【热门技术】一文了解什么是云原生

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# 写在前面
🔔🔔🔔 前面我介绍了[【热门技术】一文详细解读云计算](https://blog.csdn.net/qq_37967783/article/details/131588916?spm=1001.2014.3001.5502)，今天讲讲是**云原生**，云原生这几年在圈子内已经广为流传了，但是我相信很多人并不了解到底什么是云原生，今天我们一起探讨下云原生到底是什么？
# 1、云原生的前世今生
讲到云原生就离不来要提到云计算，云原生的本质就是云原生计算，它可以拆分为**云（Cloud）、原生（Native）、计算（Computing）**，所以他的特性也就是从这3个方面去提现。

云计算是1996年戴尔公司提出来的，而2006年由亚马逊讲这个理论率先落实，推出了弹性计算云。并于2015年以后在国内掀起了云计算的浪潮。为了更好使用云的能力，Heroku于2011年提出**十二因子**的概念，它适合任何语言，也是最早的云原生的特征之一。

在这之后，2015年 Pivotal 明确地提出了云原生的概念，指出云原生是一种可以充分利用云计算优势构建和运行应用的方式。

之后 CNCF （Cloud Native Computing Foundation） 给出了云原生明确的定义：
🔔🔔🔔 **“云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中构建和运行可弹性扩展的应用。云原生的代表技术包括容器、服务网格、微服务、不可变基础设施和声明式API。这些技术能够构建容错性好、易于管理和便于观察的松耦合系统。结合可靠的自动化手段，云原生技术使工程师能够轻松地对系统做出频繁和可预测的重大变更。”**
## 🐧 1.1、什么是“十二因子”
这里插入一个介绍说明下什么是十二因子。

十二因子是一种软件开发方法论，旨在指导开发人员构建可扩展、可维护和可持续的应用程序。它由Heroku的联合创始人Adam Wiggins在2011年提出，并已成为云原生应用程序开发的行业标准之一。 
 该方法论将应用程序的构建和部署过程分解为12个独立的因子，每个因子代表着一个关键的开发原则。这些因子包括： 

1. 🌲**基准代码**：使用版本控制系统管理应用程序的代码，并将其存储在一个中心化的代码库中。 

2. 🌲**依赖关系**：明确声明和隔离应用程序所依赖的外部依赖关系，以确保环境的一致性。 

3. 🌲**配置**：将应用程序的配置信息与代码分离，以便在不同环境中进行配置管理。 

4. 🌲**后端服务**：将后端服务视为附加资源，并通过网络进行访问，以实现松耦合和可替代性。 

5. 🌲**构建、发布和运行**：将构建、发布和运行应用程序的过程分离，并确保在不同环境中保持一致。 

6. 🌲**进程**：将应用程序作为一组无状态的进程运行，使其易于扩展和管理。 

7. 🌲**端口绑定**：通过将应用程序绑定到指定的端口，使其能够接收传入的网络请求。 

8. 🌲**并发**：通过水平扩展应用程序的实例来处理并发请求，而不是依赖于垂直扩展。 

9. 🌲**服务拆分**：将应用程序拆分为多个小型服务，每个服务都专注于单一的业务功能。 

10. 🌲**部署**：使用声明性的部署工具自动化应用程序的部署过程，并确保可重复性和一致性。 

11. 🌲**日志**：将应用程序的日志视为事件流，并将其发送到标准输出或专用的日志服务中。 

12. 🌲**管理进程**：使用管理进程来执行一些管理任务，如数据库迁移、缓存清理等。 
 遵循十二因子方法论可以帮助开发人员构建出高度可扩展、易于维护和可移植的应用程序，从而提高开发效率和应用程序的可靠性。
# 2、云原生的核心要素
云原生的四要素是指构建和运行云原生应用程序所需的核心原则和组件。这些要素包括： 

 1. 🌲**容器化**：容器化是将应用程序和其所有依赖项打包到独立、可移植的容器中的过程。容器化提供了隔离性、可扩展性和可移植性，使应用程序能够在不同的环境中运行，无论是本地开发环境、测试环境还是生产环境。 

