基于?Spring?Cloud?的微服務(wù)架構(gòu)分析
時(shí)間:2021-10-14 17:13:36
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[導(dǎo)讀]-???前言??-SpringCloud是一個(gè)相對(duì)比較新的微服務(wù)框架,2016年才推出1.0的release版本.雖然SpringCloud時(shí)間最短,但是相比Dubbo等RPC框架,SpringCloud提供的全套的分布式系統(tǒng)解決方案。SpringCloud是一系列框架的有序集合...
Spring Cloud是一系列框架的有序集合。它利用Spring Boot的開(kāi)發(fā)便利性巧妙地簡(jiǎn)化了分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā),如服務(wù)發(fā)現(xiàn)注冊(cè)、配置中心、消息總線、負(fù)載均衡、斷路器、數(shù)據(jù)監(jiān)控等,都可以用Spring Boot的開(kāi)發(fā)風(fēng)格做到一鍵啟動(dòng)和部署。Spring并沒(méi)有重復(fù)制造輪子,它只是將目前各家公司(主要是 Netflix )開(kāi)發(fā)的比較成熟、經(jīng)得起實(shí)際考驗(yàn)的服務(wù)框架組合起來(lái),通過(guò)Spring Boot風(fēng)格進(jìn)行再封裝屏蔽掉了復(fù)雜的配置和實(shí)現(xiàn)原理,最終給開(kāi)發(fā)者留出了一套簡(jiǎn)單易懂、易部署和易維護(hù)的分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具包。

1. Eureka(注冊(cè)中心)
Eureka 是 Spring Cloud 微服務(wù)架構(gòu)中的注冊(cè)中心,專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)服務(wù)的注冊(cè)與發(fā)現(xiàn),里面有一個(gè)注冊(cè)表,保存了各個(gè)服務(wù)器的 機(jī)器和端口。- Eureka服務(wù)端:也稱(chēng)服務(wù)注冊(cè)中心,同其他服務(wù)注冊(cè)中心一樣,支持高可用配置。如果Eureka以集群模式部署,當(dāng)集群中有分片出現(xiàn)故障時(shí),那么Eureka就轉(zhuǎn)入自我保護(hù)模式。它允許在分片故障期間繼續(xù)提供服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和注冊(cè),當(dāng)故障分片恢復(fù)運(yùn)行時(shí),集群中其他分片會(huì)把它們的狀態(tài)再次同步回來(lái)
- Eureka客戶(hù)端:主要處理服務(wù)的注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)??蛻?hù)端服務(wù)通過(guò)注解和參數(shù)配置的方式,嵌入在客戶(hù)端應(yīng)用程序的代碼中,在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí),Eureka客戶(hù)端想注冊(cè)中心注冊(cè)自身提供的服務(wù)并周期性地發(fā)送心跳來(lái)更新它的服務(wù)租約。同時(shí),它也能從服務(wù)端查詢(xún)當(dāng)前注冊(cè)的服務(wù)信息并把它們緩存到本地并周期性地刷新服務(wù)狀態(tài)
2. Zuul(服務(wù)網(wǎng)關(guān))
Zuul網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求給對(duì)應(yīng)的服務(wù),這個(gè)組件是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)路由的。Spring Cloud Zuul通過(guò)與Spring Cloud Eureka進(jìn)行整合,將自身注冊(cè)為Eureka服務(wù)治理下的應(yīng)用,同時(shí)從Eureka中獲得了所有其他微服務(wù)的實(shí)例信息對(duì)于路由規(guī)則的維護(hù),Zuul默認(rèn)會(huì)將通過(guò)以服務(wù)名作為ContextPath的方式來(lái)創(chuàng)建路由映射Zuul提供了一套過(guò)濾器機(jī)制,可以支持在API網(wǎng)關(guān)無(wú)附上進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)用來(lái)對(duì)微服務(wù)接口做前置過(guò)濾,已實(shí)現(xiàn)對(duì)微服務(wù)接口的攔截和校驗(yàn)3. Ribbon(負(fù)載均衡)
