云原生架構(gòu)是一種在云環(huán)境中從頭開始構(gòu)建應(yīng)用程序的設(shè)計模式。雖然云原生架構(gòu)沒有硬性規(guī)則，但大多數(shù)云原生應(yīng)用程序都是由微服務(wù)組織而成。微服務(wù)主要用于將應(yīng)用程序分解為可由小型團隊維護的自治、松散耦合的單元，每個微服務(wù)通常部署為一個容器或一組容器。

此外，云原生應(yīng)用通常遵循12因素應(yīng)用框架的原則。它們圍繞以下方面構(gòu)建：

• 性能：應(yīng)用程序在設(shè)計時考慮可擴展性，旨在在規(guī)模上表現(xiàn)良好。
• 彈性：應(yīng)用程序由伸縮性良好的小型、可擴展的組件構(gòu)建而成。
• 韌性：應(yīng)用程序?qū)收暇哂泻軓姷膹?fù)原能力，可自動更換發(fā)生故障的組件且不會中斷其他組件的運行。
• 安全性：在構(gòu)建應(yīng)用程序時考慮安全性，確保應(yīng)用程序或其數(shù)據(jù)不被攻擊者破壞。

原生架構(gòu)原則

在構(gòu)建云原生應(yīng)用程序時，首先應(yīng)構(gòu)建一個可以在多個維度上不斷移動的系統(tǒng)，以實現(xiàn)動態(tài)擴展，自動處理故障，并盡可能輕松的添加或刪除組件。以下幾個原則可以使構(gòu)建的云原生架構(gòu)更加強大、更加適應(yīng)變化并且更容易維護。

1. 自動化設(shè)計

創(chuàng)建可以部署、修復(fù)和擴展系統(tǒng)的自動化流程，并且生成相關(guān)日志和事件。構(gòu)建系統(tǒng)以自動處理：

• 提供的基礎(chǔ)架構(gòu)，如機器實例;
• CI/CD 管道中的生成、測試和部署階段;
• 基于工作負(fù)載或其他應(yīng)用程序要求的動態(tài)可擴展性;
• 備份、運行狀況監(jiān)視和故障恢復(fù)。

2. 盡可能保持無狀態(tài)

雖然一些云原生純粹主義者認(rèn)為云原生應(yīng)用程序應(yīng)該是無狀態(tài)的，但在現(xiàn)實世界中可能很難實現(xiàn)無狀態(tài)應(yīng)用程序的開發(fā)。然而也應(yīng)盡可能使用無狀態(tài)組件，因為跟蹤分布式應(yīng)用程序中的管理狀態(tài)(如當(dāng)前正在運行的實例數(shù))是困難的。無狀態(tài)組件使擴展(添加更多副本)、修復(fù)(刪除并替換為新實例)、回滾和工作負(fù)載平衡(無需關(guān)心哪個實例正在處理哪些事務(wù)的復(fù)雜邏輯)變得更加容易。

3. 彈性設(shè)計

通過在設(shè)計中添加冗余將彈性構(gòu)建到云原生應(yīng)用程序中。云原生應(yīng)用程序通過使用實例集群、數(shù)據(jù)復(fù)制以及多可用區(qū)或多區(qū)域云部署來避免單點故障。那些必須在本地運行的應(yīng)用程序應(yīng)使用混合架構(gòu)利用公有云以實現(xiàn)高可用性和災(zāi)難恢復(fù)，至少對于其某些組件而言。

一些常見的彈性機制：

• 能夠識別由連接丟失或服務(wù)超時等臨時問題引起的暫時性故障，進行重試請求;
• 實現(xiàn)斷路器模式，檢查重試操作的次數(shù)，并在后續(xù)重試時返回錯誤而不激活服務(wù);
• 允許服務(wù)在它們所依賴的其他服務(wù)出現(xiàn)故障時正常降級，并且仍提供合理的用戶體驗;
• 根據(jù)應(yīng)用程序的使用速率限制和節(jié)流來識別和限制大容量用戶;
• 使用補償事務(wù)，將業(yè)務(wù)事務(wù)分解為一系列較小的事務(wù)，更容易在分布式系統(tǒng)中實現(xiàn)事務(wù)一致性。

