1，Istio 概述

聊聊微服务设计

似乎用上 Kubernetes ，就是微服务系统了。

碰到很多人或公司盲目崇拜 Kubernetes ，一直喊着要上 Kubernetes，但是本身既没有技术储备，也没有规划方案。想着上了 Kubernetes 之后，就会变成分布式、高性能、高逼格的微服务系统。

从经验来看，很多公司用上 Kubernetes 之后，并不会显著改善旧系统的缺点，而由于项目中充斥着大量泥球般混乱的代码、随意使用数据库事务、几百行代码的函数、过度引用其它项目的接口等，无论在 Kubernetes 上放置多少个应用实例，速度总是提示不起来。

其实这种情况是挺常见的，例如你公司的项目，跟我公司的项目。

在笔者经历当中，碰到过很多中小公司开始从单体系统转型为使用 Kubernetes 设施的系统，然而大多数对 Kubernetes 的使用局限于表面，下面来聊聊几种常见的情况。

只使用 Kubernetes 部署容器，

只使用 Kubernetes 部署容器，其它方面几乎没有变化。

此类系统加入了 Jenkins 构建 CICD 容器，构建后部署到 Kubernetes 中，但是未考虑容错处理、内外部系统通讯、没有使用可观察性系统（监控、日志、链路追踪），也没有服务发现和负载均衡。整套系统仅仅是拆分成了多个服务部署，服务之间的通讯使用固定地址写死配置文件，或者应用修改配置很麻烦。

此类系统唯一亮点是使用了 Kubernetes，可能还用上了 Redis、Mongodb 之类的数据存储系统。

可是，由于缺少合理的架构设计，系统虽然拆分出来了，其带来的好处只不过是研发小组可以包干一个项目，方便管理研发工作。

为了应对子服务通讯需要，只能不断在用户中心或其它服务增加一大套 API，以便子服务能够获取需要的信息。可是其拆分后带来的弊端更多，服务拆分造成了数据隔离（一般是同一个数据库引擎，使用不同的数据库名称），每个服务都有自己的数据库，这个时候，他们还往往忽略了分布式下的可能会出现的数据一致性问题、分布式事务问题等。

由于其缺乏足够的基础设施支撑，当服务通讯出现错误时排查问题也会变得十分困难，该项目组可能需要跟不同的小组协调排查，有可能为了一个问题修改十多次代码，不断重新部署不断追加日志，以便查找问题修复 bug。

开始使用一些中间件，完善基础设施

为了解决微服务系统中的一些问题，研发团队引入了一些中间件。

数据同步：为了解决数据隔离问题，引入了 Canal 此类数据库同步工具，例如将用户中心的用户表同步到下游，子服务可以直接在自己的数据库 join 数据，聚合信息变得更加容易。为了更加容易查询聚合数据，还将 Mysql 数据消费后同步到 ES、Kafka 等系统进行二次处理。

自动化部署与持续集成：微服务的部署实现自动化，以减少人工干预和错误。

监控与日志：集群中使用了分布式监控和日志记录，以便于跟踪和诊断问题。【Istio 可以帮到您】

服务发现与负载均衡：使用了 Consul 等服务注册和发现中间件，解决了服务通讯地址耦合配置的问题，无需人工维护服务地址列表，还带有健康检查、负载均衡等功能。【Istio 可以帮到您】

配置管理：使用 Nacos、 Apollo 等配置中心，能够动态变更服务的配置。

服务划分不合理：在微服务架构中，将系统拆分成多个独立的服务是至关重要的，然而服务划分不合理可能导致服务过度拆分或功能耦合。

数据一致性：由于微服务使用独立的数据存储，可能导致数据一致性问题。

高度耦合：服务间过度耦合可能导致修改一个服务会影响到其他服务，降低了系统的可维护性。

难以诊断与监控：由于微服务的分布式特性，系统出现问题时可能难以诊断和监控。【Istio 可以帮到您】

安全性问题：微服务间的通信可能导致安全性问题，大多数系统没有考虑到外部通讯鉴权、内部系统通讯鉴权的问题。【Istio 可以帮到您】

此类系统可以解决在服务通讯和服务故障中出现的一些问题，也提供减轻研发人员负担的中间件。

但是此类系统，可能还有很多问题。笔者下面说说所接触到的实际例子。

首先是代码耦合了太多组件。例如为了支持链路追踪、日志收集，代码中引用了很多相关的类库并且需要进行复杂的配置。

其实这些组件是可以下沉到基础设施的，这也正是笔者编写 Istio 教程的原因。

.NET 中的 ABP 框架也许正是被批评的对象之一，因为 ABP 真的太 “重” 了，想想 ABP 这么多的组件，每个模块都需要添加代码配置使用，项目光是配置这些模块、扩展服务就得写多少代码，学习成本得有多高。

想想，项目这么多模块和配置，能记得多少，每次新建一个项目都要从别的项目那里复制一堆配置和代码过去，累不。

此外，微服务之间通过网络通信，没有好的故障处理方案，也是一个常见的情况。微服务通讯可能会出现网络延迟和故障，需要采取设施使用超时、重试、熔断等容错策略来降低网络问题的影响。

实际情况下，大多数研发团队并不会处理这些问题，一个子服务直接发出 HTTP 请求，如果请求失败就直接抛出异常，或者使用的方法是在代码中加入一些组件，当请求失败时程序自动处理故障，如重试、熔断等。

例如 C# 可以使用 Polly 组件，配置对 HTTP 请求的超时、重试等策略。可是配置是写死在代码中的，如果需要变化就需要修改代码，而且研发人员不一定能够预先配置好足有优秀的参数。多加一个组件，程序的 “重量” 增加一分，维护难度也会加大。

