目前很多企業(yè)在微服務(wù)實施和演化過程中，都會面臨技術(shù)棧的多樣性問題。整個微服務(wù)領(lǐng)域逐漸沉淀出了無數(shù)個相關(guān)組件，大家在選擇上更加困難，也為企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷帶來挑戰(zhàn)。騰訊也曾面臨這樣的痛點，因此從 2019 年開始騰訊開創(chuàng)了統(tǒng)一的微服務(wù)解決方案“北極星”（Polaris Mesh），通過北極星對這些組件進行抽象和整合，打造公司標準化的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理方案，幫助業(yè)務(wù)提升研發(fā)效率和運營質(zhì)量。

經(jīng)過兩年的發(fā)展，北極星在騰訊內(nèi)部注冊服務(wù)數(shù)量超過百萬，服務(wù)實例數(shù)量超過五百萬，接口日調(diào)用量超過三十萬億，騰訊音樂、騰訊視頻、騰訊會議、騰訊文檔、企業(yè)微信、微信支付和王者榮耀等重點產(chǎn)品均在使用。

9 月 8 日，騰訊云面向所有開發(fā)者，正式宣布開源北極星（Polaris Mesh），開放了應用在大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中的源代碼，推進以微服務(wù)為核心的開源生態(tài)建設(shè)，并希望幫助業(yè)界更好地進行分布式或者微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型。

一、從單體到微服務(wù)架構(gòu)

最近十幾年，業(yè)務(wù)架構(gòu)經(jīng)歷了從單體到分布式再到微服務(wù)的演進。單體架構(gòu)的所有代碼都在一個應用中，適合小規(guī)模或者初創(chuàng)期的業(yè)務(wù)。如果應用模塊和開發(fā)人員的數(shù)量很少，單體架構(gòu)容易開發(fā)、測試、部署和伸縮。隨著應用模塊和開發(fā)人員增加，單體架構(gòu)面臨眾多問題，例如：

• 任何修改都需要重新編譯和部署整個系統(tǒng)，變更風險大，測試成本高，編譯速度慢。
• 如果某個業(yè)務(wù)模塊存在缺陷，也會影響其他業(yè)務(wù)模塊，降低整個系統(tǒng)的可用性。
• 如果每個業(yè)務(wù)模塊的請求量不均勻，無法針對某些熱點模塊進行水平擴展。

為了解決這些問題，分布式和微服務(wù)架構(gòu)將業(yè)務(wù)模塊拆分成為獨立的服務(wù)，但是整個系統(tǒng)的復雜度也急劇上升，如果沒有配套的技術(shù)組件，分布式和微服務(wù)架構(gòu)很難落地。作為微服務(wù)方向的開發(fā)人員，我們都知道服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理是分布式和微服務(wù)架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，可以很好的幫助大家解決服務(wù)尋址、流量調(diào)度、故障容錯、訪問控制和可觀測性等問題，但這個關(guān)鍵技術(shù)目前在業(yè)界的開源解決方案卻各有利弊，并不完美。

二、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理技術(shù)

目前，業(yè)界主要有三種服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理方案：

• 第一種方案以 Spring Cloud 為代表，在開發(fā)框架中集成了一系列服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理組件。雖然在虛擬機和容器環(huán)境中可以無差別地使用，但是需要在開發(fā)時引入多個零散的功能組件，缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)面和控制面，不同的語言和框架沒有無法統(tǒng)一管理。
• 第二種是 Kubernetes Service，將服務(wù)注冊到內(nèi)置的 etcd，采用域名解析插件實現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)，但有個缺點是無法提供服務(wù)治理功能。
• 第三種是以 Istio 為代表的服務(wù)網(wǎng)格，通過劫持業(yè)務(wù)請求的方式實現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理。這種方案對開發(fā)代碼的侵入性低，具備統(tǒng)一的數(shù)據(jù)面和控制面，但是需要部署流量代理進程，同時還會增加運維成本，存在較大的資源和性能損耗。

