Spring Cloud学习|第二篇:负载均衡-Ribbon

1.简介

负载均衡是指将负载分摊至多个执行单元上，常见的负载均衡有如下两种

1.服务器负载均衡.如Nginx:通过Nginx负载均衡策略，将请求转发至后端服务,如下图所示

​ 2.客户端负载均衡:以代码的形式封装至服务消费者服务上，消费者维护一份服务提供者信息列表，通过负载均衡策略将分摊给多个服务提供者，从而达到负载均衡目的

2.使用RestTemplate与Ribbon进行消费服务

在上一篇基础上完成该案例演示，服务具体信息如下表所示

服务名	服务端口	作用
eureka-server	8761	注册中心
eureka-client	8762,8763	服务提供者
eureka-ribbon-client	8764	负载均衡客户端

• 新建服务eureka-ribbon-client

• 引入依赖

  <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-clientartifactId>
      dependency>
      <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbonartifactId>
      dependency>
      <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
      dependency>
  

• 配置application.yml

  spring:
    application:
      name: eureka-ribbon-client
  
  server:
    port: 8764
  
  eureka:
    client:
      service-url:
        defaultZone: http://localhost:8761/eureka/
  

• 书写启动类

  注意启动类中需加载RestTemplate类

  @EnableEurekaClient
  @SpringBootApplication
  public class EurekaRibbonClientApplication {
  
    public static void main(String[] args) {
      SpringApplication.run(EurekaRibbonClientApplication.class, args);
    }
  
    @LoadBalanced
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate(){
      return new RestTemplate();
    }
  }
  

• 写一个Restful API接口，用于远程调用8762和8763两个服务

  @Service
  public class RibbonService {
  
    @Resource
    private RestTemplate restTemplate;
  
    public String hi(String name){
      return restTemplate.getForObject("http://eureka-client/hi?name={1}", String.class, name);
    }
  }
  

• 启动注册中心、两个服务提供者以及ribbon-client-service服务，查看注册中心
  

• 访问ribbon-client-service服务,会轮流输出两个服务提供者信息,表示负载均衡起作用了

3.LoadBalancerClient介绍

负载均衡器的核心类为LoadBalancerClient，我们可以通过LoadBalancerClient控制访问的服务，在此，新增一接口"/testLoadBalancer",通过LoadBalancerClient访问服务提供者。

• 新增接口

  @RestController
  public class EurekaRibbonClient {
  
   @Resource
   private LoadBalancerClient loadBalancerClient;
  
   @GetMapping("/testLoadBalancer")
   public String testRibbon() {
     ServiceInstance instance = loadBalancerClient.choose("eureka-client");
     return instance.getHost() + ":" + instance.getPort();
   }
  }
  

• 启动服务，访问http://localhost:8764/testLoadBalancer,输出结果如下

  127.0.0.1:8762
  127.0.0.1:8763
  

• Ribbon禁止从Eureka注册中心获取服务注册信息，而是自己维护服务实例列表

  (1)配置application.yml

  ribbon: # 禁止Ribbon从Euraka获取注册信息
    eureka:
      enabled: false
  stores: # 设置本地服务注册信息
    ribbon:
      listOfServers: example.com,goole.com
  
  

  (2)书写程序

  @RestController
  public class EurekaRibbonClient {
  
    @Resource
    private LoadBalancerClient loadBalancerClient;
  
    @GetMapping("/testLoadBalancer")
    public String testRibbon() {
      ServiceInstance instance = loadBalancerClient.choose("stores");
      return instance.getHost() + ":" + instance.getPort();
    }
  }
  

  (3) 启动工程，访问http://localhost:8764/testLoadBalancer,结果展示如下

  example.com:80
  google.com:80
  

• 结论

  (1) Ribbon通过LoadBalancerClient从注册中心获取所有注册服务信息，并缓存至Ribbon本地

  (2) LoadBalancerClient的choose根据传入的serviceId从注册服务列表中获取服务实例信息(ip及端口)

  (3) 如果禁止Ribbon从Eureka获取注册列表信息，则需自己维护一份服务注册列表信息，根据自己维护的注册列表信息，实现负载均衡

4.Ribbon源码简单分析

• Ribbon负载均衡过程

  (1) 通过LoadBalancerAutoConfiguration类中如下代码，维护一个RestTemplate列表,同时初始化时，给每个restTemplate对象增加一个拦截器

