什么是云原生开发
云原生开发,重构应用系统的新宠
随着云计算的快速发展,云原生应用已经成为应用系统建设的新方向。云原生开发以 Kubernetes 和服务网格为基础,融合微服务、DevOps 和敏捷方法论,使应用系统具备弹性扩展、故障自恢复、服务发现等优点,足以应对互联网时代快速变化的需求。本文将为您全面讲解什么是云原生开发以及如何做云原生开发。
什么是云原生开发
云原生开发是一种利用云平台优势,使用微服务、容器、服务网格、不可变基础设施等技术手段,构建弹性、可靠、自动化的云原生应用的开发模式。其核心特征包括:
- 容器化: 使用 Docker 等容器技术,将应用和运行时环境打包,以更轻量和灵活的方式交付和部署应用。
- 动态编排: 使用 Kubernetes 等编排框架,实现应用的自动部署、扩缩容、维护等。
- 微服务架构: 采用微服务架构和接口规范,拆分应用为松耦合的微服务。
- 持续交付: 借助持续集成和持续交付(CI/CD)实践,自动将代码构建、测试并部署到生产环境。
- 自动伸缩: 根据负载情况,平台可以自动调度资源,实现应用的弹性伸缩。
- 服务发现: 应用间通过服务注册与发现而非预配置与硬编码来实现互联。
- 故障自恢复: 个别服务实例故障时,平台会自动重启新实例,实现应用的自我修复。
- 监控与日志: 内置监控和日志功能,可以实时了解应用状态。
综上,云原生开发充分利用云平台的自动化和智能化优势,使用一系列敏捷技术手段构建松耦合、高弹性、易维护的下一代应用系统。
云原生开发的意义
为什么要做云原生开发?相比传统应用开发模式,它有以下显著优势:
1. 敏捷和高效
云原生开发使用容器化、微服务等模块化手段,极大提高了应用的开发效率。微服务团队可以独立开发、测试、迭代和部署服务,无需协调依赖,缩短交付时间。
2. 具备弹性和伸缩性
基于云平台的动态资源管理,应用可以按需自动扩容或缩容,有效处理突发高流量,大幅提升系统稳定性。
3. 简化运维,易于维护
应用以声明式形式部署,运维自动化。动态的服务注册发现机制也避免了硬编码的配置和部署。这大大降低了管理和维护成本。
4. 故障自恢复,高可用
应用拆分为多个微服务单元,某个服务单元故障仅影响其局部功能。平台会自动重启新实例,替代故障实例,保证整体服务的正常运行。
5. 多云和混合云部署
云原生应用可以跨公有云、私有云和混合云部署,防止供应商锁定,避免单一失败点。
6. 持续交付和部署
标准化的应用打包方式和集群环境,使持续交付(CI/CD)更为可靠。应用可以快速部署和迭代,满足业务更迭需求。
综上,云原生开发是新阶段应用架构演进的必然选择。它不仅大幅提升了应用交付效率,还使应用具备面向未来的扩展性和稳定性。
云原生应用的技术栈
要开发一个云原生应用,需要掌握哪些关键技术?下面我们来看看云原生应用的典型技术栈:
容器技术:例如 Docker 和 Rocket,用于打包和运行应用及其运行时环境。
编排引擎:例如 Kubernetes,用于自动化部署、扩缩容和管理容器。
微服务:将应用拆分为一组松耦合的微服务和接口规范。
服务网格:例如 Istio,管理服务间网络调用、负载均衡、熔断等功能。
CI/CD pipeline : 例如 Jenkins,自动化构建、测试、部署应用。
监控和日志:例如 Prometheus、Grafana、ELK,实现应用监控,日志收集和查询。
服务发现和注册:例如 Eureka、Consul,实现服务的动态注册与发现。
消息和事件驱动:通过消息队列、事件流实现服务间的异步通信。
函数计算:例如 Knative,用无服务器函数实现某些功能。
不可变基础设施:使用 IaC 工具实现基础设施即代码,保证环境一致性。
云服务:充分利用云服务,例如对象存储、CDN、消息队列等。
可以看出,云原生应用技术栈涵盖面广,但每个技术都发挥着其专长,共同构筑一个敏捷、弹性、稳定的应用架构。熟练掌握这些技术是从事云原生开发的必备技能。
如何做云原生开发
理解了云原生开发的核心理念和技术栈,我们来看看如何从零开始构建一个云原生应用。主要的步骤包括:
1. 容器化应用
使用 Docker 等技术,将应用及运行环境打包为容器镜像。一个容器中尽量只运行一个进程,拆分成多个微服务。定义应用配置、依赖、文件系统,作为镜像构建的一部分。
2. 创建 Kubernetes 集群
在公有云或者本地环境创建 Kubernetes 集群。集群将负责编排和管理容器。
3. 以微服务拆分应用
按业务功能拆分应用为多个微服务。每项微服务通过 Unique URL 对外暴露 Rest API。定义好接口契约。
4. 实现服务发现和注册
使用 Eureka、Consul 等实现服务注册表。服务启动时注册,注销时取消注册。消费者查询注册表调用服务。
5. 配置 CI/CD 流水线
使用 Jenkins、Drone 等工具,配置持续集成和持续交付流水线。源码提交后,自动编译、打包、镜像构建并部署到 Kubernetes。
6. 设计弹性伸缩机制
根据业务需求配置 Kubernetes 的 HPA 弹性伸缩。监控指标过高时自动增减 Pod 数目,实现应用的弹性扩缩容。
7. 监控和日志收集
为了实时掌握应用的运行状态和问题,云原生应用需要具备完善的监控和日志功能。
在监控方面,可以设置关键业务指标的监控,如请求响应时间、吞吐量、错误率等,设置适当的告警规则。常用的监控工具有 Prometheus、Grafana 等。
在日志方面,需要收集应用的访问日志、错误日志等,方便追踪问题。可以使用 ELK 日志平台实现日志的收集、查询与分析。也可以输出日志到第三方日志服务。
为了查询关联,需要统一设置日志字段,如请求ID等,以便将访问日志和错误日志关联起来,重建一次请求的全链路。
通过监控和日志,可以清楚了解应用的实时状态,并可以事后追溯分析问题根因,实现快速定位问题与修复问题的能力。这对于保证云原生应用的高可用与正常运行至关重要。
8. 配置服务网格
使用 Istio 等服务网格,在应用间配置动态路由、流量控制、熔断等策略。服务网格实现了微服务应用的网络管理。
9. 持续优化和监测
根据监控和用户反馈,持续优化应用性能。并建立弹性伸缩、故障转移、灰度发布等测试场景,保证应用可靠性。
10. 多云和混合云部署
将应用设计为可跨云平台部署,防止供应商锁定。根据成本和规模需求,灵活使用公有云、私有云和混合云。
通过以上步骤,我们可以将应用从单体模式逐步迁移到云原生架构,实现敏捷、弹性、容错的下一代应用系统。云原生开发需要企业范围的协作和技术积累,但回报也将是显著的。
云原生开发是应用架构演进的必然路径。它不仅能够实现快速迭代开发,还让应用具备面向未来的伸缩性和稳定性。
要做好云原生开发,企业需要从技术、过程、组织三个层面推进云原生转型。除了技术栈的学习,更需要营造支撑云原生的文化氛围。同时要注意逐步演进的路径,而非一蹴而就。
随着云原生开发的普及,我们有理由相信,软件交付的效率和质量将达到一个新的水平。云计算时代,云原生必将成为应用架构的新标准。