提供云端負(fù)載均衡,有多種負(fù)載均衡策略可供選擇,可配合服務(wù)發(fā)現(xiàn)和斷路器使用。Ribbon是一個(gè)基于HTTP和TCP的客戶(hù)端負(fù)載均衡器,它可以在通過(guò)客戶(hù)端中配置的ribbonServerList服務(wù)端列表去輪詢(xún)?cè)L問(wèn)以達(dá)到服務(wù)均衡的作用。當(dāng)Ribbon和Eureka聯(lián)合使用時(shí),Ribbon的服務(wù)實(shí)例清單RibbonServerList會(huì)被DiscoveryEnabledNIWSServerList重寫(xiě),擴(kuò)展成從Eureka注冊(cè)中心中獲取服務(wù)端列表。同時(shí)它也會(huì)用NIWSDiscoveryPing來(lái)取代IPing,它將職責(zé)委托給Eureka來(lái)去定服務(wù)端是否已經(jīng)啟動(dòng)在客戶(hù)端負(fù)載均衡中,所有客戶(hù)端節(jié)點(diǎn)都維護(hù)著自己要訪問(wèn)的服務(wù)端清單,而這些服務(wù)端的清單來(lái)自于服務(wù)注冊(cè)中心(比如Eureka)。在客戶(hù)端負(fù)載均衡中也需要心跳去維護(hù)服務(wù)端清單的健康性,只是這個(gè)步驟需要與服務(wù)注冊(cè)中心配合完成。通過(guò)Spring Cloud Ribbon的封裝,我們?cè)谖⒎?wù)架構(gòu)中使用客戶(hù)端負(fù)載均衡調(diào)用只需要如下兩步:- 服務(wù)提供者只需要啟動(dòng)多個(gè)服務(wù)實(shí)例并且注冊(cè)到一個(gè)注冊(cè)中心或是多個(gè)相關(guān)聯(lián)的服務(wù)注冊(cè)中心
- 服務(wù)消費(fèi)者直接通過(guò)調(diào)用被@LoadBalanced注解修飾過(guò)的RestTemplate來(lái)實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的接口調(diào)用
4. Hystrix(熔斷保護(hù)器)
熔斷器,容錯(cuò)管理工具,旨在通過(guò)熔斷機(jī)制控制服務(wù)和第三方庫(kù)的節(jié)點(diǎn),從而對(duì)延遲和故障提供更強(qiáng)大的容錯(cuò)能力。提供線程池不同的服務(wù)走不同的線程池,實(shí)現(xiàn)了不同服務(wù)調(diào)用的隔離,避免了服務(wù)器雪崩的問(wèn)題。在微服務(wù)架構(gòu)中,存在著那么多的服務(wù)單元,若一個(gè)單元出現(xiàn)故障,就很容易因依賴(lài)關(guān)系而引發(fā)故障的蔓延,最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓,這樣的架構(gòu)相較傳統(tǒng)架構(gòu)更加不穩(wěn)定。為了解決這樣的問(wèn)題,產(chǎn)生了斷路器等一系列的服務(wù)保護(hù)機(jī)制在分布式架構(gòu)中,當(dāng)某個(gè)服務(wù)單元發(fā)生故障之后,通過(guò)斷路器的故障監(jiān)控,向調(diào)用方返回一個(gè)錯(cuò)誤響應(yīng),而不是長(zhǎng)時(shí)間的等待。這樣就不會(huì)使得線程因調(diào)用故障服務(wù)被長(zhǎng)時(shí)間占用不釋放,避免了故障在分布式系統(tǒng)中的蔓延Hystrix具備服務(wù)降級(jí)、服務(wù)熔斷、線程和信號(hào)隔離、請(qǐng)求緩存、請(qǐng)求合并以及服務(wù)監(jiān)控等強(qiáng)大功能Hystrix使用艙壁模式實(shí)現(xiàn)線程池的隔離,它會(huì)為每一個(gè)依賴(lài)服務(wù)創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的線程池,這樣就算某個(gè)依賴(lài)服務(wù)出現(xiàn)延遲過(guò)高的情況,也只是對(duì)該依賴(lài)服務(wù)的調(diào)用產(chǎn)生影響,而不會(huì)拖慢其他的依賴(lài)服務(wù)
