day01-SpringCloud01（Eureka、Ribbon、Nacos）

来世做春风嘛2024-04-03 14:44

视频地址: SpringCloud+RabbitMQ+Docker+Redis+搜索+分布式，系统详解springcloud微服务技术栈课程|黑马程序员Java微服务
学习资料地址: 百度网盘

提取码：1234

1. 认识微服务

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。

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。

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？

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


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 。
微服务这种方案需要技术框架来落地，全球的互联网公司都在积极尝试自己的微服务落地技术。在国内最知名的就是 SpringCloud 和阿里巴巴的 Dubbo。


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：

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

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。

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

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：

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
    服务调用：

  • http://localhost:8080/order/101

  • http://localhost:8081/user/2

2.3.实现远程调用案例

微服务调用方式

  • 基于 RestTemplate 发起的 http 请求实现远程调用
  • http 请求做远程调用是与语言无关的调用，只要知道对方的 ip、端口、接口路径、请求参数即可。

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。

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：

java 复制代码 
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：

java 复制代码 
@Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private OrderMapper orderMapper;
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    public Order queryOrderById(Long orderId) {
        // 1. 查询订单
        Order order = orderMapper.findById(orderId);
        //2.远程查询user
        //2.1 url地址
        String url = "http://localhost:8081/user/"+order.getUserId();
        //2.2 发起调用
        User user = restTemplate.getForObject(url, User.class);
        //3. 存入order
        order.setUser(user);
        // 4. 返回
        return order;
    }
}

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）
    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：

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：

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：

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：

填写模块信息：

然后填写服务信息：

3.2.2.引入eureka依赖

引入 SpringCloud 为 eureka 提供的 starter 依赖：

xml 复制代码 
<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：

java 复制代码 
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：

yaml 复制代码 
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：

3.3.服务注册

下面，我们将 user-service 注册到 eureka-server 中去。

3.3.1 引入依赖

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

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

3.3.2 配置文件

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

yaml 复制代码 
spring:
  application:
    name: userservice
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

3.3.3 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：

然后，在弹出的窗口中，填写信息：

现在，SpringBoot 窗口会出现两个 user-service 启动配置：

不过，第一个是 8081 端口，第二个是 8082 端口。
启动两个 user-service 实例：

查看 eureka-server 管理页面：

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。

3.4.1 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：

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

3.4.2 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：

yaml 复制代码 
spring:
  application:
    name: orderservice
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

3.4.3 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。
在 order-service 的 OrderApplication 中，给 RestTemplate 这个 Bean 添加一个 @LoadBalanced 注解：
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：

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

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。

4.2.源码跟踪

1）LoadBalancerIntercepor

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：

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：

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:

我们继续跟入：

继续跟踪源码chooseServer方法，发现这么一段代码：

我们看看这个rule是谁：

这里的rule默认值是一个RoundRobinRule，看类的介绍：

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：

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：

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：
java 复制代码 
@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：
yaml 复制代码 
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：

yaml 复制代码 
ribbon:
  eager-load:
    enabled: true #开启机饿加载
    clients: userservice #指定对userservice这个服务机饿加载

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。

安装方式可以参考课前资料《Nacos安装指南.md》

5.1.1 下载安装包

在Nacos的GitHub页面，提供有下载链接，可以下载编译好的Nacos服务端或者源代码：
GitHub主页：https://github.com/alibaba/nacos
GitHub的Release下载页：https://github.com/alibaba/nacos/releases
windows版本使用nacos-server-1.4.1.zip包即可。

5.1.2 解压

将这个包解压到任意非中文目录下，如图：

目录说明：

  • bin：启动脚本
  • conf：配置文件

5.1.3 端口配置

Nacos的默认端口是8848，如果你电脑上的其它进程占用了8848端口，请先尝试关闭该进程。
如果无法关闭占用8848端口的进程 ，也可以进入 nacos 的 conf 目录，修改配置文件中的端口：

修改其中的内容：

5.1.4 启动

启动非常简单，进入bin目录，然后执行命令即可：

  • windows命令： startup.cmd -m standalone

5.1.5 访问

在浏览器输入地址：http://127.0.0.1:8848/nacos 即可：

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：

xml 复制代码 
<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：

xml 复制代码 
<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：

yaml 复制代码 
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：

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：

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：

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：

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

我们可以在nacos控制台看到下面结果：

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：

sh 复制代码 
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：

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

NacosRule负载均衡策略

  • 优先选择同集群服务实例列表
  • 本地集群找不到提供者，才去其它集群寻找，并且会报警告
  • 确定了可用实例列表后，再采用随机负载均衡挑选实例

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：

    在弹出的编辑窗口，修改权重：

    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

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：

我们可以点击页面新增按钮，添加一个namespace：

然后，填写表单：

就能在页面看到一个新的namespace：

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：

yaml 复制代码 
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：

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

5.6.Nacos与Eureka的区别

Nacos 的服务实例分为两种类型：

  • 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：

yaml 复制代码 
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：

  • 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
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