The Twelve-Factor 在 Cloud Native 时代是否依然适用？

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Heroku 是云应用平台的先驱，从对外提供服务以来，他们已经有上百万应用的托管和运营经验。其创始人 Adam Wiggins 根据这些经验，提出了十二要素应用宣言 。The Twelve-Factor App 定义了一个优雅的互联网应用在设计过程中，需要遵循的一些基本原则。

不过， The Twelve-Factor 是在特定的时期，针对特定的平台实践所总结出来的。12 元素依然璀璨，很多原则依然具有普适性；但是在应用全面迁移到云端的今天，Cloud Native 时代的应用开发，需要有更多与时俱进的实践新原则。The Twelve-Factor 的哪些原则依然是适用的？哪些在实践需要与时俱进？这些都是众多Cloud Native 的实践者需要探求的答案。

新原则1：微服务应该以无状态的方式运行

The Twelve-Factor 指出一个应用在运行时，应该以一个或者多个无状态的进程来运行。进程之间需要做到无状态，并且无共享。任何需要持久化的数据，都应该写入到后端服务中，譬如数据库。这一原则，目的是避免进程和进程之间的耦合。让每一个进程，能够独立于其他实体单独构建和运行。

在很多在线系统中，会使用 session(会话）来传递当前的状态。当被调用方接收到 session 后，会将它保存下来，后续的请求，都会被路由到这个服务中。这时请求和请求之间，会有严格的调用顺序。Cloud Native 的实践原则是需要避免这种情况。

在 Cloud Native 理念中，每一个功能实体实际上是以一个微服务的形式运行的。微服务是一个单独的自治系统，它可以不依赖其他服务而单独存在。所有的微服务，都应该是以一种无状态的接口对外提供服务（譬如 Restful API）。微服务自身不应该保存任何的状态。如果微服务需要持续地保存数据，应该采用的做法是：调用服务化的存储，将数据保存在另一个存储服务里面。微服务之所以小块头能发挥大能量，正是源于无状态的设计从而保证可以同时由多个实例提供服务，让服务能力能够自由的伸缩。

当然，在实际的实践过程中，特别是针对大的系统，很难做到完全无状态的拆分。对一个完整的微服务架构，会分为事务性服务和存储型服务。通常说来，事务性服务需要做到无状态设计；所有的持久化数据，可以通过存储型服务来进行存储和读取。存储型服务尽量使用云端提供的集中式的服务化存储能力，譬如云端的对象存储。

新原则 2：应通过配置来唯一定义一个系统

The Twelve-Factor 的第五条原则提到了应用需要严格区分构建、发布、运行这三个步骤：譬如直接修改处于运行状态的代码是非常不可取的做法，因为这些修改很难再同步回构建步骤。The Twelve-Factor 的第五原则，很好的规范了一个应用从开发到运营的标准化的操作流程。但是第五原则，只是保证了应用源码的唯一性。很多时候，一个系统的故障，并不仅仅是由源码导致的，很大一部分故障，和配置以及环境的变化存在关系。所以 The Twelve-Factor 的第五原则在 Cloud Native 的理念下，需要与时俱进。

Cloud Native 在实践时，是通过 Docker+ 微服务的方式去实现的。Docker 实现了 Build、Ship、Run 的统一。任何系统，都是可以通过一些配置，唯一定义出来的。当这个系统定义出来以后，应该是能够重构出来，不随着时间、运行环境或依赖条件变化而变化。同时，这个系统不管处于开发阶段、测试阶段还是运营阶段，其状态都是唯一的。

譬如，在实践过程中，可以通过 Docker Compose 的 YAML 文件唯一的定义一个容器间互联的系统。这个系统的配置是唯一确定的，可以在任何的容器环境下去执行。会有一个唯一的仓库 (Docker Registry) 来存储镜像。所有的镜像，都是通过 Dockerfile 唯一定义的。当触发了源码的变更以后，这个系统的各个组件可以自动的去构建，然后更新到“仓库”，在通过 Docker Compose 组装起来。只要遵循了这套标准化的流程，系统不会区分开发环境，测试环境，运营环境。所有的东西，就只有一个环境；这个环境，是唯一的、可定义的。

在实践这条原则时，需要遵循以下几条规范：
• 需要有唯一的源码库，并保证任何的变更都是在源码托管库中进行
• 通过 Dockerfile 来构建镜像而非通过运行中的容器来打包镜像
• 通过配置来定义容器之间的连接关系而非手动的部署

