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          Spring Cloud 微服務(wù)架構(gòu)的五臟六腑!

          共 7024字,需瀏覽 15分鐘

           ·

          2021-10-03 19:10

          Spring Cloud 是一個(gè)基于 Spring Boot 實(shí)現(xiàn)的微服務(wù)框架,它包含了實(shí)現(xiàn)微服務(wù)架構(gòu)所需的各種組件。

          注:Spring Boot 簡單理解就是簡化 Spring 項(xiàng)目的搭建、配置、組合的框架。因?yàn)榕c構(gòu)建微服務(wù)本身沒有直接關(guān)系,所以本文不對(duì) Spring Boot 進(jìn)行展開。

          另外本文有一些例子涉及到 Spring 和 Spring Boot,建議先了解一下 Spring 和 Spring Boot 再閱讀本文。

          本文的閱讀對(duì)象主要是沒有接觸過服務(wù)架構(gòu),想對(duì)其有一個(gè)宏觀的了解的同學(xué)。

          本文將從 Spring Cloud 出發(fā),分兩小節(jié)講述微服務(wù)框架的「五臟六腑」:

          • 第一小節(jié)「服務(wù)架構(gòu)」旨在說明的包括兩點(diǎn),一服務(wù)架構(gòu)是什么及其必要性;二是服務(wù)架構(gòu)的基本組成。為什么第一節(jié)寫服務(wù)架構(gòu)而不是微服務(wù)架構(gòu)呢?原因主要是微服務(wù)架構(gòu)本身與服務(wù)架構(gòu)有著千絲萬縷的關(guān)系,服務(wù)架構(gòu)是微服務(wù)架構(gòu)的根基。
          • 第二小節(jié)「五臟六腑」則將結(jié)合 Spring Cloud 這個(gè)特例來介紹一個(gè)完整的微服務(wù)框架的組成。
          「服務(wù)架構(gòu)」
          為了方便理解,我先講一個(gè)小故事:(改編自一知乎答主)
          Martin(微服務(wù)提出者也叫 Martin)剛來到公司時(shí)是一個(gè)基層員工,它上面有經(jīng)理、老板,那個(gè)時(shí)候所有人都聽老板的指揮。
          但是過了兩年,公司的人越來越多,原來的模式下整個(gè)公司的運(yùn)作效率太低,管理也很混亂。
          于是已經(jīng)踏上中層崗位的 Martin 建議老板進(jìn)行部門劃分(服務(wù)化),專門的部門只做專門的事情(單一職責(zé))。例如研發(fā)部門只做研發(fā),人事部門只做招聘。
          老板聽取了 Martin 的意見,對(duì)公司的組織架構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整。
          有一天,Martin 發(fā)現(xiàn)公司的部門越來越多,各個(gè)部門并不能完全知道對(duì)方所做的事情,這對(duì)跨部門協(xié)作(服務(wù)調(diào)用)帶來了困難。
          行政部門會(huì)(注冊中心)來記錄所有的部門,每當(dāng)有新的部門行政都會(huì)記錄下來(服務(wù)注冊),然后公布出來讓所有部門知道(服務(wù)發(fā)現(xiàn))。
          在新的組織架構(gòu)下,公司的效率逐步提高。老板也給 Martin 發(fā)了大量獎(jiǎng)金作為獎(jiǎng)勵(lì),Martin 從此贏取白富美走向了人生巔峰。
          這是一個(gè)公司組織架構(gòu)演變的故事,主要講的是隨著公司規(guī)模的擴(kuò)大,組織從集中化管理到分布化管理的過程。
          映射到我們的信息系統(tǒng)里來也是一樣的,隨著我們的系統(tǒng)越來越復(fù)雜,變得難以管理,也有人想到去拆分然后治理。在解決復(fù)雜問題上,分治可以說是一個(gè)屢試不爽的辦法。
          服務(wù)化即是拆解的一種手段。而上面圓括號(hào)里面的內(nèi)容其實(shí)就對(duì)應(yīng)了一個(gè)服務(wù)化架構(gòu)的最小組成元素,分別是服務(wù)、服務(wù)調(diào)用、注冊中心、服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)。有了這些基本的組成要素,就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)最簡單的服務(wù)架構(gòu)。

          面向服務(wù)的架構(gòu)和微服務(wù)架構(gòu)