我們認為上述三種方案各有優(yōu)劣，不是誰取代誰的問題，而是互相融合，滿足不同的業(yè)務(wù)需求。騰訊內(nèi)部絕大部分核心業(yè)務(wù)使用第一種方案，也有不少業(yè)務(wù)在 Kubernetes 上使用其他兩種方案，但是依然存在跨部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)無法打通、缺少標準化的服務(wù)治理的問題。

為了能夠融合上述三種解決方案的優(yōu)點，同時規(guī)避它們的缺點，我們開創(chuàng)了統(tǒng)一的解決方案——北極星，致力于打造騰訊新一代服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理中心，解決原有平臺存在的問題，并且支持無縫遷移，實現(xiàn)公司服務(wù)的互聯(lián)互通和統(tǒng)一治理。目前，北極星的注冊服務(wù)數(shù)量超過百萬，服務(wù)實例數(shù)量超過五百萬，接口日調(diào)用量超過三十萬億，騰訊音樂、騰訊視頻、騰訊會議、騰訊文檔、企業(yè)微信、微信支付和王者榮耀等重點業(yè)務(wù)均在使用。

三、北極星是什么？

北極星（Polaris Mesh）是騰訊自研的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理中心，以服務(wù)注冊中心為基礎(chǔ)，擴展了服務(wù)治理功能以及相應的控制面，提供多語言的客戶端實現(xiàn)，不同的開發(fā)框架可以集成使用。隨著容器化和云原生的推進，北極星也支持了 Kubernetes 服務(wù)和網(wǎng)格 Sidecar 的自動接入，實現(xiàn)了它們之間互聯(lián)互通和統(tǒng)一治理。

3.1 功能特性

北極星主要有五大功能：

• 注冊發(fā)現(xiàn)：北極星的基礎(chǔ)部分是一個大容量和高可用的服務(wù)注冊中心，除了支持多種協(xié)議的服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)，還支持對注冊的服務(wù)實例進行健康檢查，避免主調(diào)方將請求發(fā)送給異常實例。在圍繞服務(wù)構(gòu)建的分布式應用架構(gòu)中，服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要，可以提高應用的擴展能力，降低應用的遷移成本。
• 流量調(diào)度：北極星提供動態(tài)路由和負載均衡兩種類型的流量調(diào)度功能。動態(tài)路由根據(jù)請求標簽、實例標簽和標簽匹配規(guī)則，可以實現(xiàn)按地域就近、單元化隔離和金絲雀發(fā)布等多種路由策略。負載均衡將請求均衡地分配給不同的被調(diào)方實例，支持權(quán)重隨機、最小負載和權(quán)重一致性 Hash 等多種均衡算法。
• 熔斷降級：北極星支持實例、接口和服務(wù)三種粒度的熔斷策略。如果被調(diào)方的部分實例發(fā)生熔斷，將請求分配給其他實例。如果被調(diào)方的某個接口或者服務(wù)發(fā)生熔斷，根據(jù)降級策略直接返回。網(wǎng)絡(luò)抖動、機器故障和程序缺陷等因素都可能導致實例、接口或者服務(wù)出現(xiàn)異常，熔斷降級可以提高業(yè)務(wù)的請求成功率。
• 訪問控制：北極星提供鑒權(quán)和限流兩種訪問控制功能。被調(diào)方可以設(shè)置鑒權(quán)規(guī)則，允許哪些主調(diào)方訪問自己，不允許哪些主調(diào)方訪問自己。被調(diào)方也可以設(shè)置單機或者分布式限流規(guī)則，一方面防止突發(fā)流量壓垮自己，導致自己完全不可用，一方面防止部分主調(diào)方的請求量過多，消耗大量資源，影響其他主調(diào)方。
• 服務(wù)網(wǎng)格：對于上述服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理功能，北極星提供統(tǒng)一的控制面和數(shù)據(jù)面。數(shù)據(jù)面功能采用配置化的實現(xiàn)方式，控制面可以下發(fā)服務(wù)數(shù)據(jù)和治理規(guī)則到數(shù)據(jù)面，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)面的執(zhí)行策略。數(shù)據(jù)面支持?多語言?SDK 和 Sidecar 兩種模式。

