从单体到微服务：架构演进与分布式系统核心组件详解

一、单体架构：传统应用的经典模式

1.1 基本特征

单体架构（Monolithic Architecture）将所有功能模块（如用户管理、订单处理、支付系统）打包成单一可执行单元，具有以下典型特征：

• 统一代码库：所有功能共享同一代码库和数据库
• 集中式部署：单个进程承载全部业务逻辑
• 强一致性：基于ACID事务保证数据完整性

1.2 优劣分析

优势：

• 开发简单：IDE友好，本地即可完整测试
• 部署便捷：War/Jar包一键部署（示例：Spring Boot单体应用）
• 性能损耗低：模块间本地调用无网络开销

劣势：

• 扩展瓶颈：CPU密集型与IO密集型模块无法独立扩展
• 技术栈固化：所有模块必须使用相同技术版本
• 可靠性风险：单点故障导致系统整体不可用

二、微服务架构：云原生时代的解决方案

2.1 核心定义

微服务（Microservices）是通过业务边界划分的独立服务单元，每个服务具有：

• 独立进程：服务自治，可独立部署和扩展
• 明确边界：按业务能力划分（如电商系统的商品服务、库存服务）
• 轻量通信：通常采用HTTP/REST或gRPC协议

2.2 架构演进对比

维度	单体架构	微服务架构
开发效率	初期快，后期慢	持续交付能力强
技术多样性	单一技术栈	多语言混合开发
故障隔离	牵一发而动全身	故障范围可控
团队协作	需要高度协调	两个披萨团队原则

三、微服务核心组件体系

3.1 服务治理三要素

1. 服务注册与发现

   • 注册中心：Eureka/Nacos/Zookeeper
   • 健康检查机制（如K8s Liveness Probe）
   • 示例代码（Spring Cloud服务注册）：

     @SpringBootApplication
     @EnableEurekaClient
     public class PaymentService {
         public static void main(String[] args) {
             SpringApplication.run(PaymentService.class, args);
         }
     }

2. 配置中心

   • 动态配置：Spring Cloud Config/Apollo
   • 配置版本管理
   • 灰度发布支持

3. API网关

   • 路由转发：Kong/Traefik
   • 熔断降级：Hystrix/Sentinel
   • 安全认证：JWT/OAuth2

3.2 可观测性体系

• 分布式追踪：Jaeger/Zipkin
• 指标监控：Prometheus+Grafana
• 日志聚合：ELK/EFK

四、分布式系统基石

4.1 分布式事务解决方案

• 两阶段提交（2PC）：强一致性，低性能
• TCC模式：Try-Confirm-Cancel
• SAGA模式：长事务补偿机制
• 消息队列：RocketMQ事务消息

4.2 集群管理

1. 容器化编排

   • Docker容器隔离
   • Kubernetes自动扩缩容（HPA配置示例）：

     apiVersion: autoscaling/v2
     kind: HorizontalPodAutoscaler
     metadata:
       name: product-service
     spec:
       scaleTargetRef:
         apiVersion: apps/v1
         kind: Deployment
         name: product-service
       minReplicas: 2
       maxReplicas: 10
       metrics:
       - type: Resource
         resource:
           name: cpu
           target:
             type: Utilization
             averageUtilization: 60

2. 服务网格

   • Istio实现流量管理
   • Linkerd提供零信任安全

五、负载均衡实战策略

5.1 常见算法

算法类型	特点	适用场景
轮询(Round Robin)	均匀分配请求	服务器性能均衡
加权轮询	根据服务器权重分配	异构服务器环境
最少连接	动态感知服务器负载	长连接服务
IP哈希	固定用户访问相同服务器	需要会话保持

5.2 多层级实现

1. DNS层负载均衡

   • 地理智能解析
   • 故障切换延迟高

2. 硬件负载均衡

   • F5 BIG-IP设备
   • 高性能但成本昂贵

3. 软件负载均衡

   • Nginx反向代理配置示例：

     upstream backend {
         server 10.0.0.1:8080 weight=3;
         server 10.0.0.2:8080;
         server 10.0.0.3:8080 backup;
     }

六、架构选型建议

6.1 何时选择单体

• 团队规模<10人
• 需求变更频率低
• 日均PV<10万

6.2 微服务适用场景

• 需要快速迭代不同功能模块
• 系统需要99.99%高可用
• 团队具备DevOps能力

6.3 渐进式迁移方案

1. 单体优先策略（Monolith First）
2. 剥离边缘服务（如文件上传服务）
3. 引入服务网格进行流量管理
4. 最终完成核心业务拆分

结语

架构演进没有银弹，需要根据业务发展阶段、团队技术储备和运维能力综合决策。建议从最小可行架构起步，随着业务增长逐步演进，避免过度设计带来的复杂性爆炸。