- 賬戶服務先去授權認證服務(Gravitee OAuth2)創建一個用戶(包括用戶和密碼，這樣後續纔可以登錄獲取訪問令牌)。賬戶服務再保存新賬戶信息到本地MongoDB數據庫。
- 註冊成功以後，客戶應用向授權認證服務請求訪問令牌(走用戶名密碼模式)，拿到令牌以後緩存本地localstorage。
服務調用流程
上圖展示PiggyMetrics的API調用流程，簡化流程如下：
- 客戶端向後臺服務發起API調用，調用時在HTTP授權頭上帶上訪問令牌
- 網關截獲API請求，根據安全需求判斷是否需要驗令牌，如果需要，則向授權服務器發起令牌校驗請求。授權服務器校驗令牌並返回有效型性信息，如果令牌有效，同時返回用戶名等相關信息。網關再判斷校驗是否通過，如果通過，則將用戶名以HTTP HEADER方式向後臺服務傳遞，如果不通過，則直接報授權錯到客戶端。
- 資源服務器從HTTP HEADER獲取用戶名等信息，可通過用戶名進一步查詢用戶相關信息，實現業務邏輯。
客戶端調用後臺服務，經過改造爲網關集中校驗令牌方式，這樣可以簡化安全架構，即在企業內網，資源服務器端可直接獲取用戶名信息，不需要再到授權服務器做集中令牌校驗。另外，服務之間的調用也改造爲可以直接調用，不需要授權認證和令牌，這種做法也是很多一線企業實際落地的做法，即在生產環境中，內部服務之間調用不授權認證，這樣可以簡化服務的開發和部署，但是對於安全敏感的服務要求做好生產網段隔離(需運維配合)。
生產擴展
注意！！！，我擴展的PiggyMetrics僅供學習參考，如果要參考這個架構進行生產化，仍需做生產化擴展，下面是一些可能的擴展點：
- 安全，採用網關集中令牌校驗後，內部服務可以直接調用，不需要授權認證，但在生產環境中，特別是對於安全敏感的服務，需要考慮安全增強，例如生產網段隔離和IP白名單等機制。
- CAT客戶端進一步封裝，案例演示中爲了簡化，使用一些手工埋點，但在實際生產中，一般需要有獨立框架團隊對CAT客戶端進行進一步封裝，對常用基礎組件(服務框架，數據訪問層，MVC框架，消息系統，緩存系統等)進行集中埋點，並提供封裝好的客戶端(最好做到無侵入，可參考Spring Cloud Sleuth Starter埋點方式)，方便業務研發團隊接入。基本上，框架層集中埋點以後，業務應用只需引入依賴即可，一般不需要再手工埋點。
- 用戶服務解耦，演示案例中，用戶服務(包括用戶數據庫)和Gravitee OAuth2集成在一起，但實際企業中用戶服務可能是獨立不耦合的，Gravitee OAuth2可以擴展集成獨立用戶服務，賬戶服務也可以集成對接獨立用戶服務。
- 前後分離部署，演示案例中，爲簡化部署，前端應用和網關住在一起，但在實際生產中，根據企業業務和團隊規模，前端應用和後端微服務可能是完全分離部署的，具體做法可參考波波的視頻課程。
- Gravitee OAuth2，另外Gravitee OAuth2本身也需要擴展，具體可參考其站點文檔說明[參考3]
個人思考
近年，國外一線互聯網公司(如Netflix)在成功落地微服務架構的基礎上，陸續開源了其中的一些核心組件，如Zuul/Eureka/Hystrix等，推動了社區技術進步。Pivotal則將這些組件和Spring集成起來，推出Spring Cloud技術棧，在社區產生較大影響，但整個體系可以認爲是一個純西方技術文化的技術棧。同樣在近年，我們國內一線互聯網公司在實踐中也落地了不少基礎組件，例如大衆點評的CAT，攜程的Apollo等，這些組件同樣經過大流量考驗，使用上更具中國文化特色，也更接地氣。我們架構師在做技術選型的時候，不可盲信國外技術棧，更好的做法是兼收幷蓄，在吸收借鑑Spring Cloud技術棧的基礎上，替換融入一些中國特色的微服務組件，構建中國特色的微服務基礎架構，通過實踐走出自己的道路。
波波的這門<<微服務架構和實踐160講>>課程，包括本次的綜合案例分析，其實就是這樣一種博採衆長、融合提煉思想的嘗試，希望對國內架構師帶來一些新的參考和啓發。