微服务01（Eureka、Nacos）

该笔记基于黑马程序员的SpringCloud+RabbitMQ+Docker+Redis+搜索+分布式，史上最全面的springcloud微服务

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1.1.单体架构

单体架构：将业务的所有功能集中在一个项目中开发，打成一个包部署。

单体架构的优缺点如下：

优点：

• 架构简单

• 部署成本低

缺点：

• 耦合度高（维护困难、升级困难）

1.2.分布式架构

分布式架构：根据业务功能对系统做拆分，每个业务功能模块作为独立项目开发，称为一个服务。

 

分布式架构的优缺点：

优点：

• 降低服务耦合

• 有利于服务升级和拓展

缺点：

• 服务调用关系错综复杂

分布式架构虽然降低了服务耦合，但是服务拆分时也有很多问题需要思考：

• 服务拆分的粒度如何界定？

• 服务之间如何调用？

• 服务的调用关系如何管理？

人们需要制定一套行之有效的标准来约束分布式架构。

1.3.微服务

微服务的架构特征：

• 单一职责：微服务拆分粒度更小，每一个服务都对应唯一的业务能力，做到单一职责

• 自治：团队独立、技术独立、数据独立，独立部署和交付

• 面向服务：服务提供统一标准的接口，与语言和技术无关

• 隔离性强：服务调用做好隔离、容错、降级，避免出现级联问题

 

微服务的上述特性其实是在给分布式架构制定一个标准，进一步降低服务之间的耦合度，提供服务的独立性和灵活性。做到高内聚，低耦合。

因此，可以认为微服务是一种经过良好架构设计的分布式架构方案 。

但方案该怎么落地？选用什么样的技术栈？全球的互联网公司都在积极尝试自己的微服务落地方案。

其中在Java领域最引人注目的就是SpringCloud提供的方案了。

1.4.SpringCloud

SpringCloud是目前国内使用最广泛的微服务框架。官网地址：Spring Cloud。

SpringCloud集成了各种微服务功能组件，并基于SpringBoot实现了这些组件的自动装配，从而提供了良好的开箱即用体验。

其中常见的组件包括：

 

另外，SpringCloud底层是依赖于SpringBoot的，并且有版本的兼容关系，如下：

 

我们课堂学习的版本是 Hoxton.SR10，因此对应的SpringBoot版本是2.3.x版本。

1.5.总结

• 单体架构：简单方便，高度耦合，扩展性差，适合小型项目。例如：学生管理系统

• 分布式架构：松耦合，扩展性好，但架构复杂，难度大。适合大型互联网项目，例如：京东、淘宝

• 微服务：一种良好的分布式架构方案

  ①优点：拆分粒度更小、服务更独立、耦合度更低

  ②缺点：架构非常复杂，运维、监控、部署难度提高

• SpringCloud是微服务架构的一站式解决方案，集成了各种优秀微服务功能组件

2.服务拆分和远程调用

任何分布式架构都离不开服务的拆分，微服务也是一样。

2.1.服务拆分原则

这里我总结了微服务拆分时的几个原则：

• 不同微服务，不要重复开发相同业务

• 微服务数据独立，不要访问其它微服务的数据库

• 微服务可以将自己的业务暴露为接口，供其它微服务调用

2.2.服务拆分示例

 

cloud-demo：父工程，管理依赖

• order-service：订单微服务，负责订单相关业务

• user-service：用户微服务，负责用户相关业务

要求：

• 订单微服务和用户微服务都必须有各自的数据库，相互独立

• 订单服务和用户服务都对外暴露Restful的接口

• 订单服务如果需要查询用户信息，只能调用用户服务的Restful接口，不能查询用户数据库

2.3.实现远程调用案例

在order-service服务中，有一个根据id查询订单的接口：

 

 在user-service中有一个根据id查询用户的接口：

 

2.3.1.案例需求：

修改order-service中的根据id查询订单业务，要求在查询订单的同时，根据订单中包含的userId查询出用户信息，一起返回。

 