新原则 3：应该使用服务化存储

The Twelve-Factor 有一条原则是“把后端服务 (backing services) 当作附加资源”，后端服务是指程序运行所需要的通过网络调用的各种服务，如数据库（MySQL，CouchDB）、消息 / 队列系统（RabbitMQ，Beanstalkd）、SMTP 邮件发送服务（Postfix）以及缓存系统（Memcached）。这些都是作为“资源”来对待，目的是为了保证模块之间的松耦合。

作为一个系统中最重要的角色，存储模块当然必不可少。存储有很多种类：块存储、对象存储、数据库存储、缓存。传统上，我们接触比较多的是块存储。在 Cloud Native 的理念下，一个系统中，所有的组成实体都可以服务化。有事务型的服务，也有存储型服务。微服务之间是一种松散耦合的关系。服务和服务之间，是没有任何耦合关系的，只有调用关系。当一个服务，需要存储数据怎么办？一种方案是把数据存在在服务内部，这样势必导致了服务存在状态，从而限制了服务的横向扩展的能力。前面一节，我们提到了一个重要原则是，事务型服务尽量保证是无状态的。所以当一个事务型服务需要存储数据时，应该是将数据存储到另外一个存储型服务中，通过存储型服务提供的标准接口和协议读取或者写入数据。在云上我们通常使用的对象存储，或者云端的数据库，就是这种服务化的存储方式。

使用服务化存储，可以带来三个方面的好处：
• 将存储和逻辑处理分离，让系统能够自动化的重构出来
• 统一存储，不需要单独考虑服务内部存储的容错、备份等机制
• 做到事务型服务无状态，便于横向扩展

总结

The Twelve-Factor APP 作为网络应用开发的最佳实践原则，的确具有强大的生命力。每一条原则都是应用开发的珠玑。但是技术总是不停的发展，在云的时代，所有的应用都会迁移到云端，完全基于云的架构设计和开发模式需要一套全新的理念去承载。这个时候，Cloud Native 的思想应运而生。在 Cloud Native 时代，The Twelve-Factor 的核心思想依然璀璨，但是应该随着这种新的理念去延伸、发展。文章提到的三条新原则，也正是 The Twelve-Factor 的延伸。未来，随着 Cloud Native 思想在开发中使用越来越广泛，一定会延伸出更多的实践的原则。

资料附：Cloud Native 时代 12 新要素

1. 从一个代码库部署到多个环境——一个代码库，包括生产环境软件包，确保了单一的信任源，从而保证了更少的配置错误和更强的容错和复原能力。
2. 依赖管理是声明式的——云平台根据这些声明管理依赖，确保云应用所需的库和服务。
3. 配置信息保存在环境中——环境变量是一种清楚、容易理解和标准化的配置方法，特别适合用不同编程语言编写的无状态应用的使用。
4. 将后台服务视为附加的资源——将每一种资源都视为一种远程的资源，应用因此具有容错和复原能力，因为它一方面要求编码时就要考虑资源不可用的情况，另外一方面也增强微服务方法的好处。
5. 区分构建、发布和运行阶段——Cloud Native 应用的构建流程把大部分发布配置挪到开发阶段，包括实际的代码构建和运行应用所需的生产环境配置。
6. 作为无状态进程运行——尽量保持应用栈每一层的轻量级，保证 Cloud Native 基础设施的速度和效率。
7. 通过端口绑定对外暴露服务——Cloud Native 应用的服务接口优先选择 HTTP API 作为通用的集成框架。
8. 通过添加无状态进程实现横向扩展——强调无状态、无共享的设计，这意味着依赖底层平台就能实现横向扩展，不需要技术难度高的多线程编码。
9. 快速地启动，优雅地关停——假设任何进程随时都能启动和关停。
10. 开发、预发布和生产环境运行同样的应用和依赖配置——由于强调自动化和在每个阶段使用同一个云平台，如果每个人用同样的服务器配置，那么“应用在我这里是可以的”就意味着在其他人或者环境那里也是可以的。
11. 日志输出到标准输出，方便日志聚合和事件响应——当日志是由云平台而不是应用包含的库处理时，日志处理机制必须保持简单。
12. 临时任务作为短时进程运行——在 Cloud Native 中，管理任务也是一个进程，而不是特别的工具；同样重要的是，管理任务的进程不应使用秘密的 API 或者内部机制。

作者简介

刘永峰，腾讯云高级产品经理，布道师，十余年的产品及研发管理经验。国内最早一批从事可信计算研究的探索者。曾就职于中兴通讯，负责流媒体 Server 后台架构设计，Linux 内核相关的研究。2011 年起加入腾讯，一直从事公有云的产品设计，云计算市场趋势分析和研究，云计算技术的推广与普及。在技术和产品领域均具有丰富的行业经验。目前主要关注 Docker，微服务，Cloud Native， 企业云化趋势等相关领域。

感谢木环对本文的审校。

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