5. Feign(REST轉(zhuǎn)換器)
基于動(dòng)態(tài)代理機(jī)制,根據(jù)注解和選擇的機(jī)器,拼接請(qǐng)求url地址,發(fā)起請(qǐng)求。Feign的關(guān)鍵機(jī)制是使用了動(dòng)態(tài)代理- 首先,對(duì)某個(gè)接口定義了@FeignClient注解,F(xiàn)eign就會(huì)針對(duì)這個(gè)接口創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)代理
- 接著調(diào)用接口的時(shí)候,本質(zhì)就是調(diào)用Feign創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)代理
- Feign的動(dòng)態(tài)代理會(huì)根據(jù)在接口上的@RequestMapping等注解,來(lái)動(dòng)態(tài)構(gòu)造要請(qǐng)求的服務(wù)的地址
- 針對(duì)這個(gè)地址,發(fā)起請(qǐng)求、解析響應(yīng)
- 首先Ribbon會(huì)從Eureka Client里獲取到對(duì)應(yīng)的服務(wù)注冊(cè)表,也就知道了所有的服務(wù)都部署在了哪些機(jī)器上,在監(jiān)聽(tīng)哪些端口
- 然后Ribbon就可以使用默認(rèn)的Round Robin算法,從中選擇一臺(tái)機(jī)器
- Feign就會(huì)針對(duì)這臺(tái)機(jī)器,構(gòu)造并發(fā)起請(qǐng)求
6. Config(分布式配置)
配置管理工具包,讓你可以把配置放到遠(yuǎn)程服務(wù)器,集中化管理集群配置,目前支持本地存儲(chǔ)、Git以及Subversion。
- 一個(gè)獨(dú)立的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),為保證獨(dú)立自治,以及內(nèi)部多個(gè)微服務(wù)模塊間的交互集成,最好啟用獨(dú)立的服務(wù)注冊(cè)中心實(shí)現(xiàn)服務(wù)注冊(cè),發(fā)現(xiàn)能力。即開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部多個(gè)微服務(wù)模塊間的集成,不需要通過(guò)網(wǎng)關(guān),只需要通過(guò)服務(wù)注冊(cè)中心進(jìn)行集成即可。
- 開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)需要暴露能力給外部,包括暴露能力給其它的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),需要考慮將該API接口注冊(cè)到外部的網(wǎng)關(guān)上。在這里建議是拆分兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)關(guān),一個(gè)是內(nèi)部API網(wǎng)關(guān),一個(gè)是放置到DMZ區(qū)面對(duì)公網(wǎng)訪問(wèn)的API網(wǎng)關(guān)。對(duì)于服務(wù)如果同時(shí)涉及到內(nèi)部和外部使用,則兩邊注冊(cè)。建議不要通過(guò)兩次網(wǎng)關(guān)去路由,一個(gè)是影響性能,一個(gè)是不方便后續(xù)問(wèn)題排查。
- 構(gòu)建在開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)之外的API網(wǎng)關(guān)必須具備負(fù)載均衡能力,可以配置多個(gè)IP地址。通過(guò)該API網(wǎng)關(guān)也最好具備和Docker容器擴(kuò)展后的服務(wù)自動(dòng)注冊(cè)和地址加入擴(kuò)展能力。

Eureka 的競(jìng)品分析:Nacos、ZooKeeper、Etcd