          面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)和微服務(wù)架構(gòu)是目前兩種主流的服務(wù)化架構(gòu),都符合上面的例子,也有上面提到的所有組件。這兩種服務(wù)架構(gòu)有很多可以講的,但是與本文的相關(guān)性不大,本文不做會(huì)過多展開,只簡單介紹一下兩者的區(qū)別。
          準(zhǔn)確地說微服務(wù)是去 ESB(企業(yè)服務(wù)總線)的 SOA。ESB 借鑒了計(jì)算機(jī)組成原理中的通信模型 —— 總線,所有需要和外部系統(tǒng)通信的系統(tǒng),通過 ESB 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化地轉(zhuǎn)換從而消除協(xié)議、異構(gòu)系統(tǒng)之間的差異,這樣就可以利用現(xiàn)有的系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)全新的松耦合的異構(gòu)的分布式系統(tǒng)。微服務(wù)架構(gòu)去掉 ESB,本質(zhì)上是一種去中心化的思想。
          「五臟六腑」
          順著上一節(jié)的思路,從最簡單、最核心的問題出發(fā),假設(shè)服務(wù) A 要調(diào)用服務(wù) B,會(huì)有什么問題?
          • 服務(wù)在哪?(服務(wù)治理問題)
          • 怎么調(diào)用?(服務(wù)調(diào)用問題)
          這兩個(gè)是最核心的問題,也是任何微服務(wù)框架首要解決的兩個(gè)問題。
          為了解決第一個(gè)問題 Spring Cloud 提供了 Eureka、Zookeeper、Cloud Foundry、Consul 等服務(wù)治理框架的集成。它們的工作模式是將所有的微服務(wù)注冊到一個(gè) Server 上,然后通過心跳進(jìn)行服務(wù)健康監(jiān)測。這樣服務(wù) A 調(diào)用 B 時(shí)可以從注冊中心拿到可用的服務(wù) B 的地址、端口進(jìn)行調(diào)用。
          第二個(gè)服務(wù)調(diào)用有人可能認(rèn)為就是一個(gè)簡單的 HTTP 或者 RPC 調(diào)用,不是什么問題。但是在分布式的場景下,服務(wù)調(diào)用需要考慮的因素會(huì)更多。比如一個(gè)服務(wù)有多個(gè)實(shí)例,此時(shí)請(qǐng)求進(jìn)來了交給誰處理,請(qǐng)求的負(fù)載怎么平衡到各個(gè)實(shí)例,都是比較棘手的問題。Spring Cloud 提供了兩種服務(wù)調(diào)用的方式:一種是 Ribbon + restTemplate,另一種是 Feign。
          其中 Ribbon 是基于 HTTP 和 TCP 客戶端的負(fù)載均衡器,restTemplate 是 Spring 提供的 Restful 遠(yuǎn)程調(diào)用的模板,兩者結(jié)合就可以達(dá)到遠(yuǎn)程調(diào)用的負(fù)載均衡。
          而 Feign 是一個(gè)更加聲明式的 HTTP 客戶端,開發(fā)者可以像調(diào)用本地方法一樣調(diào)用它,完全感覺不到是遠(yuǎn)程調(diào)用,結(jié)合 Ribbon 也可以做負(fù)載均衡。
          既然兩個(gè)問題都得到了解決,我們就用一個(gè)例子來進(jìn)一步說明一下,例子包含了微服務(wù)中最基本的三個(gè)角色(注冊中心、服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者):
          注冊中心
          注解 @EnableEurekaServer 表示該 Spring Boot 應(yīng)用是一個(gè)注冊中心。
          @EnableEurekaServer
          @SpringBootApplication
          public class EurekaserverApplication {
             public static void main(String[] args) {
                 SpringApplication.run(EurekaserverApplication.class, args);
             }
          }

          eureka.client.registerWithEureka: false 和fetchRegistry: false 來表明自己是一個(gè) eureka server。

          server:
           port8080

          eureka:
           instance:
             hostname: localhost
           client:
             registerWithEureka: false
             fetchRegistry: false
             serviceUrl:
               defaultZonehttp://${eureka.instance.hostname}:${server.port}/eureka/

          service-hello 服務(wù)
          注解 @EnableEurekaClient 表示他是一個(gè) Eureka 客戶端,它會(huì)在注冊中心注冊自己。
          注解 @RestController 表示這是一個(gè)控制器,@RequestMapping("/hello") 表示匹配到請(qǐng)求 '/hello' 時(shí)會(huì)調(diào)用該方法進(jìn)行響應(yīng)。
          @SpringBootApplication
          @EnableEurekaClient
          @RestController
          public class ServiceHelloApplication {

             public static void main(String[] args) {
                 SpringApplication.run(ServiceHelloApplication.class, args);
             }

