系统设计面试中 10 个微服务架构挑战

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图片来源 - ByteByteGo

朋友们好，如果你正在准备系统设计面试，那么你也必须准备微服务架构。它是很多面试官最喜欢的架构，并且能提供很多面试题材。

毫无疑问，微服务架构通过将单体应用程序分解为更小、松散耦合的服务，彻底改变了软件开发。

过去，我分享过几篇系统设计面试文章，例如API 网关与负载均衡器、正向代理与反向代理以及常见的系统设计问题，在本文中我们将讨论微服务架构的挑战。

这也是程序员必须了解的系统设计主题或概念之一。

虽然微服务方法有望提高可扩展性、灵活性和更快的开发周期，但它也带来了一系列挑战，对于开发人员来说，了解这些挑战非常重要，不仅要了解，还要有效地解决这些挑战。

虽然有很多文章讨论微服务的最佳实践，但很少有文章阐明它们提供了什么好处以及解决了哪些挑战。

在本文中，我们将探讨开发人员在使用微服务时面临的十大关键挑战，并学习克服这些挑战的有效策略。

顺便说一句，如果你正在准备系统设计面试，并且想要深入学习系统设计，那么你也可以查看ByteByteGo、Design Guru、Exponent、Educative和Udemy等网站，它们有很多很棒的系统设计课程

此外，对各种微服务模式（如服务发现、CQRS 和 Saga）的扎实了解，对于解决我们将在本文中讨论的许多挑战大有帮助，关于这一点，这里有一张来自DesignGuru.io的图表，展示了微服务中服务发现的工作原理，我们将在文章后面使用这种模式

微服务开发的十大挑战及解决方案

以下是使用微服务架构创建应用程序时可能面临的主要挑战列表

1. 服务沟通挑战

如果您曾在现实世界的微服务架构中工作过，那么您可能知道微服务严重依赖于服务间通信，随着服务数量的增长，这可能会成为一个挑战。

由于每个服务都有自己的 API 和协议，因此管理通信变得复杂。

为了解决这个问题，可以采用 REST、消息队列和事件驱动架构等通信模式。此外，还可以考虑使用API 网关 来集中通信逻辑并处理跨切关注点。

2.数据管理挑战

由于架构的分散性，跨微服务的数据管理可能非常复杂。不一致的数据模型和维护数据一致性带来了困难。

为了解决这个问题，您可以实施多语言持久性策略，使用适合每个服务特定需求的数据库。

您还应该利用事件源和CQRS（命令查询职责分离）等技术来维护数据完整性和读写操作的分离。

3. 分布式跟踪和监控挑战

由于请求跨越多个服务，监控和调试微服务应用程序变得非常具有挑战性。传统的监控工具可能无法提供所需的可见性。

为了解决这个问题，您应该集成分布式跟踪系统（如 Jaeger 或 Zipkin）来跟踪跨服务的请求。

您还可以使用集中式日志记录和监控解决方案来汇总和分析来自各种服务的日志和指标，以帮助尽早发现问题。

对于开发人员来说，调试微服务中的问题是需要处理的最大挑战之一，并且了解 Zipkin 等跟踪系统的真正工作原理。

4. 服务编排和编排挑战

微服务可以采用集中式编排，也可以采用去中心化编排。两种方法都存在各自的挑战。

协调服务可能会导致单点故障，而编排则会导致复杂性增加以及流程跟踪的难度增加。

在这种情况下，您应该努力寻求平衡，对关键工作流程采用编排，对可以独立运行的服务采用编排。

5.部署和DevOps挑战

微服务的部署涉及管理多个服务实例并确保跨不同环境的兼容性。使用传统方式部署微服务几乎是不可能的。

使用 Docker 等工具进行容器化以及使用Kubernetes进行编排可以帮助标准化部署流程，事实上，如果您想安心的话，这些是必须的。

您还应该采用DevOps 实践并自动化部署管道，以确保微服务的一致性和快速部署。

6. 跨服务测试挑战

测试微服务并不容易，由于其交互的复杂性，它需要全面的策略。

传统的单元测试可能不够。

为了解决这个问题，您可以结合集成测试、合同测试和端到端测试来验证服务交互和数据流。

您还应该实现一个强大的CI/CD 管道，以自动化整个微服务生态系统的测试。

7.安全和访问控制挑战

微服务可能会暴露大量端点，从而增加潜在的攻击面。大多数时候，你甚至可能意识不到这一点，但不用担心，几乎所有大型组织都拥有庞大的安全团队，并会支付高额费用来骚扰你。