服務(wù)發(fā)現(xiàn)是一個(gè)古老的話題,當(dāng)應(yīng)用開(kāi)始脫離單機(jī)運(yùn)行和訪問(wèn)時(shí),服務(wù)發(fā)現(xiàn)就誕生了。目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是每個(gè)主機(jī)都有一個(gè)獨(dú)立的IP地址,那么服務(wù)發(fā)現(xiàn)基本上都是通過(guò)某種方式獲取到服務(wù)所部署的IP地址。DNS協(xié)議是最早將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)翻譯為網(wǎng)絡(luò)IP的協(xié)議,在最初的架構(gòu)選型中,DNS LVS Nginx基本可以滿足所有的RESTful服務(wù)的發(fā)現(xiàn),此時(shí)服務(wù)的IP列表通常配置在Nginx或者LVS。后來(lái)出現(xiàn)了RPC服務(wù),服務(wù)的上下線更加頻繁,人們開(kāi)始尋求一種能夠支持動(dòng)態(tài)上下線并且推送IP列表變化的注冊(cè)中心產(chǎn)品。
Eureka
- Spring Cloud Eureka所選擇的是AP,采用的是去中心化結(jié)構(gòu),放棄了強(qiáng)一致性。也就是說(shuō)Eureka集群中的各個(gè)結(jié)點(diǎn)都是平等的,沒(méi)有主從的概念。通過(guò)互相注冊(cè)的方式來(lái)進(jìn)行消息同步和保證高可用。并且一個(gè)Eureka Server結(jié)點(diǎn)掛掉了,還有其他同等的結(jié)點(diǎn)來(lái)提供服務(wù),并不會(huì)引發(fā)服務(wù)的中斷
- Eureka只能當(dāng)注冊(cè)中心,想搞配置中心的話,還得搭配Spring Cloud Config Spring Cloud Bus。其中后者支持Rabbiimq和Kafka兩種模式。
- 使用Java語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)的,并且也是Spring Cloud的子項(xiàng)目,所以可以直接通過(guò)引入jar包的方式來(lái)集成Eureka,這點(diǎn)非常方便
1. ZooKeeper
這是一款經(jīng)典的服務(wù)注冊(cè)中心產(chǎn)品(雖然它最初的定位并不在于此),在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,它是國(guó)人在提起RPC服務(wù)注冊(cè)中心時(shí)心里想到的唯一選擇,這很大程度上與Dubbo在中國(guó)的普及程度有關(guān)。- Apache Zookeeper所選擇的是CP,也就是放棄了高可用性。Zookeeper集群在進(jìn)行消息同步的時(shí)候,必須有一半以上結(jié)點(diǎn)完成了同步才會(huì)返回;而當(dāng)Master結(jié)點(diǎn)掛了或者集群中有過(guò)半的結(jié)點(diǎn)不能工作了,此時(shí)就會(huì)觸發(fā)故障恢復(fù),重新進(jìn)行Master選舉。在這個(gè)過(guò)程中,整個(gè)Zookeeper集群無(wú)法對(duì)外提供服務(wù),從而實(shí)去了A(可用性)
- 為了達(dá)到C,Zookeeper采用的是自己的ZAB協(xié)議。
2. Nacos
Nacos是阿里巴巴旗下的開(kāi)源項(xiàng)目,在2018年開(kāi)源,攜帶著阿里巴巴大規(guī)模服務(wù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),試圖在服務(wù)注冊(cè)和配置管理這個(gè)市場(chǎng)上,提供給用戶(hù)一個(gè)新的選擇。- Nacos一大特性是即支持CP,也支持AP??梢愿鶕?jù)需要靈活選擇。
- Nacos除了注冊(cè)中心之外,也能充當(dāng)配置中心的作用。且配置中心可以按照namespace,group等維度來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)隔離,來(lái)達(dá)到不同環(huán)境之間配置隔離的功能。