因此，我们需要在order-service中 向user-service发起一个http的请求，调用http://localhost:8081/user/{userId}这个接口。

大概的步骤是这样的：

• 注册一个RestTemplate的实例到Spring容器

• 修改order-service服务中的OrderService类中的queryOrderById方法，根据Order对象中的userId查询User

• 将查询的User填充到Order对象，一起返回

2.3.2.注册RestTemplate

首先，我们在order-service服务中的OrderApplication启动类中，注册RestTemplate实例：

用RestTemplate远程调用UserService的获取用户信息接口 

 请求结果：

{"id":101,"price":699900,"name":"Apple 苹果 iPhone 12 ","num":1,"userId":1,"user":{"id":1,"username":"柳岩","address":"湖南省衡阳市"}}

 RestTemplate要求在代码里写出服务的请求地址，不是一种很好的远程调用解决方法。

2.4.提供者与消费者

在服务调用关系中，会有两个不同的角色：

服务提供者：一次业务中，被其它微服务调用的服务。（提供接口给其它微服务）

服务消费者：一次业务中，调用其它微服务的服务。（调用其它微服务提供的接口）

 

但是，服务提供者与服务消费者的角色并不是绝对的，而是相对于业务而言。

如果服务A调用了服务B，而服务B又调用了服务C，服务B的角色是什么？

• 对于A调用B的业务而言：A是服务消费者，B是服务提供者

• 对于B调用C的业务而言：B是服务消费者，C是服务提供者

因此，服务B既可以是服务提供者，也可以是服务消费者。

3.Eureka注册中心

假如我们的服务提供者user-service部署了多个实例，如图：

 

大家思考几个问题：

• order-service在发起远程调用的时候，该如何得知user-service实例的ip地址和端口？

• 有多个user-service实例地址，order-service调用时该如何选择？

• order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康，是不是已经宕机？

3.1.Eureka的结构和作用

这些问题都需要利用SpringCloud中的注册中心来解决，其中最广为人知的注册中心就是Eureka，其结构如下：

 

回答之前的各个问题。

问题1：order-service如何得知user-service实例地址？

获取地址信息的流程如下：

• user-service服务实例启动后，将自己的信息注册到eureka-server（Eureka服务端）。这个叫服务注册

• eureka-server保存服务名称到服务实例地址列表的映射关系

• order-service根据服务名称，拉取实例地址列表。这个叫服务发现或服务拉取

问题2：order-service如何从多个user-service实例中选择具体的实例？

• order-service从实例列表中利用负载均衡算法选中一个实例地址

• 向该实例地址发起远程调用

问题3：order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康，是不是已经宕机？

• user-service会每隔一段时间（默认30秒）向eureka-server发起请求，报告自己状态，称为心跳

• 当超过一定时间没有发送心跳时，eureka-server会认为微服务实例故障，将该实例从服务列表中剔除

• order-service拉取服务时，就能将故障实例排除了

注意：一个微服务，既可以是服务提供者，又可以是服务消费者，因此eureka将服务注册、服务发现等功能统一封装到了eureka-client端

因此，接下来我们动手实践的步骤包括：  

 

3.2.搭建eureka-server

首先大家注册中心服务端：eureka-server，这必须是一个独立的微服务

 

3.2.3.编写启动类

给eureka-server服务编写一个启动类，一定要添加一个@EnableEurekaServer注解，开启eureka的注册中心功能：

3.2.4.编写配置文件

编写一个application.yml文件，内容如下：

 

3.2.5.启动服务

启动微服务，然后在浏览器访问：http://127.0.0.1:10086

看到下面结果应该是成功了：

 