 2. 🌲**微服务架构**：微服务架构是一种将应用程序拆分为一组小型、独立的服务的方法。每个服务专注于单一的业务功能，并通过轻量级的通信机制进行交互。微服务架构具有松耦合、可伸缩和可维护的特点，使开发团队能够更快地迭代和部署新功能。 

 3. 🌲**自动化**：云原生应用程序强调自动化的重要性。自动化包括构建、测试、部署和运维等方面的自动化流程。通过自动化，可以减少人为错误，提高效率，并确保应用程序的一致性和可靠性。 

 4. 🌲**弹性和可观测性**：云原生应用程序需要具备弹性和可观测性。弹性指应用程序能够根据负载情况进行自动扩展和收缩，以满足不同的需求。可观测性指应用程序能够提供详细的监控、日志和追踪信息，以便开发人员和运维团队能够及时发现和解决问题。 

这些云原生的四要素共同构成了一种现代化的应用程序开发和部署方法，使应用程序能够更好地适应云环境的特点，并具备高可用性、可伸缩性和可维护性。


# 3、云原生的本质

云原生是一种软件架构和开发方法论，旨在充分利用云计算和容器化技术，构建可弹性扩展、高可用性和可移植的应用程序。它的本质是将应用程序设计和构建为一组松耦合的微服务，并以容器为基础进行部署和管理。 

云原生应用程序的设计原则包括： 

 1. 🌲**微服务架构**：将应用程序拆分为一组小型、独立的服务，每个服务专注于完成特定的业务功能。这种松耦合的架构使得应用程序更易于开发、测试、部署和扩展。 

 2. 🌲**容器化**：使用容器技术（如Docker）将每个微服务打包为独立的、可移植的运行时环境。容器提供了隔离性和一致的运行环境，使得应用程序可以在不同的云平台和环境中无缝迁移。 

 3. 🌲**自动化运维**：通过自动化工具和流程来管理和部署云原生应用程序。自动化可以包括持续集成和持续交付（CI/CD）、自动扩缩容、自动监控和自愈等功能，以提高应用程序的可靠性和可用性。 

 4. 🌲**弹性扩展**：云原生应用程序应具备弹性扩展的能力，能够根据负载和需求自动调整资源。这可以通过容器编排工具（如Kubernetes）和自动化扩缩容策略来实现，以确保应用程序始终具备足够的计算和存储资源。 

 5. 🌲**声明式配置**：云原生应用程序的配置应以声明式的方式进行管理，而不是手动编写脚本或配置文件。这样可以确保配置的一致性和可重复性，同时减少人为错误的风险。 

通过采用云原生的方法，组织可以更好地利用云计算和容器化技术，实现敏捷开发、快速交付和弹性扩展的应用程序。云原生还促进了开发和运维团队之间的协作和自动化，提高了软件交付的效率和质量。

# 4、云原生架构
云原生架构是一种软件架构模式，旨在支持在云环境中构建、部署和管理应用程序。它的设计理念是将应用程序与底层基础设施解耦，以提供更高的可伸缩性、弹性和可靠性。 

## 🐧 4.1、业务导向、突出服务
云原生架构的核心思想之一是以业务为导向，并突出服务。这意味着在设计云原生应用程序时，需要将业务需求放在首位，并将服务作为构建和交付业务功能的核心组件。 

云原生架构的业务导向性主要体现在以下几个方面： 

 1. 🌲**面向用户价值**：云原生应用程序应该专注于提供用户价值和满足业务需求。通过将业务需求置于首位，可以更好地理解和满足用户的期望，提供更好的用户体验。 

 2. 🌲**迭代开发和快速交付**：云原生应用程序应该支持敏捷开发和快速迭代。通过将应用程序拆分为小型、独立的服务，可以更容易进行增量开发和部署，快速交付新功能和修复问题。 

 3. 🌲**弹性和可伸缩性**：云原生应用程序应该具备弹性和可伸缩性，以适应业务的变化和流量的波动。通过自动化的方式，可以根据需求自动扩展或缩减服务的实例数量，以确保性能和可用性。 

突出服务是指将服务作为云原生应用程序的核心组件，并将其设计为可独立部署、可伸缩和可复用的组件。每个服务都应该专注于执行特定的功能，并通过定义清晰的接口和契约来与其他服务进行通信。 

