全链路灰度的挑战、实现思路与解决方案

作者：ZadigX

微服务架构下的灰度发布挑战

在传统的单体应用架构中，灰度发布相对简单。只需要在服务的流量入口处进行分流，通过使用 K8s Service 或各种类型的网关即可实现。然而，微服务架构引入了新的复杂性，服务之间的依赖关系错综复杂。有时候，某个功能的发布可能依赖于多个服务，要求灰度流量在整个调用链中准确路由到灰度版本的服务。传统的单个服务流量入口设置分流的做法无法满足这一需求。为了解决微服务架构下的灰度发布问题，全链路灰度发布引入了泳道（Lane）的概念。泳道将灰度视角从单个服务扩展到整个请求的调用链上，确保流量能够精确地在一组指定规则的服务之间流动，就像在预先设置好的泳道中一样。全链路灰度发布方案专为微服务架构设计，旨在应对微服务架构下的灰度发布挑战。

全链路灰度发布的实现思路

全链路灰度发布的核心在于流量泳道概念的实现，而泳道正如上文所说，是对满足指定规则的流量定下一个活动范围，它有以下两种实现思路：

第一种思路：完整环境隔离

泳道实现的主要难点在于，流量在服务间调用的过程中如何路由到正确的服务版本，但有一个简单的实现思路可以规避这个问题：复制一个包含所有微服务的完整环境，将需要灰度的服务替换为灰度版本。然后只需要在两个环境的流量入口处通过网关对流量进行规则分流，由于两套环境间存在网络隔离，灰度环境天然成为了一个灰度流量泳道。

然而，对于服务数量较多的微服务项目来说，这种方法会浪费资源，因为在灰度环境中创建非灰度服务会消耗额外的资源。如果要同时灰度多个版本，就需要创建多套完整环境，进一步增加了资源的浪费。

第二种思路：服务流量路由

若能赋予每个服务路由流量的能力，泳道的设置就可以共用正常服务从而充分利用资源，多版本的全链路灰度发布也可以同时在同一个环境中进行。具体而言，需要两个能力：全链路流量路由和全链路数据透传。

全链路流量路由

流量路由指的是服务本身发送流量时，可以根据指定规则将其路由到正确的目的地，例如带有灰度标的流量应该优先发往灰度版本的服务，全链路流量路由则要求每个服务都具备这种能力。

全链路流量路由目前有两种主流实现：

1. 基于 Istio： 采用 Istio 这个开源 Service Mesh 组件，通过在每个服务的容器中部署 Envoy 透明代理，拦截服务之间的网络通信并按指定规则转发，从而实现了全链路流量路由，无需对现有代码进行修改。
2. 基于服务发现组件： 通过支持为服务设置元数据的服务注册中心，如 Nacos，可以标记服务实例的特征，例如灰度版本。每个服务可以通过注册中心获取其他服务实例的版本信息，并通过修改代码逻辑或 Java Agent 实现流量路由。

全链路数据透传

为了实现全链路灰度发布，流量路由规则基于流量染色标记，因此需要将染色标记传递到整个请求链路中，即实现全链路数据透传能力。简单的数据透传可以基于原生的 HTTP Header、Query Parameters 等资源来实现，但在复杂的微服务场景下，应该使用 Tracing Baggage 机制。Tracing Baggage 是分布式链路跟踪工具提供的一种能力，可以携带用户自定义的键值对，主流的跟踪工具如 Skywalking 和 OpenTelemetry 都支持该功能。使用分布式链路追踪框架可以方便地进行日志记录和问题排查，特别适用于灰度发布场景下的需求。

企业发布现状的痛点分析

目前企业在选择和实施发布策略时面临以下困境：

1. 从传统部署模式转变为云原生模式后，缺乏相关能力的人才进行技术架构改造，使得企业在发布策略方面难以入手。
2. 已经找到适合产品现状的发布策略，但缺乏自动化平台或工具的支持，仍然依赖手工逐步执行，可能导致流程遗漏或人工操作失误，造成生产事故。
3. 仅实现了服务级别的灰度能力，逐个发布服务耗时长，导致发布过程缓慢，验证效果不佳。

针对以上问题，ZadigX 提供了灰度发布的解决方案，帮助企业应对这些痛点。

全链路灰度发布的实现方案

主要有 Istio、JavaAgent 等主流方案，基于流量路由的能力，ZadigX 提供了两套通用方案：

阿里云 MSE + ZadigX 

阿里云 MSE 为 Java 应用提供了便捷实现全链路灰度的能力。MSE 微服务引擎是基于 Java Agent 实现的无侵入式企业生产级服务治理产品，不需要修改任何一行业务代码，即可拥有不限于全链路灰度的治理能力，并且支持近 5 年内所有的 Spring Boot、Spring Cloud 和 Dubbo。

使用 MSE 进行灰度发布的过程中，ZadigX 可以便捷得创建灰度环境和灰度 K8S 资源、结合发布工作流编排能力，自动为 K8S 资源设置 MSE 所需的资源标记，集成了 MSE API 降低重复工作量。

Istio + Distributed Tracing + ZadigX

Istio 可以无侵入地实现全链路流量路由能力，同时还可以设置基于比例、权重、HTTP Header 等条件的流量路由，但全链路数据透传需要服务本身实现，为此需要服务接入支持 Baggage 的分布式链路追踪框架，若还没接入则会涉及到一定的改造成本。

ZadigX 可以根据指定的灰度任务与灰度标记规则，结合发布工作流编排能力与环境的监测管理能力，自动创建 Istio VirtualService 与 DistinationRule  资源以实现相应的泳道，达到了让开发者轻松进行全链路灰度发布的效果。