3.3.服务注册

下面，我们将user-service注册到eureka-server中去。

1）引入依赖

在user-service的pom文件中，引入下面的eureka-client依赖：

    org.springframework.cloud
    spring-cloud-starter-netflix-eureka-client

2）配置文件

在user-service中，修改application.yml文件，添加服务名称、eureka地址：

 3）启动多个user Service实例

eureka客户端显示有8081和8082两个实例 

3.4.服务发现

下面，我们将order-service的逻辑修改：向eureka-server拉取user-service的信息，实现服务发现。

1）引入依赖

之前说过，服务发现、服务注册统一都封装在eureka-client依赖，因此这一步与服务注册时一致。

在order-service的pom文件中，引入下面的eureka-client依赖：

    org.springframework.cloud
    spring-cloud-starter-netflix-eureka-client

2）配置文件

服务发现也需要知道eureka地址，因此第二步与服务注册一致，都是配置eureka信息：

在order-service中，修改application.yml文件，添加服务名称、eureka地址：

 

3）服务拉取和负载均衡

最后，我们要去eureka-server中拉取user-service服务的实例列表，并且实现负载均衡。

不过这些动作不用我们去做，只需要添加一些注解即可。

在order-service的OrderApplication中，给RestTemplate这个Bean添加一个@LoadBalanced注解：

 修改order-service服务中的cn.itcast.order.service包下的OrderService类中的queryOrderById方法。修改访问的url路径，用服务名代替ip、端口：

 spring会自动帮助我们从eureka-server端，根据userservice这个服务名称，获取实例列表，而后完成负载均衡。

4.Ribbon负载均衡

上一节中，我们添加了@LoadBalanced注解，即可实现负载均衡功能，这是什么原理呢？

4.1.负载均衡原理

SpringCloud底层其实是利用了一个名为Ribbon的组件，来实现负载均衡功能的。

 

那么我们发出的请求明明是http://userservice/user/1，怎么变成了http://localhost:8081的呢？

 

4.2.源码跟踪

为什么我们只输入了service名称就可以访问了呢？之前还要获取ip和端口。

显然有人帮我们根据service名称，获取到了服务实例的ip和端口。它就是LoadBalancerInterceptor，这个类会在对RestTemplate的请求进行拦截，然后从Eureka根据服务id获取服务列表，随后利用负载均衡算法得到真实的服务地址信息，替换服务id。

我们进行源码跟踪：

1）LoadBalancerIntercepor

//负载均衡拦截器实现客户端http请求拦截器
public class LoadBalancerInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {

	private LoadBalancerClient loadBalancer;

	private LoadBalancerRequestFactory requestFactory;

	public LoadBalancerInterceptor(LoadBalancerClient loadBalancer,
			LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {
		this.loadBalancer = loadBalancer;
		this.requestFactory = requestFactory;
	}

	public LoadBalancerInterceptor(LoadBalancerClient loadBalancer) {
		// for backwards compatibility
		this(loadBalancer, new LoadBalancerRequestFactory(loadBalancer));
	}

	@Override
	public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
			final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
        //获取请求的uri，这个uri是 http://user-service/user/101
		final URI originalUri = request.getURI();
        //通过uri获取请求的host，按理来说应该是一个ip，但是这里被服务名代替了(userservice)
		String serviceName = originalUri.getHost();
		Assert.state(serviceName != null,
				"Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);
        //核心方法，处理服务和请求
		return this.loadBalancer.execute(serviceName,
				this.requestFactory.createRequest(request, body, execution));
	}

}

2）LoadBalancerClient

继续跟入execute方法：

 

代码是这样的：

• getLoadBalancer(serviceId)：根据服务id获取ILoadBalancer，而ILoadBalancer会拿着服务id去eureka中获取服务列表并保存起来。

• getServer(loadBalancer)：利用内置的负载均衡算法，从服务列表中选择一个。

进入getServer方法：

因为已经通过serverId获取了一个loadbalance，hint使用默认的default

 在进入，找到父类的chooseServer方法

 在这里有一个rule.choose方法，rule是选择实例的规则，又轮询、随机等实现。下面这里是ribbon默认的轮询规则(chooseRoundRobinAfterFilteringf方法)

