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Proxyless Service Mesh：下一代微服务架构体系

article 2024/11/15 17:42:43

一、项目背景及意义

在当今的微服务架构中，应用程序通常被拆分成多个独立的服务，这些服务通过网络进行通信。这种架构的优势在于可以提高系统的可扩展性和灵活性，但也带来了新的挑战，比如：

服务间通信的复杂性：不同服务之间需要进行可靠的通信，处理失败重试、负载均衡等问题。
故障的容错处理：系统的复杂性给与运维及故障处理带来更大的挑战，如何快速处理故障解决线上问题，这是考验一个企业基础设施建设的重要关卡。

最初，开发者使用SDK来解决这些问题，通过在代码中集成各种库和工具来实现服务治理。然而，随着微服务架构的规模不断扩大，这种方法逐渐显现出局限性：

代码侵入性：需要在每个服务的代码中集成和配置各种库，增加了代码的复杂性和维护成本。
一致性问题：不同服务可能使用不同版本的库，导致治理逻辑不一致，SDK的升级难度凸显。

为了解决这些问题，服务网格（Service Mesh）应运而生。服务网格通过在服务间引入一个代理层（通常称为Sidecar），将服务治理的逻辑从应用代码中分离出来，实现了更好的治理和管理。然而，服务网格的引入也带来了额外的复杂性和性能开销。

在这样的背景下，我们通过Java字节码增强技术，在服务治理领域提供了一种创新的解决方案。它结合了SDK和服务网格的优点，提供了无侵入性的治理逻辑注入、灵活的扩展性和高效的性能优化。这种方法不仅简化了微服务架构中的服务治理，还提升了系统的可观测性和安全性，对于现代微服务环境具有重要意义。

二、当前的微服务架构

这个阶段引入更多的微服务治理和管理工具，使用专业的微服务框架或中间件，通过专门定制的微服务通讯协议，让应用取得更高的吞吐性能。如API网关、注册中心、分布式追踪等。DevOps和持续集成/持续部署（CI/CD）流程成熟。代表产物如Spring Cloud，Dubbo等。此时典型的微服务场景还都是具体的微服务SDK提供的治理能力。通讯流程为：SDK负责向注册中心注册当前服务信息，当需要进行服务消费时，同样向注册中心请求服务提供者信息，然后直连服务提供者IP及端口并发送请求。如下图所示：

优点: 高度可扩展、弹性和灵活性，支持高频率的发布和更新。

缺点: 系统复杂性和运维成本较高，需要成熟的技术栈和团队能力。微服务治理能力依赖SDK，升级更新成本高，需要绑定业务应用更新。

三、传统的Proxy Service Mesh

随着云原生容器化时代的到来，服务网格是一种专门用于管理微服务之间通信的基础设施层。它通常包含一组轻量级的网络代理（通常称为 sidecar），这些代理与每个服务实例一起部署，这利用了K8s中Pod的基础能力。服务网格负责处理服务间的通信、流量管理、安全性、监控和弹性等功能。这种微服务治理方式也可以称之为Proxy模式，其中SideCar即作为服务之间的Proxy。如下图所示：

优点: 主要优点是解耦业务逻辑与服务治理的能力，通过集中控制平面（control plane）简化了运维管理。

缺点: 增加了资源消耗，更高的运维挑战。

四、新一代微服务架构体系 Proxyless Service Mesh

Proxyless模式（无代理模式）是为了优化性能和减少资源消耗而引入的。传统的微服务网格通常使用边车代理（Sidecar Proxy）来处理服务之间的通信、安全、流量管理等功能。

五、业界现状

1、基于sdk方案

目前主流的RPC框架，比如grpc、dubbo、brpc等都支持相应的proxy less service mesh方案。

2、基于javaAgent方案

京东云 joylive agent

华为云 sermant

六、最终选型

我们选择通过Java Agent模式实现Proxyless模式是一种将服务网格的功能（如服务发现、负载均衡、流量管理和安全性）直接集成到Java应用程序中的方法。这种方式可以利用Java Agent在运行时对应用程序进行字节码操作，从而无缝地将服务网格功能注入到应用程序中，而无需显式修改应用代码。Java Agent模式实现Proxyless的优点如下：

性能优化：

减少网络延迟：传统的边车代理模式会引入额外的网络跳数，因为每个请求都需要通过边车代理进行处理。通过Java Agent直接将服务网格功能注入到应用程序中，可以减少这些额外的网络开销，从而降低延迟。
降低资源消耗：不再需要运行额外的边车代理，从而减少了CPU、内存和网络资源的占用。这对需要高效利用资源的应用非常重要。

简化运维：

统一管理：通过Java Agent实现Proxyless模式，所有服务网格相关的配置和管理可以集中在控制平面进行，而无需在每个服务实例中单独配置边车代理。这简化了运维工作，特别是在大型分布式系统中。
减少环境复杂性：通过消除边车代理的配置和部署，环境的复杂性降低，减少了可能出现的配置错误或版本不兼容问题。
数据局面升级：Java Agent作为服务治理数据面，天然与应用程序解耦，这点是相对于SDK的最大优点。当数据面面临版本升级迭代时，可以统一管控而不依赖于用户应用的重新打包构建。

灵活性：

无需修改源代码与现有生态系统兼容：Java Agent可以在运行时对应用程序进行字节码操作，直接在字节码层面插入服务网格相关的逻辑，而无需开发者修改应用程序的源代码。这使得现有应用能够轻松集成Proxyless模式。
动态加载和卸载：Java Agent可以在应用程序启动时或运行时动态加载和卸载。这意味着服务网格功能可以灵活地添加或移除，适应不同的运行时需求。

适用性广：