微服务间通信：API接口详解

服务间通信：API接口

目录

服务间通信：API接口

概述

同步通信

使用REST API

使用gRPC API

断路器模式（Circuit breaker pattern）

服务发现模式

异步通信

使用异步消息模式

消息

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概述

• 单块应用

  • 运行在同一个进程中，直接使用函数调用进行通信

  • 需要与其他应用集成时，采用 REST Api 进行通信

• 微服务应用

  • 被分解出来的服务之间需要协作

  • 分布式环境下，协作会跨主机、跨进程

  • 当前最流行的进程间通信方式是 REST

  • 服务间的通信方式对于应用的可用性至关重要

• 可选项

  • 同步通信：如基于HTTP的 REST 和 gRPC

  • 异步通信：如基于消息的的AMQP 和 STOMP

  • 通信内容类型：

    • 基于文本：JSON、XML

    • 基于字节：Avro，Protocol Buffers

• 微服务的API 可发为两类

  • 操作：由客户端调用，包括名字，参数，返回类型

  • 事件：包括类型和字段集，发布到消息通道（Message Channel）

• 跟单块应用不同，编译期无法发现微服务 API 的问题，只有在运行期才能发现

• 最佳实践

  • 使用某种接口定义语言（IDL）对服务接口进行定义，如 Swagger

    Swagger：Rest API的描述语言

     

     

  • API-First：先定义 API，再进行开发

• 微服务 API 的演进

  • 当加入新功能时，或功能变更时，API 需随着时间而演进

  • 不应该，也不可能强制所有调用者同步更新

  • 应采用滚动升级（Rolling Update），确保新旧版本同时在线

  • 当所有调用者都完成升级后，再撤回旧版本

同步通信

使用REST API

• Roy Fielding. Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures. 2000

   

• 资源的定义、URI标识符（一对多）、表示（JSON），操作/Http动词（请求方式），状态码

• REST成熟度模型

  • 0级：没有资源概念。使用一个 URI 处理所有请求，请求内容封装在请求体中

    • http://localhost:8080/services

      • {type: 'teacher', operation: 'getAll', parameter: 'name="张%"'}

      • {type: 'teacher', operation: 'getAll', parameter: 'name="张%"'}

    • 面向服务的架构：SOA，SOAP，BPEL

  • 1级：引入资源概念，一个资源的所有操作都通过一个URI完成

    • http://localhost:8080/services/teacher

    • {operation: 'getAll', parameter: 'name = ...'}

  • 2级：引入HTTP动词，资源的不同操作使用适当的HTTP动词和返回状态码

    • POST /services/teachers {name: 'zhangsan', } ------ 201

    • GET /services/teachers?name=张&age=37 ----- 200

    • PUT

  • 3级：实现HATEOAS（）原则 ，不仅返回当前的资源表示，还返回后续操作的链接，使客户端无须再执行硬编码URI。（注：这才是真正的RESTful，但实际中很少能做到）

    • Axios.get("http://localhost/assignment/1")

    • Axios.get(json.href.key)

    • json: {[,,,,], href: {key: http://localhost/api/assignment/1}}

    • Spring-HATEOAS

     

• 使用 Open API 规范 描述 API

• 缺点：

  • 无法一次操作获取多个对象

  • 返回太多无用的信息 http://localhost/student/1 {name: zhangsan, id: 123, password: 1123, calssId: 123} http://localhost/class/123

  • 解决办法：GraphQL

使用gRPC API

• 二进制的基于消息的协议

• 使用 基于Protocol Buffer协议进行描述

• 使用Protocol Buffer生成客户端桩（Stub）和服务器端骨架（skeleton）

• 使用 HTTP/2

断路器模式（Circuit breaker pattern）

• 问题：当请求的服务总是超时，怎么办？

• 服务雪崩：一个服务拖跨一个应用

• 目标：零延时

• 当一个服务的请求连续出现超时，并且连续超时的次数超过某个阀值时，则再次请求该服务时会被断路器直接拒绝，而不会发出真正的请求。

• 以下内容来自网络

  • 如果调用失败，将失败值的增加1

  • 如果调用失败的次数超过某个阈值，就打开电路

  • 如果电路处于打开状态，则立即返回错误信息或返回一个默认值

  • 如果电路处于打开状态且已经过了一段时间，则半开电路

  • 如果电路半开，下一次请求调次失败，请再次打开

  • 如果电路半开，下一次请求调用成功，请将其关闭

• 断路器可部署在 API 网关上

  • 网关返回缓存数据，或直接错误数据

• 开源实现：Hystrix for JVM 、Polly for .NET、Spring Cloud Hystrix, Dubbo, Nacos

• 基础设施实现：Kubernetes + Istio Service Mesh

服务发现模式

• 发送消息前，如何知道目标服务的网络位置，如IP和端口？

  • 我们现在的做法（最差）：硬编码

  • 传统做法：从配置文件中获取

  • 微服务：因为要满足扩展性，目标服务可能会动态增减，因此目标IP地址是动态的

• 必须提供一个动态的服务发现机制

  • 提供服务注册组件，管理所有服务实例的网络位置信息

  • 当服务实例启动或停止时，会更新服务网络数据

  • 注册中心会定期轮询服务实例其健康状态，因此服务实例也要提供类似API

  • 客户端向服务注册中心询问服务的网络信息，得到回复后发出请求

• 两种实现：

  • 服务及其客户端直接与服务注册中心交互

    • 自我注册模式：服务实例启动或停止时，自动更新注册中心

    • 客户端发现模式：客户端从注册中心获取所有可用服务实例及其负载均衡配置

    • spring cloud netflix

  • 通过基础设施完成：Kubernetes

    • 第三方注册模式：服务实例由第三方自动注册

    • 服务器端发现模式：客户端向路由器发送请求，后者负责服务发现

    • 虽然与基础设施耦合，但还是推荐（因为不用写代码）

异步通信

使用异步消息模式

• 一个基于消息的应用，通常被称为消息代理（message broker）

  • 作为服务通信的中介

  • 通信过程：

    • 客户端发送一条消息到代理

    • 服务从代理中读取消息

    • 服务进行处理并将结果封装成一条消息

    • 服务将消息发回给代理

    • 客户端从代理读取返回的消息

    • 客户端根据消息进行处理

  • 以上过程是异步的

    • 客户端发完消息后，并不会等着消息的返回

    • 客户端不需要知道服务的网络信息

    • 服务端不需要知道客户身份信息

• 消息模式：客户端通过异常消息调用服务

消息

• 案例：使用 Spring Integration 开发一个 hello world 例子

• 消息模型

  • 出处： Enterprise Integration Patterns

  • 消息通过消息通道（message channel）进行交换

  • 发送者往通道上发送消息

  • 接收者从通道接收消息

• 消息

  • 由消息头（header）和消息体（body） 构成

  • 消息头包括：

    • 一组键值对

    • 消息的元数据

    • 消息id

    • 消息返回地址：返回消息的通道

  • 消息体是消息要发送的数据，可以是文本或二进制类型

• 三种消息类型

  • 文档：只包含纯数据

  • 命令：指定操作和参数

  • 事件：指出发送者发生的事件，如下订单

• 消息通道

   

• 消息通道类型：点对点，订阅-发布式

• 可以实现同步的消息通信，但这种场景选用 REST

• 异步请求/响应，或异步点对点

 

• 单向通知：只请求，没响应

• 订阅-发布：多个服务从通道中获取消息并处理