通过突出服务，可以实现以下好处： 

 1. 🌲**解耦和模块化**：每个服务都是独立的，可以独立开发、部署和维护。这种解耦性和模块化使得应用程序更易于扩展和维护。 

 2. 🌲**灵活性和可替换性**：由于每个服务都是独立的，可以根据需要替换或升级特定的服务，而不会影响整个应用程序。这种灵活性使得应用程序更具适应性和可维护性。 

 3. 🌲**可复用性**：通过将功能划分为独立的服务，可以更好地实现功能的可复用性。这样可以避免重复开发，并提高开发效率。 

## 🐧 4.2、顶层设计、迭代推进
云原生顶层设计是指在构建云原生应用程序时，需要进行全局的规划和设计，以确保应用程序的整体架构和组件之间的协作能够实现业务目标并满足技术要求。 

云原生顶层设计通常包括以下几个方面： 

 1. 🌲**应用程序拆分**：将应用程序拆分为小型、独立的服务，每个服务专注于执行特定的功能。这种拆分可以提高应用程序的可伸缩性和可维护性，并支持敏捷开发和快速迭代。 

 2. 🌲**服务治理**：确保服务之间的通信和协作能够高效进行。这包括定义清晰的接口和契约，实施服务发现和注册，以及实现负载均衡和容错机制。 

 3. 🌲**弹性和可伸缩性**：设计应用程序以适应业务需求的变化和流量的波动。通过自动化的方式，根据需求自动扩展或缩减服务的实例数量，以确保性能和可用性。 

 4. 🌲**容器化和编排**：使用容器技术将服务打包为独立的运行时环境，并使用容器编排工具（如Kubernetes）进行管理和调度。这样可以实现服务的快速部署、弹性伸缩和高可用性。 

 5. 🌲**监控和日志**：建立全面的监控和日志系统，以实时监测应用程序的运行状态和性能指标，并及时发现和解决问题。 

迭代推进是指在云原生应用程序的开发和部署过程中，采用迭代的方式不断推进和优化。这意味着将开发过程分为多个迭代周期，每个周期都会交付一个可用的版本，并根据用户反馈和业务需求进行调整和改进。 

迭代推进的好处包括： 

 1. 🌲**快速交付**：通过迭代开发，可以更快地交付新功能和修复问题，从而更快地响应用户需求。 

 2. 🌲**反馈循环**：每个迭代周期都会收集用户反馈和业务需求，从而更好地理解用户期望并进行相应的调整。 

 3. 🌲**持续优化**：通过不断迭代和改进，可以逐步优化应用程序的性能、可用性和用户体验。 
## 🐧 4.3、技术前瞻、实用为本
云原生技术前瞻是指对云原生技术的未来发展进行深入探讨和预测。随着云计算和容器化技术的快速发展，云原生已经成为了构建和部署现代应用程序的标准方法。因此，对云原生技术的前景进行研究和分析，可以帮助企业和开发者更好地了解未来的趋势和方向，并做出相应的规划和决策。 

云原生技术的实用性是指在实际应用中，如何有效地运用云原生技术来构建和管理应用程序。云原生技术的实践包括使用容器化技术将应用程序打包为独立的运行时环境，使用容器编排工具进行管理和调度，以及采用微服务架构将应用程序拆分为小型、独立的服务等。通过实践云原生技术，可以提高应用程序的可伸缩性、可维护性和可移植性，同时也能够实现快速部署、弹性伸缩和高可用性。 

在云原生技术的实践中，还需要考虑安全性、监控和日志、持续集成和持续部署等方面。安全性是指如何保护应用程序和数据的安全，包括身份认证、访问控制、数据加密等。监控和日志是指建立全面的监控和日志系统，以实时监测应用程序的运行状态和性能指标，并及时发现和解决问题。持续集成和持续部署是指通过自动化的方式，实现应用程序的快速交付和部署，以提高开发效率和应用程序的质量。
## 🐧 4.4、开发运维、合二为一
云原生开发运维的合二为一是指将云原生应用程序的开发和运维过程整合在一起，以实现更高效的应用程序生命周期管理。 

