SpringCloud01

1.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？

1.0.学习目标

了解微服务架构的优缺点

1.1.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）

1.2.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。

image-20210713203124797

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。

1.3.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

image-20210713203753373

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。

1.4.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：

image-20210713204155887

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

我们课堂学习的版本是 Hoxton.SR10，因此对应的SpringBoot版本是2.3.x版本。

1.5.总结

  • 单体架构：简单方便，高度耦合，扩展性差，适合小型项目。例如：学生管理系统
  • 分布式架构：松耦合，扩展性好，但架构复杂，难度大。适合大型互联网项目，例如：京东、淘宝
  • 微服务：一种良好的分布式架构方案
    ①优点：拆分粒度更小、服务更独立、耦合度更低
    ②缺点：架构非常复杂，运维、监控、部署难度提高
  • SpringCloud是微服务架构的一站式解决方案，集成了各种优秀微服务功能组件

2.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。

2.1.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

image-20210713210800950

2.2.服务拆分示例

以课前资料中的微服务cloud-demo为例，其结构如下：

image-20210713211009593

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

2.2.1.导入Sql语句

首先，将课前资料提供的cloud-order.sql和cloud-user.sql导入到mysql中：

image-20210713211417049

cloud-user表中初始数据如下：

image-20210713211550169

cloud-order表中初始数据如下：

image-20210713211657319

cloud-order表中持有cloud-user表中的id字段。

2.2.2.导入demo工程

用IDEA导入课前资料提供的Demo：

image-20210713211814094

项目结构如下：

image-20210713212656887

导入后，会在IDEA右下角出现弹窗：

image-20210713212349272

点击弹窗，然后按下图选择：

image-20210713212336185

会出现这样的菜单：

image-20210713212513324

配置下项目使用的JDK：

image-20210713220736408

2.3.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：

image-20210713212749575

根据id查询订单，返回值是Order对象，如图：

image-20210713212901725

其中的user为null

在user-service中有一个根据id查询用户的接口：

image-20210713213146089

查询的结果如图：

image-20210713213213075

2.3.1.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。

image-20210713213312278

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

2.3.2.注册RestTemplate

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

package cn.itcast.order;

import org.mybatis.spring.annotation.MapperScan;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

@MapperScan("cn.itcast.order.mapper")
@SpringBootApplication
public class OrderApplication {

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

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

2.3.3.实现远程调用

修改order-service服务中的cn.itcast.order.service包下的OrderService类中的queryOrderById方法：

image-20210713213959569

2.4.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）

image-20210713214404481

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。

3.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：

image-20210713214925388

大家思考几个问题：

  • 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？

3.1.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：

image-20210713220104956

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：

image-20210713220509769

3.2.搭建eureka-server

首先大家注册中心服务端：eureka-server，这必须是一个独立的微服务

3.2.1.创建eureka-server服务

在cloud-demo父工程下，创建一个子模块：

image-20210713220605881

填写模块信息：

image-20210713220857396

然后填写服务信息：

image-20210713221339022

3.2.2.引入eureka依赖

引入SpringCloud为eureka提供的starter依赖：

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

3.2.3.编写启动类

给eureka-server服务编写一个启动类，一定要添加一个@EnableEurekaServer注解，开启eureka的注册中心功能：

package cn.itcast.eureka;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;

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

3.2.4.编写配置文件

编写一个application.yml文件，内容如下：

server:
  port: 10086
spring:
  application:
    name: eureka-server
eureka:
  client:
    service-url: 
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

3.2.5.启动服务

启动微服务，然后在浏览器访问：http://127.0.0.1:10086

看到下面结果应该是成功了：

image-20210713222157190

3.3.服务注册

下面，我们将user-service注册到eureka-server中去。

1）引入依赖

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

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

2）配置文件

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

spring:
  application:
    name: userservice
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

3）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，复制原来的user-service启动配置：

image-20210713222656562

然后，在弹出的窗口中，填写信息：

image-20210713222757702

现在，SpringBoot窗口会出现两个user-service启动配置：

image-20210713222841951

不过，第一个是8081端口，第二个是8082端口。

启动两个user-service实例：

image-20210713223041491

查看eureka-server管理页面：

image-20210713223150650

3.4.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。

1）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：

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

2）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：

spring:
  application:
    name: orderservice
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