值得一提的是,Nacos作為配置中心的持久化機(jī)制可以依賴(lài)于Mysql來(lái)完成(默認(rèn)依賴(lài)于內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù))。只需要將Nacos目錄下的sql腳本放到mysql中執(zhí)行(會(huì)生成11個(gè)表),然后在nacos配置文件里面配一下mysql的賬號(hào)密碼即可。這樣使用mysql作為數(shù)據(jù)源的方式相比于nacos內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)更容易管理
3. Consul
Consul是HashiCorp公司推出的一個(gè)開(kāi)源工具。- Consul是用Go語(yǔ)言編寫(xiě)的,所以無(wú)法像Eureka那樣直接引入jar包就能集成,它還需要去服務(wù)器中進(jìn)行額外的安裝。
-
除了注冊(cè)中心的功能之外,Consul還能起到配置中心的作用。
Consul它保證的是CP,使用raft協(xié)議,要求必須有過(guò)半的結(jié)點(diǎn)都寫(xiě)入成功才算是注冊(cè)成功了,并且它也有Master和Follower的概念,在Master掛掉后,也需要自己內(nèi)部進(jìn)行
4. Etcd(待續(xù))
對(duì)比SpringCloud,Kubernetes也提供完整的分布式微服務(wù)管理框架,幾乎所有組件都有對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品,其中Etcd也可以提供類(lèi)似Eureka的注冊(cè)中心。在 Go 生態(tài)中,還可以選擇基于 Etcd 作為注冊(cè)中心,Etcd 是由 CoreOS 團(tuán)隊(duì)維護(hù)的、高可用分布式鍵值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),可用于為集群提供配置和服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能,Google 開(kāi)源的容器管理工具 Kuberbetes 就是基于 Etcd 的。和 Consul 一樣,Etcd 也是基于 Raft 協(xié)議作為分布式一致性算法來(lái)解決領(lǐng)導(dǎo)者選舉和日志復(fù)制問(wèn)題,同樣也是基于 Go 語(yǔ)言編寫(xiě)。Etcd 也支持代理模式(proxy),只不過(guò)在 Etcd 中,代理模式和 Consul 的客戶(hù)端代理模式類(lèi)似,安裝在部署服務(wù)的節(jié)點(diǎn)上,用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求到 Etcd 集群,本身不存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù),Etcd 集群相當(dāng)于 Consul 中以服務(wù)端模式運(yùn)行的 Consul 集群,通常要求配置三個(gè)及以上節(jié)點(diǎn)(不要太多,3~5就夠了,以便可用性和性能上達(dá)到平衡),負(fù)責(zé)真正的請(qǐng)求處理 —— 服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)。在目前最新版本的 Etcd v3中,通過(guò)網(wǎng)關(guān)模式(gateway)取代了 V2 版本中的代理模式(proxy)。從服務(wù)發(fā)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)原理上來(lái)說(shuō),Consul 和 Etcd 的基本設(shè)計(jì)思路是一致的,Etcd 更簡(jiǎn)單,Consul 則更像一個(gè)全棧的解決方案,功能比 Etcd 要更豐富,比如支持可視化的 Web UI 管理界面、支持多數(shù)據(jù)庫(kù)中心、安全層面除了 HTTPS 外還支持 ACL、更加全面的健康檢查功能、內(nèi)置 DNS Server 等,這些都是 Etcd 所不具備的,但是更全面的功能往往意味著更高的復(fù)雜性,針對(duì)微服務(wù)的服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景,Etcd 完全夠用了。

- Spring Cloud Config:配置管理工具包,讓你可以把配置放到遠(yuǎn)程服務(wù)器,集中化管理集群配置,目前支持本地存儲(chǔ)、Git 以及 Subversion。
