SpringCloud微服務架構升級總結

阿新 • • 發佈：2019-06-26

一、背景

1.1 應用系統的架構歷史

1.2 什麼是微服務？

起源:微服務的概念源於 2014 年 3 月 Martin Fowler 所寫的一篇文章“Microservices”。文中內容提到：微服務架構是一種架構模式，它提倡將單一應用程式劃分成一組小的服務，服務之間互相協調、互相配合，為使用者提供最終價值。

通訊方式:每個服務執行在其獨立的程序中，服務與服務間採用輕量級的通訊機制互相溝通（通常是基於 HTTP 的 RESTful API）。

微服務的常規定義:微服務是一種架構風格，一個大型複雜軟體應用由一個或多個微服務組成。系統中的各個微服務可被獨立部署，各個微服務之間是鬆耦合的。每個微服務僅關注於完成一件任務。

把原來的一個完整的程序服務，拆分成兩個或兩個以上的程序服務，且互相之間存在呼叫關係，與原先單一的程序服務相比，就是“微服務”。（微服務是一個比較級的概念，而不是單一的概念）

1.3 微服務架構的優勢

可擴充套件性:在增加業務功能時，單一應用架構需要在原先架構的程式碼基礎上做比較大的調整，而微服務架構只需要增加新的微服務節點，並調整與之有關聯的微服務節點即可。在增加業務響應能力時，單一架構需要進行整體擴容，而微服務架構僅需要擴容響應能力不足的微服務節點。
容錯性:在系統發生故障時，單一應用架構需要進行整個系統的修復，涉及到程式碼的變更和應用的啟停，而微服務架構僅僅需要針對有問題的服務進行程式碼的變更和服務的啟停。其他服務可通過重試、熔斷等機制實現應用層面的容錯。

技術選型靈活:微服務架構下，每個微服務節點可以根據完成需求功能的不同，自由選擇最適合的技術棧，即使對單一的微服務節點進行重構，成本也非常低。
開發運維效率更高:每個微服務節點都是一個單一程序，都專注於單一功能，並通過定義良好的介面清晰表述服務邊界。由於體積小、複雜度低，每個微服務可由一個小規模團隊或者個人完全掌控，易於保持高可維護性和開發效率。

Spring Cloud作為目前最流行的微服務開發框架，不是採用了Spring Cloud框架就實現了微服務架構，具備了微服務架構的優勢。正確的理解是使用Spring Cloud框架開發微服務架構的系統，使系統具備微服務架構的優勢（Spring Cloud就像工具，還需要“做”的過程）。

1.4 什麼是Spring Boot？什麼是Spring Cloud？

Spring Boot框架是由Pivotal團隊提供的全新框架，其設計目的是用來簡化基於Spring應用的初始搭建以及開發過程。SpringBoot框架使用了特定的方式來進行應用系統的配置，從而使開發人員不再需要耗費大量精力去定義模板化的配置檔案。

Spring Cloud是一個基於Spring Boot實現的雲應用開發工具，它為基於JVM的雲應用開發中的配置管理、服務註冊，服務發現、斷路器、智慧路由、微代理、控制匯流排、全域性鎖、決策競選、分散式會話和叢集狀態管理等操作提供了一種簡單的開發方式。

1.5 微服務、Spring Boot、Spring Cloud三者之間的關係

思想：微服務是一種架構的理念，提出了微服務的設計原則，從理論為具體的技術落地提供了指導思想。
腳手架：Spring Boot是一套快速配置腳手架，可以基於Spring Boot快速開發單個微服務。
多個元件的集合：Spring Cloud是一個基於Spring Boot實現的服務治理工具包；Spring Boot專注於快速、方便整合的單個微服務個體；Spring Cloud關注全域性的服務治理框架。