3）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。

不过这些动作不用我们去做，只需要添加一些注解即可。

在order-service的OrderApplication中，给RestTemplate这个Bean添加一个@LoadBalanced注解：

image-20210713224049419

修改order-service服务中的cn.itcast.order.service包下的OrderService类中的queryOrderById方法。修改访问的url路径，用服务名代替ip、端口：

image-20210713224245731

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。

4.Ribbon负载均衡

上一节中，我们添加了@LoadBalanced注解，即可实现负载均衡功能，这是什么原理呢？

4.1.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？

4.2.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，这个类会在对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：

1）LoadBalancerIntercepor

1525620483637

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://user-service/user/8
  • originalUri.getHost()：获取uri路径的主机名，其实就是服务id，user-service
  • this.loadBalancer.execute()：处理服务id，和用户请求。

这里的this.loadBalancer是LoadBalancerClient类型，我们继续跟入。

2）LoadBalancerClient

继续跟入execute方法：

1525620787090

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，从服务列表中选择一个。本例中，可以看到获取了8082端口的服务

放行后，再次访问并跟踪，发现获取的是8081：

1525620835911

果然实现了负载均衡。

3）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:

1525620835911

我们继续跟入：

1544361421671

继续跟踪源码chooseServer方法，发现这么一段代码：

1525622652849

我们看看这个rule是谁：

1525622699666

这里的rule默认值是一个RoundRobinRule，看类的介绍：

1525622754316

这不就是轮询的意思嘛。

到这里，整个负载均衡的流程我们就清楚了。

4）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

4.3.负载均衡策略

4.3.1.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-20210713225653000

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重试机制的选择逻辑

默认的实现就是ZoneAvoidanceRule，是一种轮询方案

4.3.2.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：
@Bean
public IRule randomRule(){
    return new 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：
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
注意，一般用默认的负载均衡规则，不做修改。

4.4.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：

ribbon:
  eager-load:
    enabled: true
    clients: userservice

5.Nacos注册中心

国内公司一般都推崇阿里巴巴的技术，比如注册中心，SpringCloudAlibaba也推出了一个名为Nacos的注册中心。

5.1.认识和安装Nacos

Nacos是阿里巴巴的产品，现在是SpringCloud中的一个组件。相比Eureka功能更加丰富，在国内受欢迎程度较高。

image-20210713230444308

安装方式可以参考课前资料《Nacos安装指南.md》

5.2.服务注册到nacos

Nacos是SpringCloudAlibaba的组件，而SpringCloudAlibaba也遵循SpringCloud中定义的服务注册、服务发现规范。因此使用Nacos和使用Eureka对于微服务来说，并没有太大区别。

主要差异在于：

  • 依赖不同
  • 服务地址不同

1）引入依赖

在cloud-demo父工程的pom文件中的<dependencyManagement>中引入SpringCloudAlibaba的依赖：

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
    <version>2.2.6.RELEASE</version>
    <type>pom</type>
    <scope>import</scope>
</dependency>

然后在user-service和order-service中的pom文件中引入nacos-discovery依赖：

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>
注意：不要忘了注释掉eureka的依赖。

2）配置nacos地址

在user-service和order-service的application.yml中添加nacos地址：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
注意：不要忘了注释掉eureka的地址

3）重启

重启微服务后，登录nacos管理页面，可以看到微服务信息：

image-20210713231439607

5.3.服务分级存储模型

一个服务可以有多个实例，例如我们的user-service，可以有:

  • 127.0.0.1:8081
  • 127.0.0.1:8082
  • 127.0.0.1:8083

假如这些实例分布于全国各地的不同机房，例如：

  • 127.0.0.1:8081，在上海机房
  • 127.0.0.1:8082，在上海机房
  • 127.0.0.1:8083，在杭州机房

Nacos就将同一机房内的实例 划分为一个集群。

也就是说，user-service是服务，一个服务可以包含多个集群，如杭州、上海，每个集群下可以有多个实例，形成分级模型，如图：

image-20210713232522531

微服务互相访问时，应该尽可能访问同集群实例，因为本地访问速度更快。当本集群内不可用时，才访问其它集群。例如：

image-20210713232658928

杭州机房内的order-service应该优先访问同机房的user-service。

5.3.1.给user-service配置集群

修改user-service的application.yml文件，添加集群配置：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
      discovery:
        cluster-name: HZ # 集群名称

