基于微服务架构扩展软件功能的方法

孟永胜 曹海萍

摘要：系统的可扩展性是构建现代软件系统的一个重要课题，微服务架构通过将功能分解到多个独立的服务，以实现对解决方案或者复杂系统的解耦，该文提供一种基于微服务架构动态扩展软件功能的方法。

关键词：微服务；架构；功能扩展

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0105-02

随着IT技术的迅猛发展，软件系统架构在发生着重大变化。对软件系统的要求主要有系统可管理性、可靠性、可扩展性、可维护性和安全性等等。系统的可扩展性是构建现代软件系统的一个重要课题。

微服务架构（Micro Service Architecture）是近年来软件体系架构领域出现的一个新名词，它通过将功能分解到多个独立的服务，以实现对解决方案或者复杂系统的解耦，其根本理念是将大型、复杂且历时长久的应用在架构上设计为内聚的小服务，这些服务能够随着时间的流逝而演化。

软件在运行时动态扩展功能的方法一般有以下几种方式：

1）插件方式。首先定义统一接口，基于Liskov替换原则，对扩展点进行扩展，然后加载动态库。如Java的OSGI框架和著名的Eclipse IDE都属于此类扩展方式；

2）打补丁的方式。在运行时动态更换指针所指的函数，如C/C++语言在通信产品上，一般采用打热补丁的方式修复系统错误，也是运行时扩展功能的一种方式；

3）语言层级的自然支持，如Erlang语言的Hot Code Swapping特性支持在运行时替换模块代码，从而实现功能扩展；

4）配置文件。通過在运行时修改配置文件，可以在一定程度上扩展软件处理业务的范围，但在功能扩展的范围也被限制在某种可配参数范围内，无法加载其他新功能。

软件扩展功能的方式很多，有些语言（如Go语言）只支持引用静态代码直接编译，不支持链接静态库和生成、加载动态库。这样在运行时就无法通过更换动态库文件来扩展功能。

1 微服务扩展

针对无法生成并加载动态库的语言，本文提供一种基于微服务架构动态扩展软件功能的方法。基于微服务扩展软件功能的系统包括以下服务模块，如图1所示：

1）全局名字服务：用于存储微服务的名称和网络地址；

2）扫描注册服务：用于实时扫描微服务并向全局名字服务注册信息；

3）转发代理服务：用于转发微服务之间的请求消息。转发规则定义过程如下：首先定义URL的ACL过滤规则，一条规则对应一个目标资源池，资源池中有若干个相同的微服务实例。若匹配该规则就到对应的资源池中取出某个实例地址进行转发。这样只需要定义不同的转发规则，就可以实现请求的定向转发，进而扩展功能；

4）业务功能服务：指以微服务形式部署的功能模块。

基于微服务架构在运行时动态扩展软件功能的具体流程如下图所示：

第一步，定义功能扩展点及接口；

第二步，将该功能的接口实现改变为微服务的方式；

第三步，建立全局名字服务，收集所有待扩展功能的微服务的注册消息，保存这些微服务的相关信息，如名称和网络地址；

第四步，建立转发代理服务，从全局名字服务获取微服务相关信息并生成转发配置文件，提供对请求消息转发服务；

第五步，实现功能扩展，即提供符合扩展接口的新的实现方式，并以微服务的形式部署；

第六步，微服务之间采用轻量级通信协议（如RESTful，RPC等），微服务发送带有特定URL的请求，转发代理根据转发规则将该请求转发到带有扩展功能的微服务上，从而实现功能扩展。

使用微服务架构，原有系统按照领域驱动设计的方法分解成多个微服务独立部署，各微服务之间通过REST接口通信协作，实现整个系统的功能。按照以上的模块划分，系统每个功能模块都是可扩展的。功能模块在部署时，扫描注册模块会自动发现已启动的微服务，注册到全局名字服务模块，名字服务会将发现的微服务信息存储起来。同时，转发代理模块会周期地从全局名字服务查询当前可用的微服务信息，并生成转发代理的配置文件，以便对微服务功能模块的请求进行正确转发。

2 具体实施方式

2.1 人工配置服务方式

1）人工编辑转发代理模块的配置文件；

2）启动各个微服务进程；

3）功能微服务a发出请求消息1到转发代理服务模块，转发代理根据收到的URL地址及配置的转发规则找到对应的功能微服务b，并将消息转发给功能微服务b；

4）需要用新的功能微服务b来扩展或替换原来的功能微服务2，修改转发代理模块的配置文件，增加功能微服务b的相关信息及转发规则；

5）转发代理模块收到微服务模块a的请求消息3时，根据新的匹配规则将消息4转发给功能微服务b处理，从而实现在不中断系统原有服务的情况下，实现系统功能动态扩展。

2.2 自动发现服务方式

自动发现服务方式如图4所示，相比人工配置服务方式，自动发现服务增加了“扫描注册”和“全局名字”两个服务。

1）业务功能微服务a和b启动以后，扫描注册服务通过实时扫描消息1和2，发现当前启动的微服务，将其信息通过消息3发给 全局名字服务 缓存；

2）全局名字服务 通过消息4将当前最新的微服务信息发送给 转发代理服务，生成其配置文件；

3）转发代理服务收到功能微服务a发送的请求消息5以后，根据目标服务信息匹配和转发规则，以消息6转发给微服务模块b进行处理；

4）根据业务功能需求形成增强的功能微服务b，并正常部署启动运行；

5）周期扫描注册服务实时发现新启动的功能微服务b，并将其信息通过消息8发送给全局名字服务；

6）全局名字服务在收到消息8以后更新本地服务缓存，并通过消息9通知转发代理模块，并更新其配置文件；

7）转发代理模块收到消息10时，可以根据当前的最新目标信息匹配和转发规则，经消息11将其转发给功能微服务b，从而实现业务功能自动扩展。

3 小结

采用本文方法，可以让不支持运行时加载动态库的语言达到动态扩展功能的目的，并且在扩展功能或软件升级过程中不中断原有服务，在提高软件系统可扩展性及可用性上取得明显成效。

参考文献：

[1] 崔蔚，李春阳，刘迪，等.面向微服务的统一应用开发平台[J]. 电力信息与通信技术，2016（9）.

[2] 郝庭毅，吴恒，吴国全，等.面向微服务架构的容器级弹性资源供给方法[J].计算机研究与发展， 2017（3）.

[3] 翟永超.Spring Cloud微服务实战[M].北京：电子工业出版社，2017.

【通联编辑：光文玲】