4. 使用微邊界構(gòu)建每個組件

云原生應(yīng)用不僅應(yīng)該從一開始就設(shè)計安全性，還應(yīng)該在假設(shè)沒有可信任組件的情況下進行設(shè)計。因為應(yīng)用程序與其用戶之間，甚至內(nèi)部組件之間可能沒有專用網(wǎng)絡(luò)，此時應(yīng)該致力于強化所有組件、加密數(shù)據(jù)并在組件之間實現(xiàn)身份驗證，使應(yīng)用程序更具彈性，并能夠在不受信任的環(huán)境中靈活地部署組件。

5. 構(gòu)建多語言架構(gòu)

云原生應(yīng)用不需要高度集成的架構(gòu)、使用相同語言編寫的組件以及使用相同的技術(shù)和框架。由于REST

API可以公開每個組件的功能，允許異構(gòu)組件相互通信和使用，因此可以在充分考慮團隊能力之后，使用能夠提供最大價值和最快上市時間的語言或技術(shù)編寫每個組件。

6. 組件不可變

通過基礎(chǔ)架構(gòu)組件不可變以引入高級別的敏捷性和靈活性。這也就意味著不允許在部署后對配置服務(wù)器或虛擬機(VM)進行修改。

在部署不可變服務(wù)器后，就可以不再對其進行修改，相反，若沒有部署不可變服務(wù)器，則應(yīng)確保已部署的服務(wù)器保持原樣且不進行任何修改，以便如果出現(xiàn)問題也可以快速輕松地更換服務(wù)器并保持應(yīng)用程序運行。

以下是使用不可變基礎(chǔ)架構(gòu)的幾個主要優(yōu)點：

• 不可變組件有助于實現(xiàn)一致且可靠的基礎(chǔ)架構(gòu)，使測試變得更加簡單明了。
• 部署不可變組件可以更簡單、更可預(yù)測。
• 不可變組件的每次部署都是版本化和自動化，這使得環(huán)境回滾更加容易和簡單。
• 配置飄逸、雪花服務(wù)器和錯誤得到緩解，甚至完全消除。
• 使用云服務(wù)時，自動伸縮也毫不費力。

可變服務(wù)器會增加成本和迭代時間，嚴(yán)重延遲上市時間，不可變的基礎(chǔ)設(shè)施則促進了敏捷開發(fā)。不可變基礎(chǔ)架構(gòu)可提高已部署環(huán)境的可靠性、一致性和效率，開發(fā)人員可以在幾分鐘內(nèi)重新創(chuàng)建環(huán)境。

云原生架構(gòu)的優(yōu)缺點

云原生架構(gòu)有許多優(yōu)點：

• 成本：云提供低成本選項，確保系統(tǒng)不間斷運行，為客戶提供服務(wù)，此外還可以利用各種云交付功能。若在企業(yè)內(nèi)部提供這些功能，則既耗時又昂貴。
• 可靠性：云環(huán)境提供彈性和可靠性選項，例如可用性區(qū)域，可以確保系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)故障，免受中斷的影響，因此避免停機造成的不可挽回的損失。
• 敏捷性：敏捷開發(fā)需要不斷的測試和優(yōu)化，這在傳統(tǒng)的整體架構(gòu)中是很困難的，因為一個小小的改變可能會破壞整個系統(tǒng)。云原生系統(tǒng)在構(gòu)建時考慮了持續(xù)變化，因此可以更輕松地更新和調(diào)整應(yīng)用程序。
• 靈活性：云原生設(shè)計與平臺無關(guān)，因此若當(dāng)前系統(tǒng)不適合開發(fā)，可以切換到新環(huán)境，而不必從頭開始重新編譯。

云原生架構(gòu)的缺點包括：

• 解決問題：在傳統(tǒng)體系架構(gòu)中可以遵循線性計劃來識別問題。而云原生設(shè)計存在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中相互連接和交互的容器，并且特定組件集之間的路徑可能不明確。如果問題的根源分散在多個容器中，則可能更難找出根本原因。
• 安全性：由于系統(tǒng)是由大量動態(tài)分布式組件構(gòu)成，云原生架構(gòu)通常更難以監(jiān)控和保護。
• 知識差距：如果開發(fā)人員不熟悉云原生系統(tǒng)，則需要重新學(xué)習(xí)，就像使用新語言一樣，重要的是需要能夠很好地理解新概念，以避免造成嚴(yán)重?fù)p失的錯誤。

在考慮構(gòu)建新的云原生架構(gòu)時，企業(yè)組織需要仔細(xì)權(quán)衡各種優(yōu)缺點，以便為業(yè)務(wù)、客戶和利益相關(guān)者做出正確的決策。