重启两个user-service实例后，我们可以在nacos控制台看到下面结果：

image-20210713232916215

我们再次复制一个user-service启动配置，添加属性：

-Dserver.port=8083 -Dspring.cloud.nacos.discovery.cluster-name=SH

配置如图所示：

image-20210713233528982

启动UserApplication3后再次查看nacos控制台：

image-20210713233727923

5.3.2.同集群优先的负载均衡

默认的ZoneAvoidanceRule并不能实现根据同集群优先来实现负载均衡。

因此Nacos中提供了一个NacosRule的实现，可以优先从同集群中挑选实例。

1）给order-service配置集群信息

修改order-service的application.yml文件，添加集群配置：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
      discovery:
        cluster-name: HZ # 集群名称

2）修改负载均衡规则

修改order-service的application.yml文件，修改负载均衡规则：

userservice:
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule # 负载均衡规则

5.4.权重配置

实际部署中会出现这样的场景：

服务器设备性能有差异，部分实例所在机器性能较好，另一些较差，我们希望性能好的机器承担更多的用户请求。

但默认情况下NacosRule是同集群内随机挑选，不会考虑机器的性能问题。

因此，Nacos提供了权重配置来控制访问频率，权重越大则访问频率越高。

在nacos控制台，找到user-service的实例列表，点击编辑，即可修改权重：

image-20210713235133225

在弹出的编辑窗口，修改权重：

image-20210713235235219

注意：如果权重修改为0，则该实例永远不会被访问

5.5.环境隔离

Nacos提供了namespace来实现环境隔离功能。

  • nacos中可以有多个namespace
  • namespace下可以有group、service等
  • 不同namespace之间相互隔离，例如不同namespace的服务互相不可见

image-20210714000101516

5.5.1.创建namespace

默认情况下，所有service、data、group都在同一个namespace，名为public：

image-20210714000414781

我们可以点击页面新增按钮，添加一个namespace：

image-20210714000440143

然后，填写表单：

image-20210714000505928

就能在页面看到一个新的namespace：

image-20210714000522913

5.5.2.给微服务配置namespace

给微服务配置namespace只能通过修改配置来实现。

例如，修改order-service的application.yml文件：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
      discovery:
        cluster-name: HZ
        namespace: 492a7d5d-237b-46a1-a99a-fa8e98e4b0f9 # 命名空间，填ID

重启order-service后，访问控制台，可以看到下面的结果：

image-20210714000830703

image-20210714000837140

此时访问order-service，因为namespace不同，会导致找不到userservice，控制台会报错：

image-20210714000941256

5.6.Nacos与Eureka的区别

Nacos的服务实例分为两种l类型：

  • 临时实例：如果实例宕机超过一定时间，会从服务列表剔除，默认的类型。
  • 非临时实例：如果实例宕机，不会从服务列表剔除，也可以叫永久实例。

配置一个服务实例为永久实例：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        ephemeral: false # 设置为非临时实例

Nacos和Eureka整体结构类似，服务注册、服务拉取、心跳等待，但是也存在一些差异：

image-20210714001728017

  • Nacos与eureka的共同点

    • 都支持服务注册和服务拉取
    • 都支持服务提供者心跳方式做健康检测

  • Nacos与Eureka的区别

    • Nacos支持服务端主动检测提供者状态：临时实例采用心跳模式，非临时实例采用主动检测模式
    • 临时实例心跳不正常会被剔除，非临时实例则不会被剔除
    • Nacos支持服务列表变更的消息推送模式，服务列表更新更及时
    • Nacos集群默认采用AP方式，当集群中存在非临时实例时，采用CP模式；Eureka采用AP方式
最后修改：2023 年 05 月 03 日
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