Spring Cloud各核心组件的功能及作用

Spring Wu 444 2021-02-03

Spring Cloud Eureka

服务发现与注册

Eureka Client

eurela client存在于每个provider和consumer中。

eureka client有以下动作：

  • 将本服务的信息注册到eureka注册中心。
  • 拉取注册注册中心的注册表，把各服务的注册信息缓存在本地中。
  • 定时向注册中心发送心跳（默认30s）保持通信并更新注册中心的注册表到本地注册表缓存中。如果超过90s没有发送心跳，则注册中心将会从注册表中将该服务删除。
  • 服务触发下线操作后，会主动请求注册中心删除该服务的信息。

如果在代码中，一个服务调用了另一个服务的接口，那么当前服务会从本地的注册表缓存中根据要调用的服务的serviceID获取到服务信息，根据服务信息通过http(Spring Cloud Feign，Spring boot2.X使用的是openfeign,在从1.X升级到2.X时注意feign包的引用)请求去调用。

Eureka Service

eureka service是服务注册中心，可以存在多个，因此可以部署eureka service的集群保证高可用。如果当一个节点挂掉，比如，此时有个服务发起renew请求，发现连接失败。eureka会自动切换到另一个节点；除非eureka service全部挂掉，那神仙也没办法。

当15分钟内，集群中超过85%的客户端，没有正常心跳，则会开启自我保护机制。此时eureka server不再剔除注册表中的客户端，当此时eureka server接收到客户端注册请求，会在当前节点上注册，但是不会同步到其他eureka server节点上。当网络恢复正常，也就是集群中的节点恢复正常心跳后。则会把注册信息同步到其他的eureka server节点。

eureka service有以下动作：

  • 接收eureka client端的服务注册，当收到client端的注册请求时，会把client端的注册信息缓存到本地，并同步到其他eureka service，如果client端注册到该节点的注册中心失败时，会自动寻找下一个注册中心节点并注册。
  • 提供服务注册表，每个eureka client会定时通过eureka service获取注册表缓存到本地。
  • 服务管理，eureka service管理eureka client的renew、cancel等操作，保证eureka client每次能拿到集群中最新的注册表信息。
  • 集群管理，每个eureka service更新服务注册表的数据后，会同步给集群中的其他eureka service。

通过eureka记录了服务信息后，还并不能调用远程服务。因为eureka只提供服务的注册与发现，不提供远程调用。

Eureka更新到2.0版本后，官方已经停止维护。

Spring Cloud Consul

consul与eureka的区别：

  • consul提供CP（一致性、分区容错性）的保证，consul使用Raft协议保证其一致性。如果一个普通节点挂了，那么整个系统不会down掉，请求会转移到活着的节点上。但是当集群leader挂了后，集群会停止服务，直到新的leader选出来之后。集群才可继续运转。并且在服务注册时，服务信息需要同步写入集群的半数以上的机器才算成功，服务注册速度相对于eureka更慢，这就是为什么能保证CP缺不能保证A（可用性）的原因。

  • eureka提供了AP（可用性、分区容错性）的保证，eureka通过弱一致性，保证了集群的AP（可用性、分区容错性），当eureka的一个普通节点挂掉以后，请求也是会往另外的节点转发过去，当eureka service集群的某个节点挂掉后，服务也可以照常运行。因为eureka service通常由3台或更多的服务器组成eureka service，eureka service的数据会互相同步。但是在同步时，不会保证每次数据同步都能完成。并且eureka的服务注册相对于consul更快，因为eureka的服务只需要在集群中的一台eureka service上注册成功就算服务注册完成，之后再去eureka service中同步服务信息，这就导致了可能在eureka service1能成功调用该新注册的服务，但是eureka service2中调用不了该新注册的服务，所以虽然eureka service中的注册信息虽不一致，但集群依然能正常运作。

Spring Cloud Feign

Spring Cloud Feign是Spring Cloud中的核心组件，如果没有了Feign，那么分布式集群的远程调用将会变的复杂无比。

使用@EnableFeignClients启用feign

@EnableFeignClients是启用feign最基础的注解。注解中使用了@Import(FeignClientsRegistrar.class)导入了feign组件的注册器，以下是工作原理：

  • 先查看是否定义了defaultConfiguration，如果定义了，则生成自定义配置的bean。未定义则使用系统默认的。该配置指定了Decoder解码器、Encoder编码器、Contract组件扫描构造器。
  • 扫描由basePackages定义的包地址，如果未定义basePackges，则扫描全包。
  • 扫描项目中贴了@FeignClient的类。获取到@FeignClient注解的配置的值，如value/name、path等。
  • 然后通过Spring封装的Ribbon客户端选择一个主机地址。根据value/name、path等值，封装成一个Request，调用目标主机。
  • 如果调用失败：看用户是否配置了Retryer来覆盖默认重试机制，如果未设置，默认不重试，再调用用户配置的fallback信息，如果fallback未设置，该fallback指定了用户自定义的失败回调配置类，可以通过配置hystrix来控制服务的熔断和降级功能。

Spring Cloud Ribbon

在我们平常使用Spring Cloud服务时，是感受不到Ribbon的存在的，因为feign封装了Ribbon，使得调用远程服务的方式变得异常简单，只需要两个注解@EnableFeignClients和@FeignClient即可实现远程调用和负载均衡。