  @LoadBalanced
  @Autowired(required = false)
  private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();
  

  (2) 拦截器主要对每个请求路径进行解析,最后将解析出的serviceId（serviceName）将给LoadBalancerClient处理

  @Override
  	public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
  			final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
  		final URI originalUri = request.getURI();
  		String serviceName = originalUri.getHost();
  		Assert.state(serviceName != null,
  				"Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);
  		return this.loadBalancer.execute(serviceName,
  				this.requestFactory.createRequest(request, body, execution));
  	}
  

  (3) LoadBalancerClient则会根据传入的serviceId获取服务注册列表、缓存服务注册列表、检测服务注册列表是否变化、ping下游服务是否可用、根据配置的负载均衡策略进行服务调用

• LoadBalancerClient实现功能过程

  (1) 核心类LoadBalancerClient的choose()最终通过ILoadBalancer的实现类DynamicServerListLoadBalancer实现

  (2) DynamicServerListLoadBalancer构造方法中需要初始:IClientConfig、IRule、IPing、ServerList、ServerListFilter五个属性

  属性类	作用
  IClientConfig	获取配置负载均衡客户端
  IRule	配置负载均衡策略
  IPing	检测负载均衡的服务是否可用
  ServerList	获取注册中心服务注册列表
  ServerListFilter	根据配置去过滤或动态获取符合条件的server列表方法

  (3) 负载均衡策略

  负载均衡策略的选择是根据IRule子类完成的，默认走的是轮询策略，常见的几个实现类如下表所示:

  类名	作用
  BestAvailableRule	选择最小请求数
  ClientConfigEnabledRoundRobinRule	轮询
  RandomRule	随机
  RetryRule	根据轮询方式重试
  WeightedResponseTimeRule	根据响应时间分配权重，权重越低，被选择可能性越低
  ZoneAvoidanceRule	根据server的zone区域和可用性来轮训选择

  IRule有3个方法，分别是choose(serviceId),setLoadBalancer(),getLoadBalancer()三个方法，分别是根据servcieId获取服务实例信息，设置和获取ILoadBalancer

  (4) 检测要负载均衡的服务是否可用(IPing),Iping通过其子类完成服务检测，主要由如下几个子类实现:

  类名	作用
  PingUrl	真实地去ping某个url
  PingConstant	固定返回某个服务是否可用，默认为true
  NoOpPing	不去ping,直接返回true,即可用
  DummyPing	直接返回true,并实现了initWithNiwsConfig方法
  NIWSDiscoveryPing	根据DiscoveryEnabledServer的instanceInfo的InstanceStatus去判断，如果InstanceStatus.UP，则可用，否则不可用

  (5) 获取注册服务列表(serverList)

  方法名	作用
  DynamicServerListLoadBalancer构造函数	初始化上述所需属性
  DynamicServerListLoadBalancer->initWithNiwsConfig()	初始化信息
  initWithNiwsConfig->restOfInit->updateListOfServers()	获取服务注册列表
  updateListOfServers->serverListImpl.getUpdatedListOfServers()	具体获取注册列表服务实现
  serverListImpl实现ServerList，实现类DiscoveryEnabledServer->obtainServersViaDiscovery->eurekaClientProvider.get()	获取Eureka中注册的服务
  LegacyEurekaClientProvider->get()	具体实现

  最终获取服务列表代码

  class LegacyEurekaClientProvider implements Provider<EurekaClient> {
  
      private volatile EurekaClient eurekaClient;
  
      @Override
      public synchronized EurekaClient get() {
          if (eurekaClient == null) {
              eurekaClient = DiscoveryManager.getInstance().getDiscoveryClient();
          }
  
          return eurekaClient;
      }
  }
  

  (6) 负载均衡获取服务服务注册时间
  BaseLoadBalancer构造函数中有一方法setupPingTask(),方法具体实现如下,根据如下代码可知，每隔10秒向EurekaClient发送一次心跳检测。

  void setupPingTask() {
      if (canSkipPing()) {
          return;
      }
      if (lbTimer != null) {
          lbTimer.cancel();
      }
      lbTimer = new ShutdownEnabledTimer("NFLoadBalancer-PingTimer-" + name,
                                         true);
      lbTimer.schedule(new PingTask(), 0, pingIntervalSeconds * 1000);
      forceQuickPing();
  }
  

