从0开始理解云原生架构

一、云原生发展历史

云原生概念最早起源于2013年，由 Matt Stine 首次提出“Cloud Native”这一术语，这个概念强调了应用需要充分利用云的优势，如弹性、可扩展性和服务化。2015年，Matt Stine出版了《迁移到云原生架构》一书，系统阐述了云原生的设计原则和实践方法，包括微服务、持续交付、DevOps文化等关键要素。

Docker 的发布标志着容器技术的普及，它是云原生技术栈中的基石之一，为应用的打包、部署和运行提供了标准化、轻量级的解决方案。

2014年开源了 Kubernetes 项目，极大的促进了容器的编排和管理的自动化，使得大规模部署和运维云原生称为可能。

随着 Docker 与 Kubernetes 的广泛应用，围绕容器和微服务的周边工具和服务迅速发展，形成了完整的云原生技术栈。2015年成立的CNCF(云原生计算基金会)定义了云原生的三大支柱——容器化、微服务、DevOPS，并开始推广服务网站、不可变基础设施等概念。

云原生技术逐渐成为企业数字化转型的首选方案，大型科技公司如腾讯、阿里巴巴等纷纷拥抱云原生，不仅在内部大规模采用，还推出了一系列云原生产品和服务。同时，云原生技术的应用场景不断拓展，涵盖了金融、制造、零售等多个行业，推动了技术的持续创新和行业标准的形成。

二、单体架构

单体架构就是将所有的业务维护在一个巨无霸的系统重，一开始业务比较少时开发效率确实还可以，部署也方便。但是随着业务的发展，其缺点也逐渐显现出来，比如沟通成本高、无法单独上线回滚、开发中相互干扰、维护成本高等缺点。单体架构的访问形式如图：

三、微服务架构

微服务架构是对单体架构服务的拆分，可以采用主链路规划，将一个大的单体服务拆分成若干个小的服务。服务拆分后有很多好处，如：

每个服务都有自己的团队维护，开发效率高，减少了跨团队沟通，提高系统的可维护性
每个服务都有自己的数据库等配套设施，降低了耦合，减少了互相影响
每个微服务可以采用异构语言进行搭建而互不影响，这样更加灵活
可以快速迭代上线而不影响其他业务，如果出现问题也能做到快速回滚
资源利用率更高，可以将资源定向划拨给核心的服务，将共享变为独享，提高其可用性和性能

云原生与微服务架构相辅相成互相促进，主要体现在以下几个方面。

每个微服务可以独立部署和扩展，在云原生环境中，这使得可以根据实际需求动态调整资源分配，迅速响应流量变化。

微服务支持快速迭代开发，云原生的 CI/CD 流程和基础设施自动化进一步加速了这一过程，使得软件更新能够频繁且可靠的交付。

微服务拆分后降低了故障传播风险，不会影响整个系统，结合云原生的自我修复和容错机制，如 K8s 的自我恢复能力，可以进一步提升系统的稳定性和可用性。

由于微服务能够精细化的管理资源，云原生环境下的自动伸缩、按需付费模式和资源优化组合策略，可以显著降低运营成本，提高资源利用率。

在云原生和微服务架构中，强大的观测工具是必不可少的，能帮助运维团队快速定位和解决问题，以确保服务质量。

四、云原生架构

云原生架构主要以容器化技术 Docker 和容器编排技术 K8s 组成。以前开发完成后，我们的交付物通常是一个 Jar 包，然后部署到服务器中运行，有了容器技术后，我们提交的交付物变成了一个容器镜像，容器镜像是由文件系统和参数组成的轻量级、独立的、可执行的软件包，包含了运行某个软件所需的所有内容，包括代码、运行时环境、库、环境变量和配置文件等，如下图：

4.1 云原生架构组成

云原生的核心组成部分包括：

容器化：应用程序及其依赖被打包到轻量级的容器中，如Docker容器，这使得应用可以在任何支持容器的环境中无差异运行，提高了可移植性和隔离性。
微服务架构：应用被分解为一系列小而专的服务，每个服务负责一个特定的功能，可以独立开发、部署和扩展，提高了系统的灵活性和可维护性。
服务网格(Service Mesh)：如 Istio、Linkerd等，为服务间通信提供了一层抽象，负责服务发现、负载均衡、加密、监控等，使得微服务之间的交互更加安全和高效。
持续集成/持续部署(CI /CD)：通过自动化工具(如 Jenkins、GitLab CI/CD等)实现代码的快速迭代和自动部署，加速软件交付流程。
声明式基础设施：使用如 Kubernetes YAML 文件等声明式配置来定义期望的系统状态，而非详细的步骤指令，让系统自动达到并维持该状态。
可观测性：包括日志、监控和追踪(如ELK Stack、Prometheus、Jaeger)，确保能够快速定位和解决问题。
DevOps：强调开发(Dev)和运维(Ops)团队的紧密合作，自动化运维认为，促进快速反馈和持续改进。