 到这里，获取服务的过程结束。

4）总结

SpringCloudRibbon的底层采用了一个拦截器，拦截了RestTemplate发出的请求，对地址做了修改。用一幅图来总结一下：

基本流程如下：

• 拦截我们的RestTemplate请求http://userservice/user/1

• RibbonLoadBalancerClient会从请求url中获取服务名称，也就是user-service

• DynamicServerListLoadBalancer根据user-service到eureka拉取服务列表

• eureka返回列表，localhost:8081、localhost:8082

• IRule利用内置负载均衡规则，从列表中选择一个，例如localhost:8081

• RibbonLoadBalancerClient修改请求地址，用localhost:8081替代userservice，得到http://localhost:8081/user/1，发起真实请求

4.3.负载均衡策略

4.3.1.负载均衡策略

负载均衡的规则都定义在IRule接口中，而IRule有很多不同的实现类：

 

不同规则的含义如下：

内置负载均衡规则类	规则描述
RoundRobinRule	简单轮询服务列表来选择服务器。它是Ribbon默认的负载均衡规则。
AvailabilityFilteringRule	对以下两种服务器进行忽略： （1）在默认情况下，这台服务器如果3次连接失败，这台服务器就会被设置为“短路”状态。短路状态将持续30秒，如果再次连接失败，短路的持续时间就会几何级地增加。 （2）并发数过高的服务器。如果一个服务器的并发连接数过高，配置了AvailabilityFilteringRule规则的客户端也会将其忽略。并发连接数的上限，可以由客户端的..ActiveConnectionsLimit属性进行配置。
WeightedResponseTimeRule	为每一个服务器赋予一个权重值。服务器响应时间越长，这个服务器的权重就越小。这个规则会随机选择服务器，这个权重值会影响服务器的选择。
ZoneAvoidanceRule	以区域可用的服务器为基础进行服务器的选择。使用Zone对服务器进行分类，这个Zone可以理解为一个机房、一个机架等。而后再对Zone内的多个服务做轮询。
BestAvailableRule	忽略那些短路的服务器，并选择并发数较低的服务器。
RandomRule	随机选择一个可用的服务器。
RetryRule	重试机制的选择逻辑

默认的实现就是ZoneAvoidanceRule，是一种轮询方案

4.3.2.自定义负载均衡策略

通过定义IRule实现可以修改负载均衡规则，有两种方式：

1. 代码方式：在order-service中的OrderApplication类中，定义一个新的IRule：

    

2. 配置文件方式：在order-service的application.yml文件中，添加新的配置也可以修改规则：

userservice: # 给某个微服务配置负载均衡规则，这里是userservice服务
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule # 负载均衡规则 

注意，一般用默认的负载均衡规则，不做修改。

4.4.饥饿加载

Ribbon默认是采用懒加载，即第一次访问时才会去创建LoadBalanceClient，请求时间会很长。

而饥饿加载则会在项目启动时创建，降低第一次访问的耗时，通过下面配置开启饥饿加载：

ribbon:
  eager-load:
    enabled: true
    clients: userservice

 

5.Nacos注册中心

国内公司一般都推崇阿里巴巴的技术，比如注册中心，SpringCloudAlibaba也推出了一个名为Nacos的注册中心。

5.1.认识和安装Nacos

Nacos是阿里巴巴的产品，现在是SpringCloud中的一个组件。相比Eureka功能更加丰富，在国内受欢迎程度较高。

 

5.2.服务注册到nacos

Nacos是SpringCloudAlibaba的组件，而SpringCloudAlibaba也遵循SpringCloud中定义的服务注册、服务发现规范。因此使用Nacos和使用Eureka对于微服务来说，并没有太大区别。

主要差异在于：

• 依赖不同

• 服务地址不同

1）引入依赖

在cloud-demo父工程的pom文件中的中引入SpringCloudAlibaba的依赖：

    com.alibaba.cloud
    spring-cloud-alibaba-dependencies
    pom
    import

然后在user-service和order-service中的pom文件中引入nacos-discovery依赖：

    com.alibaba.cloud
    spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery

注意：不要忘了注释掉eureka的依赖。

2）配置nacos地址

在user-service和order-service的application.yml中添加nacos地址：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848

注意：不要忘了注释掉eureka的地址

3）重启

重启微服务后，登录nacos管理页面，可以看到微服务信息：

 

