SpringBoot集成gRPC微服务工程搭建实践
前言
本文将使用Maven、gRPC、Protocol buffers、Docker、Envoy等工具构建一个简单微服务工程，笔者所使用的示例工程是以前写的一个Java后端工程，因为最近都在
学习微服务相关的知识，所以利用起来慢慢的把这个工程做成微服务化应用。在实践过程踩过很多坑，主要是经验不足对微服务还是停留在萌新阶段，通过本文
记录创建微服务工程碰到一些问题，此次实践主要是解决以下问题：
如何解决、统一服务工程依赖管理
SpringBoot集成gRPC
管理Protocol buffers文件
使用Envoy代理访问gRPC
部署到Docker
本文假设读者已经了解以下相关知识：
Maven
Envoy
gRPC
Protocol buffers
SpringBoot
Docker
由于是初步实现微服务，不会考虑过多的细节，现阶段只需要能够使用gRPC正常通信，后续计划会发布到k8s中，使用istio实现来服务网格。
使用Maven
现在比较流行的构建工具有Maven和Gradle，现阶段后端开发大多数都是用的Maven所以本工程也使用Maven来构建项目，当然使用Gradle也可以两者概念大都想通，不同的地方大多是实现和配置方式不一致。
使用项目继承
根据Maven的POM文件继承特性，将工程分不同的模块，所有的模块都继承父pom.xml的依赖、插件等内容，这样就可以实现统一管理，并方便以后管理、维护。先看一下大概的项目结构：
AppBubbleBackend （1）
├── AppBubbleCommon
├── AppBubbleSmsService （2）
├── AppBubbleUserService
├── docker-compose.yaml （3）
├── pom.xml
├── protos （4）
│ ├── sms
│ └── user
└── scripts （5）
├── docker
├── envoy
├── gateway
└── sql
以下是各个目录的用处简述，详细的用处文章后面都会提到，先在这里列出个大概：
工程主目录
单个服务工程目录（模块）
docker-compose发布文件
存放.proto文件
发布、编译时用到的脚本文件
知道大概的项目工程结构后我们创建一个父pom.xml文件，放在AppBubbleBackend目录下面：
4.0.0
org.springframework.boot
spring-boot-starter-parent
2.1.2.RELEASE
com.bubble
bubble
0.0.1-SNAPSHOT
pom
AppBubbleSmsService
AppBubbleCommon
AppBubbleUserService
因为使用SpringBoot构架，所以主pom.xml文件继承自SpringBoot的POM文件。 有了主pom.xml后然后使每个模块的pom.xml都继承自 主pom.xml文件：
4.0.0
com.bubble
bubble
0.0.1-SNAPSHOT
sms
0.0.1-SNAPSHOT
经过上面的配置后，所有的模块都会继承AppBubbleBackend中的pom.xml文件，这样可以很方便的更改依赖、配置等信息。
依赖管理
Maven提供依赖中心化的管理机制，通过项目继承特性所有对AppBubbleBackend/pom.xml所做的更改都会对其他模块产生影响，详细的依赖管理
内容可查看官方文档。
io.grpc
grpc-netty-shaded
${grpc.version}
通过dependencyManagement标签来配置依赖，这样可以就可以实现统一依赖的管理，并且还可以添加公共依赖。
插件管理
使用pluginManagement可以非常方便的配置插件，因为项目中使用了Protocol buffers需要集成相应的插件来生成Java源文件：
org.xolstice.maven.plugins
protobuf-maven-plugin
0.5.1
compile
compile-custom
Protocol buffers插件的完整配置参数，可以这这里找到。
Profile
使用Profile的目的是为了区分生成Docker镜像时的一些特殊配置，示例工程只配置了一个docker-build的profile:
docker-build
app
${project.artifactId}-${project.version}
${jarName}
如果使用mvn package -P docker-build命令生成jar包时，相应的输出文件名是app.jar这样可以方便在Dockerfile中引用文件，而不需要使用${project.artifactId}-${project.version}的形式来查找输出的jar这样可以省去了解析pom.xml文件。如果还需要特殊的参数可以或者不同的行为，可以添加多个Profile，这样配置起来非常灵活。
Protocol buffers文件管理
因为是使用微服务开发，而且RPC通信框架是使用的gRPC，所以每个服务工程都会使用.proto文件。服务工程之间又会有使用同一份.proto文件的需求，比如在进行RPC通信时服务提供方返回的消息Test定义在a.proto文件中,那么在使用方在解析消息时也同样需要a.proto文件来将接收到的消息转换成Test消息，因此管理.proto文件也有一些小麻烦。关于Protocol buffers的使用可参考 官方文档。
Protocol buffers文件管理规约