- Spring Cloud Bus:事件、消息總線,用于在集群(例如,配置變化事件)中傳播狀態(tài)變化,可與 Spring Cloud Config 聯(lián)合實(shí)現(xiàn)熱部署。
- Eureka:云端服務(wù)發(fā)現(xiàn),一個(gè)基于 REST 的服務(wù),用于定位服務(wù),以實(shí)現(xiàn)云端中間層服務(wù)發(fā)現(xiàn)和故障轉(zhuǎn)移。
- Hystrix:熔斷器,容錯(cuò)管理工具,旨在通過(guò)熔斷機(jī)制控制服務(wù)和第三方庫(kù)的節(jié)點(diǎn),從而對(duì)延遲和故障提供更強(qiáng)大的容錯(cuò)能力。
- Zuul:Zuul 是在云平臺(tái)上提供動(dòng)態(tài)路由,監(jiān)控,彈性,安全等邊緣服務(wù)的框架。Zuul 相當(dāng)于是設(shè)備和 Netflix 流應(yīng)用的 Web 網(wǎng)站后端所有請(qǐng)求的前門(mén)。
- Archaius:配置管理 API,包含一系列配置管理 API,提供動(dòng)態(tài)類(lèi)型化屬性、線程安全配置操作、輪詢(xún)框架、回調(diào)機(jī)制等功能。
- Consul:封裝了 Consul 操作,Consul 是一個(gè)服務(wù)發(fā)現(xiàn)與配置工具,與 Docker 容器可以無(wú)縫集成。
- Spring Cloud for Cloud Foundry:通過(guò) Oauth2 協(xié)議綁定服務(wù)到 CloudFoundry,CloudFoundry 是 VMware 推出的開(kāi)源 PaaS 云平臺(tái)。
- Spring Cloud Sleuth:日志收集工具包,封裝了 Dapper 和 log-based 追蹤以及 Zipkin 和 HTrace 操作,為 Spring Cloud 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了一種分布式追蹤解決方案。
- Spring Cloud Data Flow:大數(shù)據(jù)操作工具,作為 Spring XD 的替代產(chǎn)品,它是一個(gè)混合計(jì)算模型,結(jié)合了流數(shù)據(jù)與批量數(shù)據(jù)的處理方式。
- Spring Cloud Security:基于 Spring Security 的安全工具包,為你的應(yīng)用程序添加安全控制。
- Spring Cloud Zookeeper:操作 Zookeeper 的工具包,用于使用 Zookeeper 方式的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和配置管理。
- Spring Cloud Stream:數(shù)據(jù)流操作開(kāi)發(fā)包,封裝了與 Redis、Rabbit、Kafka 等發(fā)送接收消息。
- Spring Cloud CLI:基于 Spring Boot CLI,可以讓你以命令行方式快速建立云組件。
- Ribbon:提供云端負(fù)載均衡,有多種負(fù)載均衡策略可供選擇,可配合服務(wù)發(fā)現(xiàn)和斷路器使用。
- Turbine:Turbine 是聚合服務(wù)器發(fā)送事件流數(shù)據(jù)的一個(gè)工具,用來(lái)監(jiān)控集群下 Hystrix 的 Metrics 情況。
- Feign:Feign 是一種聲明式、模板化的 HTTP 客戶(hù)端。
- Spring Cloud Task:提供云端計(jì)劃任務(wù)管理、任務(wù)調(diào)度。
- Spring Cloud Connectors:便于云端應(yīng)用程序在各種 PaaS 平臺(tái)連接到后端,如:數(shù)據(jù)庫(kù)和消息代理服務(wù)。
- Spring Cloud Cluster:提供 Leadership 選舉,如:Zookeeper,Redis,Hazelcast,Consul 等常見(jiàn)狀態(tài)模式的抽象和實(shí)現(xiàn)。
-
Spring Cloud Starters:Spring Boot 式的啟動(dòng)項(xiàng)目,為 Spring Cloud 提供開(kāi)箱即用的依賴(lài)管理。
作者:Alex