5.3.服务分级存储模型

一个服务可以有多个实例，例如我们的user-service，可以有:

• 127.0.0.1:8081

• 127.0.0.1:8082

• 127.0.0.1:8083

假如这些实例分布于全国各地的不同机房，例如：

• 127.0.0.1:8081，在上海机房

• 127.0.0.1:8082，在上海机房

• 127.0.0.1:8083，在杭州机房

Nacos就将同一机房内的实例 划分为一个集群。

也就是说，user-service是服务，一个服务可以包含多个集群，如杭州、上海，每个集群下可以有多个实例，形成分级模型，如图：

 微服务互相访问时，应该尽可能访问同集群实例，因为本地访问速度更快。当本集群内不可用时，才访问其它集群。例如：

 

杭州机房内的order-service应该优先访问同机房的user-service。

5.3.1.给user-service配置集群

修改user-service的application.yml文件，添加集群配置：

 重启两个user-service实例后，我们可以在nacos控制台看到下面结果：

我们再次复制一个user-service启动配置，添加属性：

-Dserver.port=8083 -Dspring.cloud.nacos.discovery.cluster-name=SH

结果：

 

5.3.2.同集群优先的负载均衡

默认的ZoneAvoidanceRule并不能实现根据同集群优先来实现负载均衡。

因此Nacos中提供了一个NacosRule的实现，可以优先从同集群中挑选实例。

1）给order-service配置集群信息

修改order-service的application.yml文件，添加集群配置：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
      discovery:
        cluster-name: HZ # 集群名称

2）修改负载均衡规则

修改order-service的application.yml文件，修改负载均衡规则：

userservice:
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule # 负载均衡规则 

5.4.权重配置

实际部署中会出现这样的场景：

服务器设备性能有差异，部分实例所在机器性能较好，另一些较差，我们希望性能好的机器承担更多的用户请求。

但默认情况下NacosRule是同集群内随机挑选，不会考虑机器的性能问题。

因此，Nacos提供了权重配置来控制访问频率，权重越大则访问频率越高。

在nacos控制台，找到user-service的实例列表，点击编辑，即可修改权重：

 注意：如果权重修改为0，则该实例永远不会被访问

5.5.环境隔离

Nacos提供了namespace来实现环境隔离功能。

• nacos中可以有多个namespace

• namespace下可以有group、service等

• 不同namespace之间相互隔离，例如不同namespace的服务互相不可见

  

 

5.5.2.给微服务配置namespace

给微服务配置namespace只能通过修改配置来实现。

例如，修改order-service的application.yml文件：

spring:
  cloud:
    nacos:
      server-addr: localhost:8848
      discovery:
        cluster-name: HZ
        namespace: dc72c60e-83f8-4778-bcb0-0467f54d6edc # 命名空间，填ID

重启order-service后，访问控制台，可以看到下面的结果：

 

 此时访问order-service，因为namespace不同，会导致找不到userservice，控制台会报错

5.6.Nacos与Eureka的区别

Nacos的服务实例分为两种l类型：

• 临时实例：如果实例宕机超过一定时间，会从服务列表剔除，默认的类型。

• 非临时实例：如果实例宕机，不会从服务列表剔除，也可以叫永久实例。

配置一个服务实例为永久实例：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        ephemeral: false # 设置为非临时实例

Nacos和Eureka整体结构类似，服务注册、服务拉取、心跳等待，但是也存在一些差异：

 

 

• Nacos与eureka的共同点

  • 都支持服务注册和服务拉取

  • 都支持服务提供者心跳方式做健康检测

• Nacos与Eureka的区别

  • Nacos支持服务端主动检测提供者状态：临时实例采用心跳模式，非临时实例采用主动检测模式

  • 临时实例心跳不正常会被剔除，非临时实例则不会被剔除

  • Nacos支持服务列表变更的消息推送模式，服务列表更新更及时

  • Nacos集群默认采用AP方式，当集群中存在非临时实例时，采用CP模式；Eureka采用AP方式