             @Value("${server.port}")
             String port;
             @RequestMapping("/hello")
             public String home(@RequestParam String name) {
                 return "hello "+name+",i am from port:" +port;
             }

          }

          注冊中心的地址為 http://localhost:8080/eureka/,也就是上面我們定義的。服務(wù)名為 service-hello,將會(huì)被調(diào)用者使用。
          eureka:
           client:
             serviceUrl:
               defaultZonehttp://localhost:8080/eureka/
          server:
           port8081
          spring:
           application:
             name: service-hello


          服務(wù)消費(fèi)者 service-ribbon

          假設(shè) service-ribbon 端口為 8082,當(dāng)我們訪問 http://localhost:8080/hello 時(shí),HelloControler 接收到請(qǐng)求,并調(diào)用 HelloService 中的 helloService 方法,HelloService 中通過定義的 restTemplate 去調(diào)用 http://service-hello/hello。此處要注意的是 @LoadBalanced 注解,它表示啟用負(fù)載均衡。
          @SpringBootApplication
          @EnableDiscoveryClient
          public class ServiceRibbonApplication {

             public static void main(String[] args) {
                 SpringApplication.run(ServiceRibbonApplication.class, args);
             }
             
             @Bean
             @LoadBalanced
             RestTemplate restTemplate() {
                 return new RestTemplate();
             }

          }
          @Service
          public class HelloService {

             @Autowired
             RestTemplate restTemplate;

             public String helloService(String name) {
                 return restTemplate.getForObject("http://service-hello/hello?name="+name,String.class);
             }

          }
          @RestController
          public class HelloControler {

             @Autowired
             HelloService helloService;
             
             @RequestMapping(value = "/hello")
             public String hello(@RequestParam String name){
                 return helloService.helloService(name);
             }

          }

          至此其實(shí)一個(gè)微服務(wù)應(yīng)用的雛形已經(jīng)搭建出來了,服務(wù)治理、服務(wù)調(diào)用可以說是「五臟六腑」中的「心臟」。

          「心臟」的依托
          接下來我們要進(jìn)一步思考的是「五臟六腑」中其余的部分,因?yàn)樯倭怂鼈內(nèi)艘彩腔畈痪玫摹O旅嫱ㄟ^一個(gè)問題或需求對(duì)應(yīng)一個(gè)組件的方式進(jìn)行介紹。
          服務(wù)“雪崩”與斷路器
          由于網(wǎng)絡(luò)等原因,服務(wù)并不能保證 100% 可用,如果單個(gè)服務(wù)出現(xiàn)問題,調(diào)用這個(gè)服務(wù)就會(huì)出現(xiàn)線程阻塞,此時(shí)若有大量的請(qǐng)求涌入,Servlet 容器的線程資源會(huì)被消耗殆盡,導(dǎo)致服務(wù)癱瘓。
          由于服務(wù)與服務(wù)之間存在依賴,故障會(huì)在調(diào)用鏈路上傳播,導(dǎo)致整個(gè)微服務(wù)系統(tǒng)崩潰,這就是服務(wù)故障的“雪崩”效應(yīng)。
          為了解決這個(gè)問題,Spring Cloud 提供了對(duì) Hystrix 斷路器的集成,當(dāng)服務(wù)調(diào)用失敗的頻次達(dá)到一定閾值,斷路器將被開啟,降級(jí)的策略可以開發(fā)者制定,一般是返回一個(gè)固定值。這樣就能夠避免連鎖故障。
          此外 Spring Cloud 還提供 Hystrix Dashboard 和 Hystrix Turbine,幫助我們進(jìn)行監(jiān)控和聚合監(jiān)控。
          服務(wù)暴露與路由網(wǎng)關(guān)
          微服務(wù)中的服務(wù)很多,直接暴露給用戶一是不安全,二是對(duì)用戶不友好。因此在微服務(wù)和面向服務(wù)的架構(gòu)中,通常會(huì)有一個(gè)路由網(wǎng)關(guān)的角色,來負(fù)責(zé)路由轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。對(duì)應(yīng)到 Spring Cloud 中有 Zuul 和 Gateway 兩個(gè)組件可用。什么是服務(wù)網(wǎng)關(guān)?
          路由網(wǎng)關(guān)接收了所有的用戶請(qǐng)求,有著很高的負(fù)載,因此它通常是一個(gè)集群。用戶的請(qǐng)求會(huì)先經(jīng)過一層負(fù)載均衡被發(fā)到路由網(wǎng)關(guān)。
          服務(wù)配置與配置中心
          在微服務(wù)應(yīng)用中,服務(wù)數(shù)量巨多,而每個(gè)服務(wù)不同環(huán)境都有著不同的配置,為了方便服務(wù)配置文件統(tǒng)一管理,實(shí)時(shí)更新,所以需要分布式配置中心組件。需要注意的是此處的配置與注冊中心注冊的配置信息是兩個(gè)概念,此處的配置是服務(wù)本身的一些配置信息,如下圖:
          Spring Cloud 提供了 Spring Cloud Config 組件,它支持配置服務(wù)放在配置服務(wù)的內(nèi)存中(即本地),也支持放在遠(yuǎn)程 Git 倉庫中,幫助我們管理服務(wù)的配置信息。

