干货 | 携程微服务体系下的服务治理之道和优化实践

2022-12-21 18:10:15

作者简介

HongLiang，携程技术专家，专注系统性能、稳定性、承载能力和交易质量，在技术架构演进、高并发等领域有丰富的实践经验。

一、背景

微服务架构在中大型互联网公司中被广泛应用，随着业务的发展，应用数越来越多、调用关系也越来越复杂。中台化后，交易系统要支持业务线多，系统复杂性高，原系统虽然能支撑业务量的持续增长，但在稳定性、吞吐力和资源利用率上面，还存在优化空间。

分享的目的

本文站在业务开发角度介绍开发在微服务架构下遇到的相关问题（微服务架构的优缺点这里不再赘述），以门票活动预订流程查询引擎为例，分享微服务治理的实战经验，希望能给遇到同样问题的同学提供一些借鉴思路。

如下图所示，蓝色部分为本文的重点

图1 微服务架构关注点

在微服务治理之前，我们先简单了解一下微服务历史和陷阱。

二、微服务简史

微服务概念在2005年被提出，2011年用来代表架构风格。

定义：微服务是一种架构风格，一个大型复杂软件应用由一个或多个微服务组成，每个微服务仅关注于完成一件任务。

2.1 微服务与SOA的关系

大家在使用SOA (Service-Oriented Architecture)的时候往往分不清和微服务有什么关系，总结如下：

微服务是SOA的实现方式
微服务是去掉ESB后的SOA
微服务是一种和SOA相似但是两种不同的架构设计风格

图2 微服务与SOA的关系

了解微服务与SOA关系后，再对比一下功能差异：

表1 微服务与SOA对比

2.2 携程SOA从1.0到 2.0演进

图3 携程SOA演进

携程微服务：携程SOA2.0是微服务架构，推荐单机、单应用、单服务。

三、微服务的陷阱

微服务这个话术会将关注点错误的聚焦在“微”上，大家会误以为服务越小越好，实际上大小并不是考虑因素。接下来我们来看看开发微服务应用的时候容易踩到的陷阱。

下图可以看出，服务拆分越细，调用关系越复杂。

调用链路理论上有 n * （n-1）条：

图4 服务粒度越细调用关系越复杂

应用粒度拆分过细容易带来以下几个问题：

3.1 重复调用

调用路径 C - >D ->E 和 C ->E，对于E的一次请求，可能会被调用了多次。

图5 一次请求中服务E被重复调用

3.2 循环依赖

一条链路出问题，导致其他链路故障。当服务B1或B2 性能变差时，终导致链路A/B都会被影响，严重情况下导致宕机。

图6 循环依赖

3.3 链路太长

服务层级过深，一次请求链路太长会导致性能下降，每层网络延时和序列化反序列化时间都有性能损失，层级越深，下游性能越差。

链路太长，定位问题困难（效率低），当服务F出现故障时，下游A~E 应用 owner 需要排查原因。

图7 链路越长，性能损失越大

以上这些问题，在日常开发中容易遇到，下面我们看看怎么解决这些问题。

四、微服务治理

从下图中可以看到应用之间调用关系复杂，并且有严重的循环依赖问题。

图8 应用调用关系图（双黄线表示循环依赖）

循环依赖是微服务里面容易忽视的问题，系统稳定的情况下不会出现问题，由于某些原因，当系统从稳定变成非稳定状态时，循环依赖容易导致更严重的故障。我们先看1个生产案例：

案例：发布过程中下游超时，订单下跌

刚接入流量的机器因线程初始化、类加载锁、JIT等会产生慢请求。

图9 发布过程中的慢请求

当流量接入时，请求在刚拉入的机器中多次来回调用，因多次慢请求叠加，导致接口越来越慢，机器资源耗尽，一台一台被拖垮，终整个服务不可用，产生雪崩（如下图）。

图10 发布过程中循环依赖导致应用雪崩

当然如果应用间循环依赖QPS很小，例如单机QPS在10以内，少量慢请求无法将资源耗尽，一般不导致故障，但是这种“坏味道”会给系统埋下隐患，严重的时候会演变为接口级的循环依赖，导致死循环，并且这种死循环可能在测试环境由于命中缓存没有被发现，发布到生产后有些缓存穿透的请求就会导致循环调用，直到超时；如果单机QPS上百，产生的慢请求短时间内耗尽资源，阻塞后续请求，导致性能下降，产生故障。