传统的应用程序开发和运维是由不同的团队负责的，开发团队负责编写和测试代码，然后将代码交给运维团队进行部署和维护。这种分离的方式在一定程度上会导致开发和运维之间的沟通和协作问题，导致部署延迟和问题解决的困难。 

云原生开发运维的合二为一通过使用容器化技术和自动化工具，将开发和运维过程整合在一起，实现了更紧密的协作和更高效的应用程序管理。具体来说，以下是一些关键的合二为一实践： 

 1. 🌲**代码版本控制和持续集成/持续部署（CI/CD）**：通过使用代码版本控制系统（如Git）和CI/CD工具（如Jenkins、GitLab CI等），开发团队可以将代码的更改自动化地构建、测试和部署到生产环境中。这样可以减少人工干预和手动操作，提高部署的速度和质量。 

 2. 🌲**基础设施即代码（IaC）**：通过使用IaC工具（如Terraform、Ansible等），开发团队可以将基础设施的定义和配置也纳入到代码管理中。这样可以实现基础设施的自动化部署和管理，提高可伸缩性和可重复性。 

 3. 🌲**容器化和容器编排**：通过使用容器化技术（如Docker）和容器编排工具（如Kubernetes），开发团队可以将应用程序打包为独立的容器，并使用容器编排工具进行管理和调度。这样可以实现应用程序的快速部署、弹性伸缩和高可用性。 

 4. 🌲**监控和日志**：开发团队可以集成监控和日志系统，以实时监测应用程序的运行状态和性能指标，并及时发现和解决问题。这样可以提高应用程序的可靠性和可维护性。 
## 🐧 4.5、基础抽象、共享下沉
云原生基础抽象是指在云原生应用程序开发和运维中，通过一系列的抽象概念和工具来简化和标准化应用程序的部署、管理和扩展。这些抽象概念和工具可以帮助开发团队更好地利用云计算平台的弹性、可伸缩和可靠性特性。 

其中，共享下沉是云原生基础抽象的一种实践，它通过将共享资源下沉到平台层级，提供给应用程序使用，从而减少应用程序之间的资源冲突和竞争。具体来说，共享下沉包括以下几个方面： 

 1. 🌲**容器化**：将应用程序打包为独立的容器，包括应用程序的代码、依赖和配置等。通过容器化，可以实现应用程序的隔离和资源管理，避免不同应用程序之间的冲突。 

 2. 🌲**资源调度和管理**：通过使用容器编排工具（如Kubernetes），可以将应用程序的容器部署到云计算平台上，并进行资源调度和管理。平台可以根据应用程序的需求自动分配和管理资源，确保应用程序的性能和可靠性。 

 3. 🌲**服务发现和负载均衡**：通过使用服务发现和负载均衡的机制，可以将应用程序的请求分发到多个容器实例中，实现负载均衡和高可用性。这样可以提高应用程序的性能和可靠性。 

 4. 🌲**存储和数据管理**：云原生应用程序通常需要对数据进行存储和管理。通过使用云原生存储技术（如云存储服务、分布式文件系统等），可以实现数据的持久化和共享，确保数据的可靠性和一致性。 
## 🐧 4.6、组织适配、架构升级
云原生组织适配是指将传统的组织架构和流程进行调整和改造，以适应云原生应用程序开发和运维的需求。云原生应用程序的开发和运维方式与传统的应用程序有很大的差异，因此，组织需要进行相应的调整和升级来支持云原生架构。 

在云原生组织适配中，通常会涉及以下几个方面： 

 1. 🌲**人员调整**：云原生应用程序的开发和运维需要具备一定的技术和知识，因此，组织需要对人员进行培训和调整，以提升他们的云原生技能和意识。同时，可能需要引入新的角色，如云原生架构师、DevOps工程师等，来负责云原生应用程序的设计和管理。 

 2. 🌲**流程改进**：云原生应用程序的开发和运维流程与传统的应用程序有所不同。传统的瀑布式开发流程可能需要转变为敏捷开发和持续集成/持续交付（CI/CD）的流程。组织需要重新评估和改进现有的流程，以适应云原生架构的要求，并确保开发和运维的高效性和灵活性。 