          信息同步與消息總線
          前一個(gè)問題講到了每個(gè)服務(wù)都有一些配置信息,那么配置信息更新了我們該怎么辦,手動(dòng)一個(gè)個(gè)去更新?當(dāng)然不是,Spring Cloud 提供了 Spring Cloud Bus 組件,它通過輕量消息代理連接各個(gè)分布的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)配置信息更新的時(shí)候,我們只要更新一個(gè)節(jié)點(diǎn)的配置,這個(gè)更新就會(huì)被廣播到這個(gè)分布式系統(tǒng)中。
          問題定位與鏈路追蹤
          在微服務(wù)系統(tǒng)中,服務(wù)之間可以相互調(diào)用,因此我們一個(gè)請(qǐng)求可能會(huì)一條調(diào)用鏈,而整個(gè)系統(tǒng)會(huì)存在一張調(diào)用網(wǎng),其中任意一個(gè)服務(wù)調(diào)用失敗或網(wǎng)絡(luò)超時(shí)都可能導(dǎo)致整個(gè)請(qǐng)求失敗。因?yàn)檎{(diào)用關(guān)系的復(fù)雜,這給問題的定位造成了極大的困難,這也是必須提供服務(wù)鏈路追蹤的原因。
          Spring Cloud 為我們提供了 Spring Cloud Sleuth 組件,它能夠跟進(jìn)一個(gè)請(qǐng)求到底有哪些服務(wù)參與,參與的順序是怎樣的,從而達(dá)到每個(gè)請(qǐng)求的步驟清晰可見。借助服務(wù)鏈路追蹤,我們可以快速定位問題。
          至此,Spring Cloud 的所有基礎(chǔ)組件都介紹完了。但是目前所有的組件介紹都是分散的,它們組合起來,完整的樣子是什么樣的?如下圖:
          偷懶偷了張圖,圖中漏掉了 Config Server 和鏈路追蹤組件。但是結(jié)合上文的介紹,我們大致可以腦補(bǔ)出這兩個(gè)東西在圖中的位置。Config Server 是一個(gè)與所有服務(wù)相連的服務(wù)集群,鏈路追蹤組件則集成在每個(gè)服務(wù)中。

          小結(jié)

          服務(wù)治理為心臟,路由網(wǎng)關(guān)、消息中心、斷路器、鏈路追蹤、配置中心等為依托,構(gòu)造了整個(gè)微服務(wù)框架的「五臟六腑」。

          當(dāng)然,一個(gè)微服務(wù)系統(tǒng)遠(yuǎn)比本文所寫的復(fù)雜得多,尤其是在不同的業(yè)務(wù)場景之下,因此想要更深入地了解它就需要我們不斷地去實(shí)踐。而作為前端,我了解這些內(nèi)容一是為了更好地了解整個(gè)請(qǐng)求的流程,二是為了后續(xù)在 SOA 中接入 Node 子服務(wù)積累相關(guān)知識(shí)。
          最后分享一句有趣的調(diào)侃 Spring 的話:在 Spring 中沒有什么是一個(gè)注解解決不了的,如果有,那么就用兩個(gè)注解。
          來源:webfe.kujiale.com/spring-could-heart/


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