二、技術解析

2.1 Everything is jar, Everything is http

Spring Boot通過@SpringBootApplication註解標識為Spring Boot應用程式。所有的應用都通過jar包方式編譯，部署和執行。

@SpringBootApplication 
public class Application {     
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Application.class);     
    public static void main(String[] args) {         
        SpringApplication.run(Application.class, args);         
        LOGGER.info(”啟動成功！");     
    } 
}

每個Spring Boot的應用都可以通過內嵌web容器的方式提供http服務，僅僅需要在pom檔案中依賴spring-boot-start-web即可，原則上微服務架構希望每個獨立節點都提供http服務。

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>

2.2 Spring boot Task 任務啟動和定時任務

在Spring Boot需要啟動任務時，只要繼承CommandLineRunner介面實現其run方法即可。

@SpringBootApplication 
public class ClientDataListener implements CommandLineRunner
    public void run(String... strings) throws Exception {     
        clientInfoListenerHandler(); 
    }
}

在Spring Boot需要執行定時任務時，只需要在定時任務方法上增加@Scheduled(cron = “0 15 0 * * ?”)註解（支援標準cron表示式），並且在服務啟動類上增加@EnableScheduling的註解即可。

@SpringBootApplication
@EnableScheduling
public class Application {     
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(Application.class);     
    public static void main(String[] args) {         
        SpringApplication.run(Application.class, args);         
        LOGGER.info(”啟動成功！");     
    } 
}

// some class
@Scheduled(cron = "0 15 0 * * ?")
public void someTimeTask() {
    ***
}

2.3 Spring boot Actuator 監控

Actuator是spring boot提供的對應用系統自身進行監控的元件，在引入spring-boot-start-web基礎上引入spring-boot-starter-actuator即可。

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
    </dependency>

2.4 Spring cloud Config 配置中心

在我們實現微服務架構時，每個微服務節點都需要自身的相關配置資料項，當節點眾多，維護就變得非常困難，因此需要建立一箇中心配置服務。

Spring Cloud Config分為兩部分。Spring Cloud Config server作為一個服務程序，Spring Cloud Config File為配置檔案存放位置。

2.5 Spring cloud Eureka 服務註冊中心

服務註冊的概念早在微服務架構之前就出現了，微服務架構更是把原先的單一應用節點拆分成非常多的微服務節點。互相之間的呼叫關係會非常複雜，Spring Cloud Eureka作為註冊中心，所有的微服務都可以將自身註冊到Spring Cloud Eureka進行統一的管理和訪問（Eureka和Zookeeper不同，在AOP原則中選擇了OP，更強調服務的有效性）

2.6 Spring cloud Zuul 服務端智慧路由

當我們把所有的服務都註冊到Eureka（服務註冊中心）以後，就涉及到如何呼叫的問題。Spring Cloud Zuul是Spring Cloud提供的服務端代理元件，可以看做是閘道器，Zuul通過Eureka獲取到可用的服務，通過對映配置，客戶端通過訪問Zuul來訪問實際需要需要訪問的服務。所有的服務通過spring.application.name做標識，

不同IP地址，相同spring.application.name就是一個服務叢集。當我們增加一個相同spring.application.name的節點，Zuul通過和Eureka通訊獲取新增節點的資訊實現智慧路由，增加該型別服務的響應能力。

2.7 Spring cloud Ribbon 客戶端智慧路由

與Spring Cloud Zuul的服務端代理相對應，Spring Cloud Ribbon提供了客戶端代理。在服務端代理中，客戶端並不需要知道最終是哪個微服務節點為之提供服務，而客戶端代理獲取實質提供服務的節點，並選擇一個進行服務呼叫。Ribbon和Zuul相似，也是通過和Eureka（服務註冊中心）進行通訊來實現客戶端智慧路由。

2.8 Spring cloud Sleuth 分散式追蹤

2.9 Spring cloud Zipkin 呼叫鏈

2.10 Spring cloud Feign http客戶端

Spring Cloud Feign是一種宣告式、模板化的http客戶端。使用Spring Cloud Feign請求遠端服務時能夠像呼叫本地方法一樣，讓開發者感覺不到這是遠端方法（Feign集成了Ribbon做負載均衡）。