在我们的示例项目中使用集中管理的方式，即将所有的.proto文件放置在同一个目录（AppBubbleBackend/protos）下并按服务名称来划分:
├── sms
│ ├── SmsMessage.proto
│ └── SmsService.proto
└── user
└── UserMessage.proto还可以将整个目录放置在一个单独的git仓库中，然后在项目中使用git subtree来管理文件。
Protocol buffers 插件配置
有了上面的目录结构后，就需要配置一下Protocol buffers的编译插件来支持这种.proto文件的组织结构。在讲解如何配置插件解决.proto文件的编译问题之前，推荐读者了解一下插件的配置文档： Xolstice Maven Plugins。在我们的工程中使用如下配置：
org.xolstice.maven.plugins
protobuf-maven-plugin
0.5.1
com.google.protobuf:protoc:3.5.1-1:exe:${os.detected.classifier}
grpc-java
io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.17.1:exe:${os.detected.classifier}
${GOPATH}/src/github.com/grpc-ecosystem/grpc-gateway/third_party/googleapis
${GOPATH}/src
${protos.basedir}
true
true
首先上面的插件配置使用protoSourceRoot标签将Protocol buffers的源文件目录更改成AppBubbleBackend/protos目录，因为工程中使用了googleapis来定义服务接口,所以需要使用添加additionalProtoPathElement标签添加额外的依赖文件。注意这个插件的配置是在AppBubbleBackend/pom.xml文件中的，服务工程都是继承此文件的。在父POM文件配置好以后，再看一下服务工程的插件配置：
org.xolstice.maven.plugins
protobuf-maven-plugin
${project.artifactId}/*.proto
user/*.proto
服务工程主要使用includes标签，将需要的.proto文件包含在编译脚本中，includes标签中的include只是一个指定匹配.proto文件的匹配模式，
gRPC
gRPC是由Google开源的RPC通信框架，gRPC使用Protocol buffers定义服务接口并自动生成gRPC相关代码，有了这些代码后就可以非常方便的实现gRPC服务端和gPRC客户端，过多的细节就不细说了先看一下如何使用在SpringBoot中使用gRPC。
运行gRPC服务
利用ApplicationRunner接口，在SprintBoot中运行gRPC服非常方便，只需要像下面代码一样就可以运行一个简单的gRPC服务。
package com.bubble.sms.grpc;
@Component
public class GrpcServerInitializer implements ApplicationRunner {
@Autowired
private List services;
@Value("${grpc.server.port:8090}")
private int port;
@Override
public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
ServerBuilder serverBuilder = ServerBuilder
.forPort(port);
if (services != null && !services.isEmpty()) {
for (BindableService bindableService : services) {
serverBuilder.addService(bindableService);
}
}
Server server = serverBuilder.build();
serverBuilder.intercept(TransmitStatusRuntimeExceptionInterceptor.instance());
server.start();
startDaemonAwaitThread(server);
}
private void startDaemonAwaitThread(Server server) {
Thread awaitThread = new Thread(() -> {
try {
server.awaitTermination();
} catch (InterruptedException ignore) {
}
});
awaitThread.setDaemon(false);
awaitThread.start();
}
}
Envoy代理
gRPC服务运行起来后就需要进行调试了，比如使用curl、chrome等工具向gRPC服务发起Restful请求，实际上gRPC的调试并没有那么简单。一开始的方案是使用了gRPC-gateway，为每个服务都启动一个网关将Http 1.x请求转换并发送到gRPC服务。然而gRPC-gateway只有go语言的版本，并没有Java语言的版本，所有在编译和使用中比较困难，后来发现了Envoy提供了envoy.grpc_json_transcoder这个http过滤器，可以很方便的将RESTful JSON API转换成gRPC请求并发送给gRPC服务器。