故障恢复期间，由于调用关系复杂，分不清上下游关系，无法根据调用关系来限流，导致定位困难，恢复时间长。

上述案例主要是由循环依赖引起，像一颗炸*弹，为系统埋下隐患。

除了循环依赖，还有下面几类问题可以优化：

1）层级太深：

透传字段要改多个应用，需求迭代效率低
每层网络延时、序列化和反序列化都有性能损失，导致终端体验差

2）重复缓存：同一个DB不同应用重复构建缓存

3）流量大：

重复调用，直接调用或者间接调用，末尾服务压力大
离线任务峰值波动太大

4）未隔离：核心、非核心流量未隔离

5）效能低：人均应用多/资源使用率低

针对上面的几类问题，我们制定了微服务治理目标、原则和治理策略。

4.1 治理目标

1）稳定：故障隔离，提升系统稳定性

2）交付：独立迭代、独立扩展、快速交付

横向拆分：减少耦合，独立迭代。

纵向拆分：减少应用层级，提高开发效率，缩短交付周期。

3）重用：相同功能复用

不同系统重复功能复用，减少重复开发，提升一致性。

4.2 治理原则

1）避免跨团队维护一套代码。

2）服务粒度要与团队规模匹配，人均应用数在3个以内。

根据历史经验，一个人在超过3个应用之间来回切换开发，开发效率会降低，日常处理告警繁琐，业务和性能优化也无法聚焦。

3）应用分层：上一层可以依赖任意下一层级(不可反向依赖)。

4）层级深度：垂直域/小组内，应用层级控制在5层以内。

这里的“5层”是我们根据实际业务实际情况来定的。一个垂直域/小组内应用层级超过5层，一个需求上下游依赖太多，开发效率会降低。

4.3 构建原则

1）业务领域拆分：单一职责，业务建模（对人员要求高）

2）数据存储：独立的数据读写API

3）复用性：功能复用(比如基础数据提供能力，提供给不同小组使用)

可靠性
核心与非核心隔离

4）稳定规则与易变动规则隔离

5）快速失败：设置合理的熔断规则

6）异步通信：将与此次请求无关的操作/调用异步化

4.4 治理策略

1）去除循环依赖

问题：服务B和服务C 循环依赖

策略

应用分层与定位：步划分应用层级（分层工具有传统三层架构、泛领域分层等），将应用定位划分到不同的层级。
确认依赖关系：每一层内如果有多个应用，确认上下游关系。这个根据业务场景来，根据父子关系，包含关系，依赖关系，确认每一层内的依赖关系和应用职责。

图11 循环依赖治理

2）缩短调用链路

问题：服务BCD 链路太长（垂直域/小组内)

策略

领域细分：将粗粒度的应用按照业务领域垂直划分，不同层级负责不同的职责，让系统更独立。
减少透传：每个层级职责清晰，减少不必要的透传，让开发效率更高。

图12 缩短调用链路

3）复用性

问题：服务BCD 对相同数据重复缓存（存在一致性问题）

策略

下沉基础服务，提供基础数据：将相同的功能下沉为基础服务，例如：基础数据服务提供缓存，翻译等功能。避免不同的使用方重复缓存，重复接入翻译。

图13 重复功能下沉

效果：下沉基础数据服务，统一缓存，翻译等功能，提供给不同的开发组使用。

4）流量治理

a) 重复调用

问题：一次请求，服务C同一个接口被重复调用

策略

功能内聚：将同一个功能对下游的依赖放到同一个服务内调用。由于系统自身迭代导致的不合理调用，可以按照上述方法优化。如果为了解耦将功能拆开，可以根据实际情况评估影响和收益。

图14 功能内聚合并重复调用

效果：功能内聚，多次调用合并为一次调用。

b) 降低调用量

问题：一个服务中，不同的接口功能拆分太细，下游使用的时候都需要调用多个接口组装结果。例如：一次请求服务B的a、b、c、d、e接口都被调用，下游为实现一个功能，需要调用太多小接口。

