认识微服务

随着互联网行业的发展,对服务的要求也越来越高,服务架构也从单体架构逐渐演变为现在流行的微服务架构。这些架构之间有怎样的差别呢?

单体架构

单体架构:将业务的所有功能集中在一个项目中开发,打成一个包部署。

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单体架构的优缺点如下:

优点:

  • 架构简单
  • 部署成本低

缺点:

  • 耦合度高(维护困难、升级困难)

分布式架构

分布式架构:根据业务功能对系统做拆分,每个业务功能模块作为独立项目开发,称为一个服务。

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分布式架构的优缺点:

优点:

  • 降低服务耦合
  • 有利于服务升级和拓展

缺点:

  • 服务调用关系错综复杂

分布式架构虽然降低了服务耦合,但是服务拆分时也有很多问题需要思考:

  • 服务拆分的粒度如何界定?
  • 服务之间如何调用?
  • 服务的调用关系如何管理?

人们需要制定一套行之有效的标准来约束分布式架构。

微服务

微服务的架构特征:

  • 单一职责:微服务拆分粒度更小,每一个服务都对应唯一的业务能力,做到单一职责
  • 自治:团队独立、技术独立、数据独立,独立部署和交付
  • 面向服务:服务提供统一标准的接口,与语言和技术无关
  • 隔离性强:服务调用做好隔离、容错、降级,避免出现级联问题

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微服务的上述特性其实是在给分布式架构制定一个标准,进一步降低服务之间的耦合度,提供服务的独立性和灵活性。做到高内聚,低耦合。

因此,可以认为微服务是一种经过良好架构设计的分布式架构方案

但方案该怎么落地?选用什么样的技术栈?全球的互联网公司都在积极尝试自己的微服务落地方案。

其中在Java领域最引人注目的就是SpringCloud提供的方案了。

SpringCloud

SpringCloud是目前国内使用最广泛的微服务框架。官网地址:https://spring.io/projects/spring-cloud。

SpringCloud集成了各种微服务功能组件,并基于SpringBoot实现了这些组件的自动装配,从而提供了良好的开箱即用体验。

其中常见的组件包括:

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另外,SpringCloud底层是依赖于SpringBoot的,并且有版本的兼容关系,如下:

image-20210713205003790

服务拆分和远程调用

任何分布式架构都离不开服务的拆分,微服务也是一样。

服务拆分原则

这里我总结了微服务拆分时的几个原则:

  • 不同微服务,不要重复开发相同业务
  • 微服务数据独立,不要访问其它微服务的数据库
  • 微服务可以将自己的业务暴露为接口,供其它微服务调用

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服务拆分示例

前往github获取spring-cloud-demo工程https://github.com/roydonGuo/Spring-Cloud-Demo

spring-cloud-demo:父工程,管理依赖

  • order-service:订单微服务,负责订单相关业务
  • user-service:用户微服务,负责用户相关业务

要求:

  • 订单微服务和用户微服务都必须有各自的数据库,相互独立
  • 订单服务和用户服务都对外暴露Restful的接口
  • 订单服务如果需要查询用户信息,只能调用用户服务的Restful接口,不能查询用户数据库

首先,将github工程中提供的cloud-order.sqlcloud-user.sql导入到mysql中:

image-20230112191730526

cloud-user表中初始数据如下:

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cloud-order表中初始数据如下:

image-20230112191815176

cloud-order表中持有cloud-user表中的id字段。

启动后查看service中的服务。若无service栏,可alt+F8启用。

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实现远程调用案例

在order-service服务中,有一个根据id查询订单的接口:

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根据id查询订单,返回值是Order对象,如图:其中的user为null

image-20230112192639336

在user-service中有一个根据id查询用户的接口:

image-20230112192757187

查询的结果如图:

image-20230112192825376

案例需求:

修改order-service中的根据id查询订单业务,要求在查询订单的同时,根据订单中包含的userId查询出用户信息,一起返回。

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因此,我们需要在order-service中 向user-service发起一个http的请求,调用http://localhost:8081/user/{userId}这个接口。

大概的步骤是这样的:

  • 注册一个RestTemplate的实例到Spring容器
  • 修改order-service服务中的OrderService类中的queryOrderById方法,根据Order对象中的userId查询User
  • 将查询的User填充到Order对象,一起返回

注册RestTemplate

在项目中,当我们需要远程调用一个 HTTP 接口时,我们经常会用到 RestTemplate 这个类。这个类是 Spring 框架提供的一个工具类。

首先,我们在order-service服务中的OrderApplication启动类中,注册RestTemplate实例:

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@MapperScan("com.roydon.order.mapper")
@SpringBootApplication
public class OrderApplication {

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

@Bean
public RestTemplate restTemplate() {
return new RestTemplate();
}

}

实现远程调用

修改order-service服务中业务层的queryOrderById方法:

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@Service
public class OrderService {

@Resource
private OrderMapper orderMapper;

@Resource
private RestTemplate restTemplate;

public Order queryOrderById(Long orderId) {
// 1.查询订单
Order order = orderMapper.findById(orderId);
// 2.利用Bean注册的RestTemplate发起http请求,查询用户
String url = "http://localhost:8081/user/" + order.getUserId();
User user = restTemplate.getForObject(url, User.class);
// 3.封装user到order
order.setUser(user);
// 4.返回
return order;
}

}

重启服务调用查询订单接口:user实体成功封装进order实体。

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提供者与消费者

在服务调用关系中,会有两个不同的角色:

服务提供者:一次业务中,被其它微服务调用的服务。(提供接口给其它微服务)

服务消费者:一次业务中,调用其它微服务的服务。(调用其它微服务提供的接口)

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但是,服务提供者与服务消费者的角色并不是绝对的,而是相对于业务而言。

如果服务A调用了服务B,而服务B又调用了服务C,服务B的角色是什么?

  • 对于A调用B的业务而言:A是服务消费者,B是服务提供者。
  • 对于B调用C的业务而言:B是服务消费者,C是服务提供者。

因此,服务B既可以是服务提供者,也可以是服务消费者。

Eureka注册中心

假如我们的服务提供者user-service部署了多个实例,如图:

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思考几个问题:

  • order-service在发起远程调用的时候,该如何得知user-service实例的ip地址和端口?
  • 有多个user-service实例地址,order-service调用时该如何选择?
  • order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康,是不是已经宕机?

Eureka的结构和作用

这些问题都需要利用SpringCloud中的注册中心来解决,其中最广为人知的注册中心就是Eureka,其结构如下:

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回答之前的各个问题。

问题1:order-service如何得知user-service实例地址?

获取地址信息的流程如下:

  • user-service服务实例启动后,将自己的信息注册到eureka-server(Eureka服务端)。这个叫服务注册。
  • eureka-server保存服务名称到服务实例地址列表的映射关系。
  • order-service根据服务名称,拉取实例地址列表。这个叫服务发现或服务拉取。

问题2:order-service如何从多个user-service实例中选择具体的实例?

  • order-service从实例列表中利用负载均衡算法选中一个实例地址。
  • 向该实例地址发起远程调用。

问题3:order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康,是不是已经宕机?

  • user-service会每隔一段时间(默认30秒)向eureka-server发起请求,报告自己状态,称为心跳。
  • 当超过一定时间没有发送心跳时,eureka-server会认为微服务实例故障,将该实例从服务列表中剔除。
  • order-service拉取服务时,就能将故障实例排除了。

注意:一个微服务,既可以是服务提供者,又可以是服务消费者,因此eureka将服务注册、服务发现等功能统一封装到了eureka-client端

因此,接下来我们动手实践的步骤包括:

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搭建eureka-server

首先注册中心服务端:eureka-server,这必须是一个独立的微服务

创建eureka-server服务

在cloud-demo父工程下,创建一个子模块:eureka-server

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引入eureka依赖

引入SpringCloud为eureka提供的starter依赖:

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<!-- eureka 服务端 -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
</dependency>

编写启动类

给eureka-server服务编写启动类添加@EnableEurekaServer注解开启eureka的注册中心功能:

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@EnableEurekaServer
@SpringBootApplication
public class EurekaApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(EurekaApplication.class, args);
}
}

编写配置文件

编写一个application.yml文件,内容如下:

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server:
port: 10086

# 服务注册信息
spring:
application:
name: eurekaserver # eureka 服务名称

eureka:
client:
service-url: # eureka 地址信息
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

启动服务

启动微服务,然后在浏览器访问:http://127.0.0.1:10086。看到下面结果就是成功了:

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服务注册

下面,我们将user-service注册到eureka-server中去。

引入依赖

在user-service的pom文件中,引入下面的eureka-client依赖:

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<!-- eureka-client -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

配置文件

在user-service中,修改application.yml文件,添加服务名称、eureka地址:

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server:
port: 8081

spring:
datasource:
url: jdbc:mysql://localhost:3306/cloud-user?useSSL=false
username: root
password: qwer1234
driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
+ application:
+ name: userservice

+eureka:
+ client:
+ service-url:
+ defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

mybatis:
type-aliases-package: com.roydon.order.entity
configuration:
map-underscore-to-camel-case: true

logging:
level:
com.roydon: debug
pattern:
dateformat: MM-dd HH:mm:ss:SSS

启动多个user-service实例

为了演示一个服务有多个实例的场景,我们添加一个SpringBoot的启动配置,再启动一个user-service。

首先,右键复制原来的user-service启动配置:

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然后,在弹出的窗口中,填写信息:-Dserver.port=8082

image-20230112202148688

现在,SpringBoot窗口会出现两个user-service启动配置:

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不过,第一个是8081端口,第二个是8082端口。

启动两个user-service实例:

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查看eureka-server管理页面:

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服务发现

下面,我们将order-service的逻辑修改:向eureka-server拉取user-service的信息,实现服务发现。

引入依赖

之前说过,服务发现、服务注册统一都封装在eureka-client依赖,因此这一步与服务注册时一致。

在order-service的pom文件中,引入下面的eureka-client依赖:

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<!-- eureka-client -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

配置文件

服务发现也需要知道eureka地址,因此第二步与服务注册一致,都是配置eureka信息:

在order-service中,修改application.yml文件,添加服务名称、eureka地址:

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server:
port: 8080

spring:
datasource:
url: jdbc:mysql://localhost:3306/cloud-order?useSSL=false
username: root
password: qwer1234
driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
+ application:
+ name: orderservice

+eureka:
+ client:
+ service-url:
+ defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

mybatis:
type-aliases-package: com.roydon.order.entity
configuration:
map-underscore-to-camel-case: true

logging:
level:
com.roydon: debug
pattern:
dateformat: MM-dd HH:mm:ss:SSS

服务拉取和负载均衡

最后,我们要去eureka-server中拉取user-service服务的实例列表,并且实现负载均衡。

在order-service的启动类中,给RestTemplate这个Bean添加一个@LoadBalanced注解:

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@MapperScan("com.roydon.order.mapper")
@SpringBootApplication
public class OrderApplication {

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

@Bean
@LoadBalanced
public RestTemplate restTemplate() {
return new RestTemplate();
}

}

修改order-service服务中业务层的queryOrderById方法。修改访问的url路径,用服务名代替ip、端口:

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@Service
public class OrderService {

@Resource
private OrderMapper orderMapper;

@Resource
private RestTemplate restTemplate;

public Order queryOrderById(Long orderId) {
// 1.查询订单
Order order = orderMapper.findById(orderId);
// 2.利用Bean注册的RestTemplate发起http请求,查询用户
// String url = "http://localhost:8081/user/" + order.getUserId();
// 替换eureka中userservice服务
String url = "http://userservice/user/" + order.getUserId();
User user = restTemplate.getForObject(url, User.class);
// 3.封装user到order
order.setUser(user);
// 4.返回
return order;
}

}

spring会自动帮助我们从eureka-server端,根据userservice这个服务名称,获取实例列表,而后完成负载均衡。重启订单服务访问接口,服务正常运行。

Ribbon负载均衡

既然添加了@LoadBalanced注解即可实现负载均衡功能,那么原理是什么呢?

负载均衡原理

SpringCloud底层其实是利用了一个名为Ribbon的组件,来实现负载均衡功能的。

image-20210713224517686

那么我们发出的请求明明是http://userservice/user/1,怎么变成了http://localhost:8081的呢?

源码跟踪

为什么我们只输入了service名称就可以访问了呢?之前还要获取ip和端口。

显然有人帮我们根据service名称,获取到了服务实例的ip和端口。它就是LoadBalancerInterceptor,如其名,就是一个拦截器,这个类会对RestTemplate的请求进行拦截,然后从Eureka根据服务id获取服务列表,随后利用负载均衡算法得到真实的服务地址信息,替换服务id。

我们进行源码跟踪:

LoadBalancerIntercepor

在拦截器打断点再次发起请求:http://localhost:8080/order/101。查看请求过程:

image-20230112211427090

可以看到这里的intercept方法,拦截了用户的HttpRequest请求,然后做了几件事:

  • request.getURI():获取请求uri,本例中就是 http://userservice/user/1。
  • originalUri.getHost():获取uri路径的主机名,其实就是服务id,userservice
  • this.loadBalancer.execute():处理服务id,和用户请求。

这里的this.loadBalancerLoadBalancerClient类型,我们继续跟入。

LoadBalancerClient

继续跟入execute方法:RibbonLoadBalancerClient

image-20230112213856237

getServer(loadBalancer)利用内置的负载均衡算法,从server服务列表中选择一个。

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代码是这样的:

  • getLoadBalancer(serviceId):根据服务id获取ILoadBalancer,而ILoadBalancer会拿着服务id去eureka中获取服务列表并保存起来。
  • getServer(loadBalancer):利用内置的负载均衡算法,从server服务列表中选择一个。

放行后,再次访问并跟踪,发现获取的服务是8082:

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实现了负载均衡。

负载均衡策略IRule

在刚才的代码中,可以看到获取服务使通过一个getServer()方法来做负载均衡:

继续跟踪源码chooseServer方法,发现这么一段代码:

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我们看看这个rule是谁:

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这里的rule默认值是一个RoundRobinRule,看类的介绍:

image-20230112220753672

就是轮询的意思。

总结

SpringCloudRibbon的底层采用了一个拦截器,拦截了RestTemplate发出的请求,对地址做了修改。用一幅图来总结一下:

image-20210713224724673

基本流程如下:

  • 拦截我们的RestTemplate请求http://userservice/user/1
  • RibbonLoadBalancerClient会从请求url中获取服务名称,也就是user-service
  • DynamicServerListLoadBalancer根据user-service到eureka拉取服务列表
  • eureka返回列表,localhost:8081、localhost:8082
  • IRule利用内置负载均衡规则,从列表中选择一个,例如localhost:8081
  • RibbonLoadBalancerClient修改请求地址,用localhost:8081替代userservice,得到http://localhost:8081/user/1,发起真实请求

负载均衡策略

负载均衡策略

负载均衡的规则都定义在IRule接口中,而IRule有很多不同的实现类:

image-20230112220911626

默认的实现就是ZoneAvoidanceRule,是一种轮询方案。

不同规则的含义如下:

内置负载均衡规则类 规则描述
RoundRobinRule 简单轮询服务列表来选择服务器。它是Ribbon默认的负载均衡规则。
AvailabilityFilteringRule 对以下两种服务器进行忽略: (1)在默认情况下,这台服务器如果3次连接失败,这台服务器就会被设置为“短路”状态。短路状态将持续30秒,如果再次连接失败,短路的持续时间就会几何级地增加。 (2)并发数过高的服务器。如果一个服务器的并发连接数过高,配置了AvailabilityFilteringRule规则的客户端也会将其忽略。并发连接数的上限,可以由客户端的..ActiveConnectionsLimit属性进行配置。
WeightedResponseTimeRule 为每一个服务器赋予一个权重值。服务器响应时间越长,这个服务器的权重就越小。这个规则会随机选择服务器,这个权重值会影响服务器的选择。
ZoneAvoidanceRule 以区域可用的服务器为基础进行服务器的选择。使用Zone对服务器进行分类,这个Zone可以理解为一个机房、一个机架等。而后再对Zone内的多个服务做轮询。
BestAvailableRule 忽略那些短路的服务器,并选择并发数较低的服务器。
RandomRule 随机选择一个可用的服务器。
RetryRule 重试机制的选择逻

自定义负载均衡策略

通过定义IRule实现可以修改负载均衡规则,有两种方式:

  1. 代码方式:在order-service中的OrderApplication类中,定义一个新的IRule:
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@MapperScan("com.roydon.order.mapper")
@SpringBootApplication
public class OrderApplication {

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

@Bean
@LoadBalanced
public RestTemplate restTemplate() {
return new RestTemplate();
}

@Bean
public IRule randomRule() {
// 随机策略,每次请求获取的服务是随机的。
return new RandomRule();
}
}

此方法缺陷是全局策略,不能指定服务的策略,例如以后再引入一个服务那么新服务规则还是RandomRule。

  1. 配置文件方式:在order-service的application.yml文件中,添加新的配置也可以修改规则:
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server:
port: 8080

spring:
datasource:
url: jdbc:mysql://localhost:3306/cloud-order?useSSL=false
username: root
password: qwer1234
driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
application:
name: orderservice

eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

mybatis:
type-aliases-package: com.roydon.order.entity
configuration:
map-underscore-to-camel-case: true

logging:
level:
com.roydon: debug
pattern:
dateformat: MM-dd HH:mm:ss:SSS

+userservice: # 给某个微服务配置负载均衡规则,这里是userservice服务
+ ribbon:
+ NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule # 负载均衡规则类名

注意,一般用默认的负载均衡规则,不做修改。

多请求几次查看随机规则是否生效:

服务8081:

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服务8082:

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饥饿加载

Ribbon默认是采用懒加载,即第一次访问时才会去创建LoadBalanceClient,请求时间会很长。

而饥饿加载则会在项目启动时创建,降低第一次访问的耗时,通过下面配置开启饥饿加载:

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server:
port: 8080

spring:
datasource:
url: jdbc:mysql://localhost:3306/cloud-order?useSSL=false
username: root
password: qwer1234
driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
application:
name: orderservice

eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

mybatis:
type-aliases-package: com.roydon.order.entity
configuration:
map-underscore-to-camel-case: true

logging:
level:
com.roydon: debug
pattern:
dateformat: MM-dd HH:mm:ss:SSS

userservice: # 给某个微服务配置负载均衡规则,这里是userservice服务
ribbon:
NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule # 负载均衡规则

+ribbon:
+ eager-load:
+ enabled: true # 开启饥饿加载
+ clients: userservice # 指定服务

若指定多个服务:

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ribbon:
eager-load:
enabled: true # 开启饥饿加载
clients: # 指定服务
- userservice
- XXX