envoy的相关配置都放置在AppBubbleBackend/scripts/envoy目录中，里面的envoy.yaml是一份简单的配置文件：
static_resources:
listeners:
- name: grpc-8090
address:
socket_address: { address: 0.0.0.0, port_value: 8090 }
filter_chains:
- filters:
- name: envoy.http_connection_manager
config:
stat_prefix: sms_http
codec_type: AUTO
# 省略部分配置
http_filters:
- name: envoy.grpc_json_transcoder
config:
proto_descriptor: "/app/app.protobin"
services: ["sms.SmsService"]
match_incoming_request_route: true
print_options:
add_whitespace: true
always_print_primitive_fields: true
always_print_enums_as_ints: false
preserve_proto_field_names: false
# 省略部分配置 使用envoy.grpc_json_transcoder过滤器的主要配置是proto_descriptor选项，该选项指向一个proto descriptor set文件。AppBubbleBackend/scripts/envoy/compile-descriptor.sh是编译proto descriptor set的脚本文件， 运行脚本文件会在脚本目录下生成一个app.protobin的文件，将此文件设置到envoy.grpc_json_transcoder就可大致完成了envoy的代理配置。
使用Docker发布
经过上面的一系统准备工作之后，我们就可以将服务发布到docker中了，Docker相关的文件都放置中AppBubbleBackend/scripts/docker和一个AppBubbleBackend/docker-compose.yaml文件。在发布时使用单个Dockerfile文件来制作服务镜像：
FROM rcntech/ubuntu-grpc:v0.0.5
EXPOSE 8080
EXPOSE 8090
#将当前目录添加文件到/bubble
ARG APP_PROJECT_NAME
#复制父pom.xml
ADD /pom.xml /app/pom.xml
ADD /protos /app/protos
ADD $APP_PROJECT_NAME /app/$APP_PROJECT_NAME
ADD scripts/gateway /app/gateway
ADD scripts/docker/entrypoint.sh /app/entrypoint.sh
RUN chmod u+x /app/entrypoint.sh
ENTRYPOINT ["/app/entrypoint.sh"]有了Dockerfile文件后，在docker-compose.yaml里面做一些配置就能将服务打包成镜像：
sms:
build:
context: ./
dockerfile: scripts/docker/Dockerfile
args:
APP_PROJECT_NAME: "AppBubbleSmsService"
environment:
APOLLO_META: "http://apollo-configservice-dev:8080"
APP_PROJECT_NAME: "AppBubbleSmsService"
ENV: dev同时编写了一个通用的entrypoint.sh脚本文件来启动服务器：
#!/bin/bash
export GOPATH=${HOME}/go
export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin:$GOPATH/bin
rootProjectDir="/app"
projectDir="${rootProjectDir}/${APP_PROJECT_NAME}"
cd ${rootProjectDir}/AppBubbleCommon
./mvnw install
cd $projectDir
#打包app.jar
./mvnw package -DskipTests -P docker-build
#编译proto文件
./mvnw protobuf:compile protobuf:compile-custom -P docker-build
# Run service
java -jar ${projectDir}/target/app.jarentrypoint.sh脚本中将服务工程编译成app.jar包再运行服务。还有envoy代理也要启动起来这样我们就可以使用curl或其他工具直接进行测试了。
感兴趣的可以自己来我的Java架构群，可以获取免费的学习资料，群号：855801563 对Java技术，架构技术感兴趣的同学，欢迎加群，一起学习，相互讨论。
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