3.2 系統(tǒng)組件

北極星系統(tǒng)組件分為核心和生態(tài)兩個部分：

• 核心組件：控制臺、控制面和數(shù)據(jù)面
• 生態(tài)組件：用于框架、網(wǎng)關(guān)和 Kubernetes 對接

北極星控制面既包含服務(wù)注冊中心，也包含服務(wù)治理控制面，服務(wù)治理控制面相當于業(yè)界服務(wù)網(wǎng)格的控制面。數(shù)據(jù)面分為 SDK 和 Sidecar 兩種模式。SDK 模式提供多語言的實現(xiàn)，不需要劫持業(yè)務(wù)請求，和業(yè)務(wù)請求的協(xié)議無關(guān)，適合集成在開發(fā)框架里使用。Sidecar 模式需要劫持業(yè)務(wù)請求，存在性能和資源損耗，部署和運維成本高，適合?無侵入?的開發(fā)場景。

為了降低業(yè)務(wù)的使用成本，北極星提供三種類型的生態(tài)組件。第一類用于各種開發(fā)框架和北極星數(shù)據(jù)面的無縫集成，框架用戶不需要直接調(diào)用北極星數(shù)據(jù)面，減少開發(fā)的侵入性；第二類用于各種網(wǎng)關(guān)和北極星數(shù)據(jù)面的無縫集成，支持網(wǎng)關(guān)將請求直接轉(zhuǎn)發(fā)到北極星服務(wù)；第三類生態(tài)組件只有 polaris-controller，支持 Kubernetes 服務(wù)和網(wǎng)格 Sidecar 的自動接入。

3.3 最佳實踐

目前，騰訊常用的框架、網(wǎng)關(guān)和容器平臺已經(jīng)集成北極星，形成了以北極星為核心的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理體系。下面介紹北極星在騰訊的最佳實踐：

第一，作為公司統(tǒng)一的服務(wù)發(fā)現(xiàn)平臺，實現(xiàn)公司內(nèi)網(wǎng)服務(wù)的互聯(lián)互通。北極星采用計算和存儲分離的架構(gòu)，計算層可以隨著客戶端數(shù)量的增加平行擴展，輕松支持百萬級客戶端接入。同時服務(wù)端提供同城多中心或者跨城多中心等多種部署模式，滿足不同的容災要求。

第二，為不同的開發(fā)語言和框架提供統(tǒng)一的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理功能。騰訊業(yè)務(wù)線眾多，開發(fā)語言和框架也眾多，北極星數(shù)據(jù)面支持多語言 SDK 和 Sidecar 兩種模式。框架可以直接集成相應語言的 SDK，不需要部署 Sidecar，不會增加運維成本，沒有性能和資源損耗。

第三，作為網(wǎng)關(guān)到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)的連接器。網(wǎng)關(guān)可以集成北極星，將請求直接轉(zhuǎn)發(fā)到北極星服務(wù)，實現(xiàn)微服務(wù)網(wǎng)關(guān)的能力。

第四，現(xiàn)有的開源組件主要分為兩個體系，一個圍繞服務(wù)注冊中心和開發(fā)框架打造，一個圍繞 Kubernetes 服務(wù)和網(wǎng)格打造。兩個體系各自有各自的亮點和局限，隨著容器化和云原生的推進，越來越多企業(yè)同時使用兩個體系。但是兩個體系的實現(xiàn)存在割裂，給業(yè)務(wù)增加了不必要的使用成本。北極星對兩個體系進行了融合，為虛擬機和容器環(huán)境、開發(fā)框架和網(wǎng)格提供一體化的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理方案。