 3. 🌲**基础设施升级**：云原生应用程序通常依赖于云计算平台和容器化技术。组织需要评估现有的基础设施，确定是否需要进行升级和改造，以支持云原生应用程序的部署和管理。可能需要引入容器编排工具（如Kubernetes）和云原生存储技术，以实现应用程序的弹性伸缩、高可用性和数据管理。 

 4. 🌲**安全和合规性**：云原生应用程序的安全和合规性是一个重要的考虑因素。组织需要建立相应的安全策略和控制措施，确保云原生应用程序的数据和系统的安全。同时，需要遵循相关的合规性要求，如GDPR、HIPAA等。 

# 5、云原生的架构特点
## 🐧 5.1、资源为本，数据驱动
云原生架构是一种设计和构建应用程序的方法，旨在充分利用云计算和容器化技术，以实现高度可伸缩、弹性和可靠的应用程序。云原生架构的特点可以总结为"资源为本，数据驱动"。 

 1. 🌲**资源为本**：云原生架构将资源视为最重要的组成部分。它充分利用云计算平台的弹性和可扩展性，通过自动化和动态分配资源，以满足应用程序的需求。云原生应用程序可以根据负载的变化自动调整资源的分配，从而提供更高的性能和可用性。 

 2. 🌲**数据驱动**：云原生架构将数据作为应用程序设计和开发的核心。它强调数据的收集、存储、分析和利用，以提供更智能和个性化的应用程序体验。云原生应用程序可以使用大数据和机器学习技术来分析和处理数据，从而提供更准确的预测和决策支持。
## 🐧 5.2、面向终态，组合编排

云原生架构是一种面向终态的架构，同时也强调组合编排的特点。 

 1. 🌲**面向终态**：云原生架构关注的是应用程序在最终运行环境中的状态，而不仅仅关注开发和部署阶段。它将应用程序的整个生命周期纳入考虑，从开发、测试、部署到运行和维护，以确保应用程序在云环境中的稳定和高效运行。 

 2. 🌲**组合编排**：云原生架构强调将各种云服务和资源进行组合编排，以构建复杂的应用程序。它允许开发人员将不同的组件和服务进行灵活组合，以满足特定的业务需求。这种组合编排的方式可以提高应用程序的灵活性和可扩展性，同时还可以简化开发和部署过程。

## 🐧 5.3、原生模式，敏捷创新
云原生架构的两个重要特点是原生模式和敏捷创新。 

 1. 🌲**原生模式**：云原生架构采用原生模式来构建和部署应用程序。这意味着应用程序是专门为云环境设计和优化的，而不是将传统的应用程序迁移到云上。原生模式的特点包括： 
    - 微服务架构：应用程序被拆分为一组小型、独立的微服务。每个微服务都有自己的功能和职责，并可以独立部署和扩展。这种模块化的架构使得应用程序更容易开发、测试和维护。 
    - 容器化：应用程序和其依赖项被打包成独立的容器。容器化可以提供更好的应用程序隔离性、可移植性和一致性。容器化技术如Docker可以帮助开发人员将应用程序和基础设施解耦，使其能够在不同的环境中运行。 
    - 弹性伸缩：云原生应用程序具备弹性伸缩的能力。它们可以根据负载情况自动增加或减少计算资源，以满足需求。这种弹性伸缩可以提高应用程序的性能和可用性，并且可以根据需求进行成本优化。 

2. 🌲**敏捷创新**：云原生架构鼓励敏捷创新的开发方法。它提供了一种快速迭代和快速交付的开发方式，以满足不断变化的业务需求。敏捷创新的特点包括： 
    - 自动化运维：云原生架构强调自动化运维，通过自动化工具和流程来减少手动操作和人为错误。自动化运维可以提高系统的稳定性和可靠性，并减少运维成本。 
    - 持续集成和持续交付：云原生架构支持持续集成和持续交付的开发流程。开发人员可以频繁地将代码集成到主干分支，并自动进行构建、测试和部署。这样可以快速地发布新功能和修复bug，以满足用户的需求。 
    - 实验和反馈：云原生架构鼓励开发人员进行实验和快速反馈。通过使用A/B测试、金丝雀发布等技术，开发人员可以快速验证新功能的效果，并根据用户反馈进行迭代和改进。 

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