就您而言，您应该确保跨服务的安全，管理身份验证和授权以及保护传输中的数据的安全，这些都是重大挑战。

采用零信任安全模型，实施OAuth2、JWT（JSON Web Tokens）等API安全标准，并使用具有强访问控制机制的API网关。

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8.可扩展性和资源分配

可扩展性是微服务的核心承诺，也是许多公司放弃整体架构转而采用微服务的主要驱动力之一，但它需要仔细的规划。

某些服务可能比其他服务承受更重的负载，从而导致资源分配挑战。

您应该利用 K8 等容器编排平台和工具根据需求动态分配资源。

您还可以根据 CPU 使用率或请求率等指标实现自动扩展，以确保最佳资源利用率。

9. 版本控制和兼容性挑战

随着微服务的独立发展，保持向后和向前兼容性变得至关重要。

不兼容的变化可能会破坏整个系统。

作为一名经验丰富的开发人员或技术主管，您应该在代码级别和通信协议中实现 API 的版本控制。

您还可以利用语义版本控制来清晰地传达兼容性期望。逐步淘汰旧版本，同时为迁移提供充足的支持和文档。

10.组织复杂性和沟通挑战

微服务架构可以反映组织的结构，从而带来沟通和协作方面的挑战，例如不同的团队管理不同的微服务。

重要的是，从事不同服务的跨职能团队需要协调他们的努力。

作为一名经验丰富的人士，您应该通过定期会议、共享文档和促进信息交换的工具来培养沟通和协作的文化。

系统设计面试资源：

这里精选了一些最佳系统设计书籍、在线课程和练习网站，您可以参考这些内容，更好地准备系统设计面试。这些课程中的大多数也解答了我在这里分享的问题。

1. DesignGuru 的 Grokking 系统设计课程：一个交互式学习平台，通过实践练习和真实场景来加强您的系统设计技能。

2. Alex Xu 撰写的《系统设计面试》：本书深入探讨了系统设计的概念、策略和面试准备技巧。

3. Martin Kleppmann 撰写的《设计数据密集型应用程序》：一本涵盖设计可扩展且可靠系统的原则和实践的综合指南。

4. LeetCode 系统设计标签：LeetCode 是一个流行的技术面试准备平台。LeetCode 上的系统设计标签包含各种练习题。

5. GitHub 上的“系统设计入门”：精选资源列表，包括文章、书籍和视频，可帮助您准备系统设计面试。

6. Educative 的系统设计课程：一个交互式学习平台，通过实践练习和真实场景来加强您的系统设计技能。

7. 高可扩展性博客：一个以高流量网站和可扩展系统架构的文章和案例研究为特色的博客。

8. YouTube 频道：查看“Gaurav Sen”和“Tech Dummies”等频道，获取有关系统设计概念和面试准备的深刻视频。

9. ByteByteGo：Alex Xu 编写的一本用于系统设计面试准备的在线书籍和课程。它包含《系统设计面试》第一卷和第二卷的所有内容，并将于即将更新第三卷。

10. Exponent：一个专门为亚马逊和谷歌等 FAANG 公司提供面试准备的专业网站，他们还提供很棒的系统设计课程和许多其他材料，可以帮助您破解 FAANG 面试。

另外，这里有一个很好的系统设计面试备忘单，可以快速复习基本的系统设计概念：

图像信用 - tryExponent

结论

这就是关于微服务架构的挑战及其应对方法的全部内容。微服务架构在可扩展性、灵活性和更快的开发速度方面提供了显著的优势。

然而，这些优势也伴随着一系列独特的挑战，开发人员必须有效应对。

通过采用服务通信、数据管理、监控、测试、安全等方面的最佳实践，团队可以克服这些挑战并充分发挥微服务的潜力。

随着软件开发格局的不断发展，解决这些挑战对于成功实施微服务仍然至关重要

虽然我写这篇文章是为了准备系统设计面试，但对于使用微服务并希望获得更多控制权和更好组织的经验丰富的开发人员来说，它同样有价值。

祝微服务开发一切顺利！

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