  (7) 查看定时任务代码，分析心跳检测具体实现
  查看pingTask()方法，主要实现逻辑在runPinger(),而在runPinger()方法中通过pingerStrategy.pingServers(ping, allServers)获取服务可用性，检测是否与之前相同，如果相同则不拉取，如果不同则调用notifyServerStatusChangeListener(changedServers);向注册中心拉取服务列表，最终实现本地服务注册列表的更新

  class PingTask extends TimerTask {
      public void run() {
          try {
              new Pinger(pingStrategy).runPinger();
          } catch (Exception e) {
              logger.error("LoadBalancer [{}]: Error pinging", name, e);
          }
      }
  }
  ----------------------------------------------------------------------------------------
   public void runPinger() throws Exception {
      	...省略
          results = pingerStrategy.pingServers(ping, allServers);
  
          final List<Server> newUpList = new ArrayList<Server>();
          final List<Server> changedServers = new ArrayList<Server>();
  
          for (int i = 0; i < numCandidates; i++) {
              boolean isAlive = results[i];
              Server svr = allServers[i];
              boolean oldIsAlive = svr.isAlive();
  
              svr.setAlive(isAlive);
  
              if (oldIsAlive != isAlive) {
                  changedServers.add(svr);
                  logger.debug("LoadBalancer [{}]:  Server [{}] status changed to {}", 
                               name, svr.getId(), (isAlive ? "ALIVE" : "DEAD"));
              }
  
              if (isAlive) {
                  newUpList.add(svr);
              }
          }
          upLock = upServerLock.writeLock();
          upLock.lock();
          upServerList = newUpList;
          upLock.unlock();
  
          notifyServerStatusChangeListener(changedServers);
      } finally {
          pingInProgress.set(false);
      }
  }
  

5.Ribbon配置

5.1 设置全局策略

1.创建配置类
2.根据需求创建所需策略类

public class RibbonConfiguration{
	@Bean
	public IRule ribbonRule(){
	 	return new RandomRule();
}
}

5.2 定制化策略

1.创建配置类
2.自定义注解
3.启动类中排除自定义配置类

• 配置类

  @Configuration
  @AvoidScan
  public class RibbonConfiguration {
  
    @Bean
    public IRule ribbonRule(){
      return new RandomRule();
    }
  }
  

• 启动类，排除自定义配置

  @SpringBootApplication
  @EnableDiscoveryClient
  @EnableFeignClients
  @RibbonClient(name="provider-service",configuration = RibbonConfiguration.class)
  @ComponentScan(excludeFilters = {@ComponentScan.Filter(type= FilterType.ANNOTATION,value = {AvoidScan.class})})
  public class RibbonFeignApplication {
  
    public static void main(String[] args) {
      SpringApplication.run(RibbonFeignApplication.class, args);
    }
  }
  

5.3 配置方式配置策略

下表为配置策略相关类

配置项	说明
clientName.ribbon.NFLoadBalancerClassName	指定ILoadBalancer的实现类
clientName.ribbon.NFLoadBalancerRuleClassName	指定IRule的实现类
clientName.ribbon.NFLoadBalancerPingClassName	指定IPing的实现类
clientName.ribbon.NFWSServerListClassName	指定ServerList的实现类
clientName.ribbon.NIWSServerListFilterClassName	指定ServerListFilter的实现类

provider-service:
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule
    ConnectTimeout: 30000
    ReadTimeout: 30000
    MaxAutoRetries: 1 #对第一次请求的服务重试次数
    MaxAutoRetriesNextServer: 1 #要重试的下一个服务的最大数量(不包括第一个服务)
    OkToRetryOnAllOperations: true
ribbon:
  eager-load: # ribbon的饥饿加载，应对第一次调用加载时间长，超时而调用不成功情况
    enabled: true
    clients: provider-service

6.参考资料

• 《重新定义Springcloud实战》
• 《Springcloud微服务实战》
• 《深入理解Spring Cloud与微服务构建》