进入现代云技术的世界-APIGateway、ServiceMesh、OpenStack、异步化框架、云原生框架、命令式API与声明式API

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APIGateway

Service Mesh

OpenStack

异步化框架

云原生框架

命令式API与声明式API


 

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APIGateway

        API网关(API Gateway)是一个服务器——充当了客户端和内部服务之间的中间层。API网关负责处理API请求,将客户端的请求路由到相应的后端服务,并将服务的响应聚合后返回给客户端。API网关通常提供一些额外的功能,如认证、授权、限流、缓存、监控等。

API网关的主要优势包括:

  1. 隐藏内部服务:API网关可以将内部服务与外部客户端隔离,提高系统的安全性和可维护性。
  2. 路由和负载均衡:API网关可以根据请求的URL和其他信息将请求路由到相应的后端服务,并在多个实例之间进行负载均衡。
  3. API聚合:API网关可以将多个后端服务的响应聚合成一个单一的响应,简化客户端的处理逻辑。
  4. 认证和授权:API网关可以为所有后端服务提供统一的认证和授权机制,减轻了后端服务的开发和维护负担。
  5. 限流和缓存:API网关可以为API请求提供限流和缓存功能,保护后端服务免受恶意请求和过载的影响。

实例:

假设有一个电商应用程序,包含以下后端服务:

  • 用户服务:处理用户注册、登录等操作
  • 商品服务:处理商品信息的查询、添加、修改等操作
  • 订单服务:处理订单的创建、查询、支付等操作

在没有API网关的情况下,客户端需直接与这些后端服务进行通信。这可能导致安全性较低、客户端逻辑复杂、后端服务之间的耦合等问题。

引入API网关后,客户端只需要与API网关进行通信,API网关负责处理请求并将其路由到相应的后端服务。例如,当客户端请求获取商品信息时,API网关可以将请求转发给商品服务,并将商品服务的响应返回给客户端。这样,客户端无需知道后端服务的具体实现和位置,只需与API网关进行通信。

此外,API网关还可以为这些请求提供额外的功能,如认证、限流、缓存等。例如,API网关可以要求客户端提供有效的访问令牌(如JWT)才能访问受保护的API,从而确保只有经过认证的用户才能访问后端服务。

Service Mesh

        Service Mesh(服务网格)是一种基础设施层,用于处理服务到服务通信的可观测性、可靠性和安全性。服务网格通过在每个服务的网络接口旁边部署一个轻量级代理(通常称为sidecar代理),将服务间通信的复杂性从应用程序代码中抽象出来。这些代理负责处理服务间的请求和响应,提供诸如负载均衡、服务发现、认证、授权、限流、熔断、重试、监控等功能。

服务网格的主要优势包括:

  1. 解耦:服务网格将服务间通信的复杂性从应用程序代码中解耦,使开发者能够专注于业务逻辑,而无需关心底层的网络通信和协议细节。
  2. 可观测性:服务网格提供了对服务间通信的详细监控和度量,包括请求延迟、成功率、吞吐量等,有助于识别性能瓶颈和故障。
  3. 可靠性:服务网格提供了诸如负载均衡、熔断、重试等功能,提高了服务间通信的可靠性和容错能力。
  4. 安全性:服务网格可以为服务间通信提供统一的认证和授权机制,确保只有经过认证的服务才能相互访问。
  5. 易于扩展:由于服务网格是基于sidecar代理的,这意味着在添加新服务或扩展现有服务时,无需修改应用程序代码。

实例:

假设有一个微服务架构的应用程序,包含以下服务:

  • 用户服务:处理用户注册、登录等操作
  • 商品服务:处理商品信息的查询、添加、修改等操作
  • 订单服务:处理订单的创建、查询、支付等操作

没有服务网格的情况下,这些服务需在应用程序代码中处理服务间通信的复杂性,如服务发现、负载均衡、认证、授权等。这可能导致代码冗余、难以维护和扩展。

引入服务网格后,每个服务都会部署一个sidecar代理,负责处理服务间的请求和响应,提供如负载均衡、服务发现、认证、授权、限流、熔断、重试、监控等功能。服务的开发者可以专注于业务逻辑,而无需关心底层的网络通信和协议细节

例如,当订单服务需要请求用户服务以验证用户身份时,它只需将请求发送到其sidecar代理,代理会负责将请求路由到用户服务的sidecar代理,并处理响应。这个过程中,服务网格可以自动提供负载均衡、认证、授权等功能,确保服务间通信的可靠性和安全性。同时,服务网格还可以收集和分析服务间通信的度量数据,帮助开发者识别性能瓶颈和故障。

        注:轻量级代理(sidecar代理)通常是在服务网格中实现的,如Istio、Linkerd等。这些服务网格提供了现成的sidecar代理,如Istio的Envoy代理。也可以使用Go语言实现一个基本的sidecar代理。