把遠端服務和本地服務做對映

@FeignClient(name = "rabbitmq-http", url = "${SKYTRAIN_RABBITMQ_HTTP}") 
public interface TaskService {     
    @RequestMapping(value = "/api/queues", method = RequestMethod.GET)     
    public String query(@RequestHeader("Authorization") String token); 
}

以呼叫本地服務的方式呼叫遠端服務

@Autowired 
private TaskService taskService; 
private String queryRabbitmqStringInfo() {     
    byte[] credentials = Base64 .encodeBase64((rabbitmqHttpUserName + ":" + rabbitmqHttpPassword).getBytes(StandardCharsets.UTF_8));     
    String token = "Basic " + new String(credentials, StandardCharsets.UTF_8);     
    return taskService.query(token); 
}

2.11 Spring cloud Hystrix 斷路器

三、微服務實踐

3.1 我們開發的幾個微服務元件—應用管理中心

應用管理中心可以對每個已經註冊的微服務節點進行停止，編譯，打包，部署，啟動的完整的上線操作。

3.2 我們開發的幾個微服務元件—zookeeper資料查詢中心

zookeeper資料查詢中心根據zookeeper地址，埠，命令獲取zookeeper資料資訊。

3.3 我們開發的幾個微服務元件—微服務健康檢測中心

健康檢測中心週期性檢查每個微服務的狀態，當發現有微服務狀態處於DOWN或連線超時時，觸發報警。

3.4 我們開發的幾個微服務元件—定時任務查詢中心

// 在BeanPostProcessor子類中攔截
@Component
public class SkytrainBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor, Ordered {
    ***
    /**
     * Bean 例項化之後進行的處理
     */
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        beanPostProcessor.postProcessAfter(bean, beanName);
        return bean;
    }
    ***
}
// 攔截後獲取定時任務註解
***
public Object postProcessAfter(Object bean, String beanName) {
    Class targetClass = AopUtils.getTargetClass(bean);
    Map annotatedMethods = MethodIntrospector.selectMethods(targetClass,
            new MethodIntrospector.MetadataLookup() {
 
                public Set inspect(Method method) {
 
                    Set scheduledMethods = AnnotatedElementUtils.getMergedRepeatableAnnotations(method,
                            Scheduled.class, Schedules.class);
                    return (!scheduledMethods.isEmpty() ? scheduledMethods : null);
                }
            });
    if (!annotatedMethods.isEmpty()) {
        String className = targetClass.getName();
        for (Map.Entry entry : annotatedMethods.entrySet()) {
            Method method = entry.getKey();
            for (Scheduled scheduled : entry.getValue()) {
                String key = className + ":" + method.getName();
                String value = scheduled.toString();
                taskInfos.put(key, value);
            }
        }
    }
    return null;
}
***
 
// 獲取定時任務後註冊
***
public void taskRegister() {
    String nodeInfo = ipAddress + ":" + serverPort + ":";
    try {
        /**
         * 定時任務
         */
        Map infos = taskInfos;
        for (Entry item : infos.entrySet()) {
            String taskId = nodeInfo + item.getKey();
            String taskParameter = item.getValue();
            JSONObject info = new JSONObject();
            info.put("taskId", taskId);
            info.put("taskParameter", taskParameter);
            info.put("applicationName", applicationName);
            info.put("taskType", "schedule");
            LOGGER.info(info.toString());
            zooKeeperExecutor.createZKNode(SKYTRAIN_TASK_ZKNODE_PREFIX + taskId, info.toString());
        }
    }
    catch (Exception ex) {
        LOGGER.error("", ex);
    }
}
***

3.5 微服務的分類

微服務平臺元件
公共服務元件
基礎服務元件/業務服務元件

3.6 整體微服務架構圖

作者：樑鑫

來源