Ribbon默认使用的策略是轮询策略，集群中的每台服务器都可“雨露均沾”

feign把相关参数都包装好后，生成的request最终通过FeignClientFactoryBean.loadBlance方法调用Ribbon负载均衡客户端。

Spring Cloud Ribbon根据feign传过来的参数封装成RibbonRequest，通过负载均衡算法，在eureka service提供的服务注册表中选择一台最合适的主机，最终调用到一台目标主机。

在使用feign的时候如果使用注解@EnableFeignClients时定义了url参数，那么不会使用负载均衡。反之，则使用的是负载均衡。

Spring Cloud Hystrix

Hystrix是为了解决微服务容错性问题，在微服务架构中，底层服务经常有复杂的依赖关系，比如：订单服务依赖积分、库存等服务。如果下单时，积分服务挂了，或者积分服务超时，前面的请求还在处理，后面的请求又过来了。一直卡在积分服务这里，又会导致订单服务超时。就会导致雪崩效应，这时Hystrix提供了快速失败和降级功能。当检测到积分服务超时或报错时，接下来通往积分服务的请求都会快速失效，然后订单服务可以继续执行接下来的流程。

Hystrix主要有以下特点：

  • 自定义请求超时时间，在服务调用的时候，如果请求可以长时间的存在。前面的请求没有执行完，后面不断有请求过来，导致请求越积越多，从而导致雪崩效应致使整个服务全部down掉。如果可以控制请求的超时时间，就可以当某个请求超过预定的请求时间时，请求直接失效。给后面的请求让路。
  • 线程池隔离服务，线程池隔离了服务依赖的不同资源，比如：订单服务依赖的积分、库存等服务，每个服务预先分配了不同的线程池，当其中某个服务挂掉时，最多也只会影响到挂掉的服务的线程池，不会影响到其他线程池的服务。如果没有线程池来隔离服务。那么，一个服务挂掉了，导致请求积压，那么其他服务的CPU资源将被占用，间接导致其他服务挂掉。
  • 请求统计，当请求失败到一定次数后，直接把服务变为不可用，接下来的请求就会直接失效。不会造成请求的积压，最终导致服务的崩溃。

在@FeignClient这个注解中有一个fallback和fallbackFactory两个参数，两个参数都定义了当请求失败后，需要执行的类。该类可以自定义的实现一些请求失败后需要进行的操作，该类需要实现FeignClient接口。

Spring Cloud Zuul

Zuul是整个Spring Cloud项目的入口，前端过来的请求都需要经过Zuul，然后Zuul根据请求找到后台对应的服务。

Zuul的特点：

  • 统一的降级，对于某些特殊的业务，可以在后台服务中做该业务对应的降级，但是并不是所有的服务都是有类似的需求。所以可以在Zuul中做统一的降级来保证其他服务的可用。
  • 限流，每个网站都应该有对应的限流策略，防止恶意攻击。
  • 认证授权，每个前端请求都通过zuul进入到后台系统中，zuul根据过滤规则放行特定的请求并过滤无关的请求。在请求到达zuul的时候，zuul会验证请求的合法性。通过验证后，根据请求匹配到后台服务，然后将该请求转发到对应的后台服务中去。

Zuul虽然在2.X的版本使用了非阻塞的方式实现，但是Netflix官宣Zuul2.X后不再维护开源版本，且Spring Cloud暂时也没有整合的计划。可以考虑换一波Spring Cloud Gateway了。

自定义ZuulFilter

zuul的filter一共有四个生命周期：

  • pre 请求在路由之前调用
  • route 请求已经得到微服务路由，在请求微服务的时候调用
  • post 请求在已经调用微服务之后调用
  • error 请求在调用微服务后，发生错误时调用

我们可以实现ZuulFilter，然后根据不同的生命周期来做不同的事情。

路由熔断

zuul提供了ZuulFallbackProvider接口，该接口提供了getRoute和fallbackResponse两个方法。getRoute方法主要指定对哪个服务进行熔断，fallbackResponse可以指定熔断后的返回数据。
ZuulFallbackProvider是1.x的版本，2.x里使用FallbackProvider。

Spring Cloud Gateway

对于Zuul来说，Gateway使用Spring5+开发，并且官方宣称性能要比Zuul好。不过这些都不是理由，我觉得还是稳定性。Spring Cloud Gateway目前GitHub的活跃度和社区建设来说要比zuul好得多，因为毕竟open zuul是官方弃子，而且Spring Cloud Gateway是spring的官方项目并且经过生产实践，不用担心稳定性的问题。

Spring Cloud Gateway对比Zuul1.X:

功能GatewayZuul
Websockets支持1.X不支持，使用servlet 2.5开发，2.X支持
非阻塞支持1.X不支持，2.X支持

Spring Cloud Gateway使用Spring 5 + Spring Boot 2开发，所以在项目中使用时。mvn包不能引用mvc的包，直接引用webflux的包即可。

其实对于网关来说，最重要的功能也就几个：路由、请求过滤、转发。所以gateway和zuul的功能性上面其实是几乎一样的。

总结

Spring Cloud请求流程如下：

Spring Cloud Gateway(或Zuul) -> consul(或eureka) -> feign -> ribbon -> hystrix