OpenStack

        OpenStack是一个开源的云计算平台,用于构建和管理公有云、私有云和混合云基础设施。OpenStack提供了一系列模块化的组件和服务,以实现计算、存储、网络、身份认证等云计算功能。通过使用OpenStack,企业和组织可以快速搭建和部署自己的云计算环境,以满足各种业务需求。

OpenStack包括以下一些主要组件:

  1. Nova:负责计算资源管理,提供虚拟机实例的创建、调度和管理等功能。

  2. Swift:负责对象存储,提供可扩展的、高可用的分布式存储服务,用于存储非结构化数据,如图片、视频、备份等。

  3. Cinder:负责块存储,提供持久化的、可挂载的存储卷,用于虚拟机实例。

  4. Neutron:负责网络管理,提供虚拟网络、子网、路由、安全组等网络资源的创建和管理功能。

  5. Keystone:负责身份认证和授权,提供统一的认证服务、多租户支持和访问控制等功能。

  6. Glance:负责镜像管理,提供虚拟机镜像的上传、存储和共享等功能。

  7. Horizon:提供基于Web的图形界面,用于管理和监控OpenStack的各个组件和资源。

异步化框架

        异步化框架是一种编程模型,它允许程序在等待某个操作(如I/O操作、网络请求等)完成时,不阻塞当前执行线程,而是继续执行其他任务。异步化框架通过使用回调函数、Promise、async/await等机制,实现了代码的非阻塞执行,从而提高了程序的执行效率和吞吐能力

        异步化框架的主要优点是能更高效地利用系统资源,尤其在I/O密集型应用程序中,如Web服务器、网络代理等。通过使用异步化框架,可以在有限的硬件资源上处理大量的并发请求和任务。

        以下是一个使用Python的asyncio异步框架的简单示例(使用asyncio.sleep()模拟耗时操作,使用asyncio.gather()同时运行这两个异步任务foo和bar):

import asyncio

async def foo():
    print("Start foo")
    await asyncio.sleep(1)  # 模拟耗时操作
    print("End foo")

async def bar():
    print("Start bar")
    await asyncio.sleep(2)  # 模拟耗时操作
    print("End bar")

async def main():
    # 使用gather函数同时运行多个异步任务
    await asyncio.gather(foo(), bar())

# 运行异步程序
asyncio.run(main())
  • Python:asynciotornadogevent等库提供了协程支持。
  • JavaScript:使用Promiseasync/await关键字实现协程。
  • Go:使用goroutinechannel实现协程。
  • Kotlin:使用coroutines库实现协程。

云原生框架

        云原生框架是一种针对云计算环境设计的软件架构和开发模式。目标是充分利用云计算弹性、可扩展性和自动化能力,以提高应用程序的可靠性、性能和敏捷性。云原生框架通常包括以下几个核心概念:

  1. 微服务架构:将应用程序分解为多个独立的、可单独部署和扩展的服务。微服务 架构有助于提高应用程序的可维护性、可扩展性和故障隔离性。

  2. 容器化:使用容器技术(如Docker)将应用程序及其依赖项打包,以实现跨平台、跨环境的一致性部署。容器化有助于简化部署过程、提高资源利用率和降低运维成本。

  3. DevOps:整合开发和运维过程,实现持续集成、持续部署和持续监控等自动化流程。DevOps有助于提高开发效率、降低故障率和缩短发布周期。

  4. 声明式API:使用声明式API定义应用程序的配置、资源和策略,以简化管理过程并实现自动化。声明式API有助于提高可维护性、可读性和一致性。

一个典型的云原生框架实例是K8S。Kubernetes是一个开源的容器编排平台,用于自动化部署、扩展和管理容器化应用程序,提供了一系列的功能,如自动扩展、滚动更新、自我修复等,以支持云原生应用程序的开发和运行。

以下是一个简单的Kubernetes部署示例,用于部署一个基于Nginx的Web应用程序(YAML文件定义了一个Kubernetes Deployment资源,部署了一个包含3个副本的Nginx Web应用程序。Kubernetes会自动管理这些副本的部署、扩展和故障恢复等操作):

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2
        ports:
        - containerPort: 80

命令式API与声明式API

        本质都是一种编程范式命令式API关注如何执行操作以达到预期的状态,而声明式API关注描述目标状态

        命令式API中,开发者需要提供详细的步骤和控制结构(如条件、循环等),以明确地指导程序如何执行操作。命令式API具有更强的灵活性,因为它允许开发者完全控制程序的执行过程。然而,这种灵活性可能导致代码过于复杂和难以维护

        声明式API中,开发者只需描述程序的目标状态,而底层系统会自动处理实现细节。声明式API具有更高的可维护性、可读性和一致性,因为它让开发者专注于描述程序的目标状态,而无需关注底层实现细节。然而,声明式API可能在某些情况下缺乏灵活性

        示例:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-636691.html

# 命令式API示例
def double_numbers(nums):
    doubled = []
    for num in nums:
        doubled.append(num * 2)
    return doubled

result = double_numbers([1, 2, 3, 4, 5])
# 声明式API示例
result = [num * 2 for num in [1, 2, 3, 4, 5]]

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