所以说，要设计一套微服务系统并不容易。

我为什么要学 Istio

首先是，Istio 能够将很多配置下沉到基础设施层面，我们的项目代码可以减少很多组件、代码和配置。

熟话说得好，架构设计决定了系统的上限，而实现细节决定了系统的下限。

想想，如果你使用 ABP 来开发业务，当你打开项目代码时，里面的配置还记得清楚吗？每次新建项目，都要从旧项目抄一堆代码和配置，还需要在各种中间件中增加相当多的配置。笔者看过不少使用 ABP 编写的项目，里面的配置实在太多了。况且涉及的依赖包很多，不同的项目模块更新时也很容易碰到组件版本不一致导致的冲突。

前面说了，微服务通讯时，需要自动故障修复，能够自动重试、熔断，并且还需要支持服务的健康检查以及负载均衡。如果这些都在代码中配置，每个项目都需要重复劳动一次。

所以，我学习 Istio 主要原因有三点：

• 将代码中的东西丢到基础设施中去，减少代码量和复杂的配置。

• 可以学习到很多微服务设计思想。

• 更加合理地在 Kubernetes 上设计系统架构。

当然，按照公司的体量和业务支撑需求，并不一定用得上 Istio，而本身 Istio 也挺重的，学起来难度不比 Kubernetes 低。

在写本文之前，跟一个大佬聊天，他说大多数公司用不上 Istio，而用得上的公司会选择自研。其实用不用得上并不重要，重要的是你可以从学习 Isito 的时候，了解很多设计思想，了解 Istio 的这些组件解决了什么样的问题。之后，除了使用 Isito ，我们也可以使用其它方法来解决这些问题。

所以，Istio 是什么

Istio 是一个与 Kubernetes 紧密结合的服务网格(Service Mesh)，用于服务治理。

注意，Istio 是用于服务治理的，主要有流量管理、服务间安全、可观测性这几种功能。在微服务系统中，会碰到很多棘手的问题，Istio 只能解决其中一小部分。

服务治理有三种方式，第一种是每个项目中包含单独的治理逻辑，这样比较简单；第二种是将逻辑封装到 SDK 中，每个项目引用 SDK 即可，不增加或只需要少量配置或代码即可；第三种是下沉到基础设施层。Istio 便是第三种方式。

Istio 对业务是非侵入式的，完全不需要改动项目代码。

Istio 三个主要功能

接下来介绍一下 Istio 的三个主要能力。

流量管理

流量管理包括以下功能：

• 动态服务发现

• 负载均衡

• TLS 终端

• HTTP/2 与 gRPC 代理

• 熔断器

• 健康检查

• 基于百分比流量分割的分阶段发布

• 故障注入

• 丰富的指标

可观测性

Istio 支持 Jaeger、Zipkin、Skywalking 等链路追踪中间件，支持 Prometheus 收集指标数据，然后日志功能没有上面亮点，只是记录了请求的 HTTP 地址之类。Istio 的可观测性帮助我们了解应用程序的性能和行为，使得故障检测、性能分析和容量规划变得更加简单。

安全性能

主要特点是可以实现零信任网络中的服务之间通讯加密。Istio 通过自动为服务之间的通信提供双向 TLS 加密来增强安全性，同时 Istio 还提供了强大的身份验证、授权和审计功能。

Istio 原理

Istio 可以的作用原理是拦截 Kubernetes 部署 Pod 的事件，然后从 Pod 中注入一个名为 Envoy 的容器，这个容器会拦截外部到业务应用的流量。由于所有流量都被 Envoy “劫持” 了，所以 Istio 可以对流量进行分析例如收集请求信息，以及一系列的流量管理操作，也可以验证授权信息。当 Envoy 拦截流量并执行一系列操作之后，如果请求没问题，就会转发流量到业务应用的 Pod 中。

当然，由于 Envoy 需要拦截流量之后转发给业务应用，这样就多了一层转发，会导致系统响应速度会有所下降，但是增加的响应时间几乎可以忽略不计。

每个 Pod 都有一个 Envoy 负责拦截、处理和转发进出 Pod 的所有网络流量，这种方式被称为 Sidecar。

以下是 Istio Sidecar 的一些主要功能：

• 流量管理：Envoy 代理可以根据 Istio 配置的路由规则（如 VirtualService 和 DestinationRule）实现流量的转发、分割和镜像等功能。

• 安全通信：Envoy 代理负责在服务之间建立安全的双向 TLS 连接，确保服务间通信的安全性。

• 遥测数据收集：Envoy 代理可以收集关于网络流量的详细遥测数据（如延迟、成功率等），并将这些数据上报给 Istio 的遥测组件，以便进行监控和分析。

• 策略执行：Envoy 代理可以根据 Istio 配置的策略规则（如 RateLimit 和 AuthorizationPolicy）执行限流、访问控制等策略。

由于 Pod 是通过 Envoy 暴露端口的，所有进出口流量都需要经过 Envoy 的检查，所以很容易判断访问来源，如果请求方不是在 Istio 中的服务，那么 Envoy 便会拒绝访问。

在 Istio 中，Envoy 这一块称为数据平面，而负责管理集群的 istiod 组件称为控制平面。

注意，这里是 istiod ，是 Istio 负责管理集群的一种组件。

对 Istio 的介绍就到这里为止，在后面的章节中，我们会通过实际使用 Istio ，来进一步深入了解 Istio 的功能和原理。