策略

合并服务B中同一领域功能：将相同的功能合并到一个接口，减少调用量。
一个接口提供模块参数，按需调用：

支持按需使用，对不同业务场景非必须的功能，提供模块参数，按需传参。
对于独立的前端页面接口，对外透明，内部封装对应场景需要的模块参数，例如前端首屏请求。

图15 请求合并

效果：聚合相同功能，合并小接口，多次调用合并为一次调用。

c) 流量隔离

问题：非核心流量(例如：Job调度)大于用户流量

策略

流量隔离：一套代码，隔离部署，将核心和非核心流量隔离。核心流量承载用户请求，保证交易的稳定性，非核心流量承载离线任务调度和非核心场景调用。

图16 流量隔离

效果：总成本不变，核心链路稳定性得到提升，非核心链路CPU使用率得到提升。

d) 离线调度流量消峰

问题：单位时间内调度过于集中(Job)

策略

合理的延长调度时间：适当延迟调度时间，降低每分钟的调用峰值，让每分钟内调用量更加平稳。

图17 离线调度流量消峰

效果：调度总时间在可接受范围内，调度时间拉长，单位时间内调用总量降低，降低服务端峰值压力。

问题：每秒内调度不均衡(Job)，导致服务稳定性差或为了能承载请求需要冗余更多服务器资源。

图18 客户端调度QPS不均衡

策略

客户端削峰填谷：调度波动太大，会导致请求到了服务端被限流或者服务端扩缩容。对于调度不均衡的离线任务，我们在客户端控制每秒内发送的请求量，让每秒内请求更加平稳，任务调度总时间不变。

图19 客户端调度从不均衡变为均衡

效果：分钟内总的调用量不变，服务端调用量从波动变为平稳。

5）降低人均应用数/提升CPU使用率

问题

人均应用过多，开发效率降低
CPU使用率6%以下应用数占比超过50% 且总核数占比超过30%

策略

短期：缩容，将单边服务器数缩容到SRE标准小配置。
长期：合并拆分过细的应用，参考历史、现状和将来的规划，将拆分过细、CPU使用率长期小于6%的应用做合并。

图20 应用合并

五、实施效果

1）循环依赖（应用分层，解除应用间循环依赖）

去掉65条循环依赖链路，消除雪崩的风险
超时类告警降低99%
排障效率提升至分钟级别

2）链路长（减少应用层级）：调用链深度缩短 40%

3）复用性（下沉基础数据服务，减少重复功能）

新增基础数据服务，缓存统一，解决一致性问题
缓存容量减少60%

4）流量治理（降低水位线）

重复调用：功能内聚，去除重复调用
调用量大：合并小接口、消除调用峰值；离线任务削峰填谷，降低峰值调用量
核心应用调用量减少73%，核心系统峰值降低50%

5）开发效率（解耦&减少中间层）

水平拆分独立功能，减少耦合，独立开发
垂直领域减少3层，开发效率提升

6）查询引擎性能提升65%，QPS从8w提升至24w

减少了系统不稳定导致的服务变慢
领域划分，垂直优化系统，专注用户端到底层的优化

7）人均应用：人均应用数控制在2个以内

8）资源使用率（应用合并，提升CPU使用率）

40+个应用CPU使用率(加权平均)从18%提升至32%
治理前后查询引擎链路对比：

图21 门票活动查询引擎微服务治理前后对比

六、总结

微服务架构下服务拆分越细，调用关系越复杂，层级越深，性能损耗越大，开发效率越低(垂直域/小组内)，所以服务不是越小越好，而是“合适的大小”。

在构建微服务的时候，要根据业务体量、团队规模、成本等因素综合考虑，按照合理的原则，构建出适合的大小，以达到预期的目标。

服务治理是一个长期的过程，制定目标持续优化，让系统更快更稳定，为业务赋能。

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微服务专区

创建时间：2020-07-01 15:22:43

微服务是一种架构风格，是以开发一组小型服务的方式来作为一个独立的应用系统，每个服务都运行在自已的进程中，服务之间采用轻量级的HTTP通信机制 ( 通常是采用HTTP的RESTful API )进行通信。

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