四、北極星和開源生態(tài)的關(guān)系

4.1 北極星和框架

北極星客戶端可以集成到各種框架中，讓裸的開發(fā)框架快速升級為分布式和微服務(wù)框架，具備完整的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理功能。

騰訊業(yè)務(wù)常用的框架均已集成北極星，其中除了自研框架，還有 gRPC、Spring 和 Gin 等開源框架。如上所述，這些集成也會作為北極星的生態(tài)組件開源，框架用戶可以直接引入，邏輯代碼不需要任何改動。

4.2 北極星和網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)和框架的情況類似，北極星也可以和常見的開源網(wǎng)關(guān)集成使用。

4.3 北極星和 Kubernetes

隨著容器化和云原生的推進，越來越多企業(yè)開始使用 Kubernetes 部署服務(wù)，騰訊也不例外。

在 Kubernetes 環(huán)境上，除了注冊中心和框架，還有兩種服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理方案：

• Kubernetes 服務(wù)：通過 DNS 域名解析實現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)，采用 iptables 或者 IPVS 實現(xiàn)負載均衡。這種方案簡單易用，但是缺少其他服務(wù)治理能力，大規(guī)模服務(wù)存在性能瓶頸。
• 網(wǎng)格：通過劫持業(yè)務(wù)請求實現(xiàn)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理。這種方案功能全面，但是存在 CPU 和性能損耗，運維成本高。

在騰訊內(nèi)部，絕大部分業(yè)務(wù)使用注冊中心和框架的方案，也有不少業(yè)務(wù)使用 Kubernetes 服務(wù)，網(wǎng)格還在小范圍嘗試階段。

北極星提供 polaris-controller，支持 Kubernetes 服務(wù)和網(wǎng)格 Sidecar 自動注入，實現(xiàn)三種方案的聯(lián)通和統(tǒng)一治理。

五、北極星的開源規(guī)劃

北極星是在滿足騰訊業(yè)務(wù)需求的過程中，不斷演進和發(fā)展起來的，積累了騰訊超大規(guī)模服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理的經(jīng)驗，沒有一個開源組件的形態(tài)和北極星完全類似。騰訊的業(yè)務(wù)線眾多，包含即時通信、音樂視頻、金融科技和企業(yè)服務(wù)等，北極星面臨的問題和相應的解決方案具有很強的通用性。我們相信北極星也可以幫助其他企業(yè)更好地進行分布式或者微服務(wù)架構(gòu)轉(zhuǎn)型，提高業(yè)務(wù)的研發(fā)效率和運營質(zhì)量。

北極星開源版本直接來自騰訊的生產(chǎn)代碼，我們已經(jīng)將主體部分提交到社區(qū)。期待更多感興趣、有能力的開發(fā)者參與共建，后續(xù)計劃包括但不限于：

• 完善服務(wù)發(fā)現(xiàn)和治理功能
• 提供更多語言的數(shù)據(jù)面 SDK
• 優(yōu)化數(shù)據(jù)面 Sidecar 的性能
• 加強北極星和相關(guān)開源組件的集成
• 完善項目文檔
• 引入其他公司的開源愛好者

歡迎加入

截至目前，騰訊共對外開源超過 130 個優(yōu)質(zhì)項目，代碼貢獻者超過 2000 人，開源項目 star 總數(shù)超過 37 萬個。北極星作為微服務(wù)領(lǐng)域新推出的開源項目，也非常歡迎感興趣的小伙伴在北極星 Github 上提交 issue 與 PR 進行討論和貢獻，或加入北極星社區(qū)群參與社區(qū)討論。

北極星 GitHub：github.com/polarismesh…

北極星官網(wǎng)地址：polarismesh.cn/

交流群：由于群成員已達300+，請加中間件小Q妹微信（微信號：midwareQmei），并發(fā)送入群暗號“polaris”，等待驗證回復。