微服务工程中,基础组件应用

一、网关服务

1、网关模式

网关作为架构的最外层服务,用来统一拦截各个端口的请求,识别请求合法性,拦截异常动作,并提供路由和负载能力,保护业务服务;这种策略与外观模式异曲同工。

网关服务和门面类服务有部分的逻辑相似,网关服务的拦截侧重处理通用的策略和路由负载,而不同的门面聚合服务侧重场景分类,例如常见的几种门面服务:

  • Facade:服务产品开放的端口请求,例如Web,App,小程序等;
  • Admin:通常服务于内部的管理系统,例如Crm,BI报表,控制台等;
  • Third:聚合第三方的对接服务,例如短信,风控,动作埋点等;

不同的门面服务中,也会存在特定的拦截策略,如果把Facade、Admin、Third等校验都集成在网关中,很显然会加重网关服务的负担,不利于架构的稳定。

2、Gateway组件

如果微服务架构接触较早的话,初期网关中常采用的是Zuul组件,后来SpringCloud才发布Gateway组件,是当前常用选型。

  • 请求拦截:网关作为API请求的开放入口,完成请求的拦截、识别校验等是基础能力;
  • 定制策略:除常规身份识别,根据服务场景设计相应的拦截逻辑,尽量拦截异常请求;
  • 服务路由:请求通过拦截后转发到具体的业务服务,这里存在两个核心动作路由和负载;

作为微服务架构中常用的选型组件,下面从使用细节中详细分析Gateway网关的使用方式,与其他组件的对接流程和模式。

Nacos作为微服务的注册和配置中心,已经是当下常用的组件,并且Nacos也提供Gateway组件的整合案例,首先就是把网关服务注册到Nacos:

spring:
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: 127.0.0.1:8848
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

Nacos管理网关服务注册和相关配置文件,在项目中通常与nacos共用一套MySQL库,用来管理网关的服务路由数据,是当下比较常见的解决方案。

3、网关拦截

GlobalFilter:网关中的全局过滤器,拦截经过网关的所有请求,经过相应的校验策略,判断请求是否需要执行:

@Order(-1)
@Component
public class GatewayFilter implements GlobalFilter {

    @Override
    public Mono filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        return chain.filter(exchange);
    }
}

通常在网关中会执行一些必要共性拦截,例如:IP黑白名单,Token身份令牌,在请求中获取对应参数,执行相关服务的校验方法即可。

4、动态路由

4.1 路由定义

在服务路由的实现上,存在复杂的逻辑和策略,来适配各种场景;路由的概念如何定义,可以查阅Gateway组件的源码RouteDefinition对象,结构涉及到几个核心的属性:路由、断言、过滤、元数据:

  • Route路由:由ID、转发Uri、断言、过滤、元数据组成;
  • Predicate断言:判断请求和路由是否匹配;
  • Filter过滤:可以对请求动作进行修改,例如参数;
  • Metadata元数据:装载路由服务的元信息;
@Validated
public class RouteDefinition {
    private String id;
    @NotNull
    private URI uri;
    @NotEmpty
    @Valid
    private List predicates = new ArrayList<>();
    @Valid
    private List filters = new ArrayList<>();
    private Map metadata = new HashMap<>();
}

通常把这些路由放在nacos库的config_route数据表中,围绕上述路由对象的结构,管理对应的表数据即可:

微服务工程中,基础组件应用_第1张图片

关于转发的目标uri也有不同的配置,这里选择lb://服务注册名的模式,即把请求负载均衡分配到路由对应的服务节点,补充说明一下Nacos组件内部采用Ribbon负载算法,可以参考相关的文档。

4.2 管理路由

在路由的管理上有两个核心接口:Locator加载Writer增删,并且还提供了聚合的Repository接口:

public interface RouteDefinitionLocator {
    // 获取路由列表
    Flux getRouteDefinitions();
}
public interface RouteDefinitionWriter {
    // 保存路由
    Mono save(Mono route);
    // 删除路由
    Mono delete(Mono routeId);
}
public interface RouteDefinitionRepository extends RouteDefinitionLocator, RouteDefinitionWriter{}

这样通过定义路由管理组件,实现上述聚合接口,完成路由数据从数据表加载到应用的过程:

@Component
public class RouteFactory implements RouteDefinitionRepository {
    @Resource
    private RouteService routeService ;

    // 加载全部路由
    @Override
    public Flux getRouteDefinitions() {
        return Flux.fromIterable(routeService.getRouteDefinitions());
    }
}

RouteService则是路由管理的服务类,管理配置数据以及实体对象与路由定义对象的转换:

@Service
public class RouteServiceImpl implements RouteService {
    // 数据库路由实体,转换为网关路由的定义对象
    private RouteDefinition buildRoute (ConfigRoute configRoute){
        RouteDefinition routeDefinition = new RouteDefinition () ;
        // 基础
        routeDefinition.setId(configRoute.getRouteId());
        routeDefinition.setOrder(configRoute.getOrders());
        routeDefinition.setUri(URI.create(configRoute.getUri()));
        // 断言
        routeDefinition.setPredicates(JSONUtil.parseArray(configRoute.getPredicates()).toList(PredicateDefinition.class));
        // 过滤
        routeDefinition.setFilters(JSONUtil.parseArray(configRoute.getFilters()).toList(FilterDefinition.class));
        return routeDefinition ;
    }
}

通过上述流程即可将路由信息持久化存储在数据库,如果服务节点很少,也可以直接在nacos的配置文件中管理。

4.3 匹配模式

Predicate断言其实就是一个匹配规则的设定,查阅PredicateDefinition相关源码可知,有Host、Path、Time等多种模式,通过上述数据可知本文采用的是路径匹配,

由于采用路径匹配的方式,会把/服务名拼接在uri起始位置,所以在配置过滤规则的时候设置StripPrefix去掉该路由标识。

请求进入网关之后,首先进入全局拦截器执行校验策略,检验通过之后匹配相关路由的服务,匹配成功之后进行过滤操作,最终将请求转发到相应的服务,这就是请求在网关中要执行的核心流程。

二、注册与配置

Nacos在整个微服务体系中,提供服务注册与配置管理两个核心能力,通常在代码工程中只保留核心的bootstrap配置文件即可,可以极大简化工程中的配置并且提高相关数据的安全性。

1、服务注册

Nacos支持基于DNS和基于RPC的服务发现,并提供对服务的实时健康检查,阻止向非健康的主机或服务实例发送请求:

在服务的注册列表中可以查看注册信息,实例数健康数等,并且可以删除注册服务;在详情中可以查看具体实例信息,可以对服务实例进行动态上下线和相关配置编辑。

2、配置文件

通常会采用namespace命名空间的管理,隔离开不同的服务的注册与配置,可以在nacos库中tenant_info查看,一般会存在如下几个分类:

这是最常见的命名空间,gateway网关比较独立,seate事务的配置比较复杂,serve业务服务具有大量的公共配置,通常采用如下的策略:

  • application.yml:所有服务的公共配置,例如mybatis;
  • dev||pro.yml:环境隔离配置,不同环境设置不同的中间件地址;
  • serve.yml:服务的个性化配置,比如连接的库,参数等;
spring:
  application:
    name: facade
  profiles:
    active: dev,facade
  cloud:
    nacos:
      config:
        prefix: application
        file-extension: yml
        server-addr: 127.0.0.1:8848
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

服务通过上述profiles参数会识别和加载对应的配置文件,在这种管理模式中,环境的差异只在dev||pro.yml配置文件中维护即可,其他配置会相对稳定许多。

三、服务间调用

1、Feign组件

Feign组件是声明式、模板化的HTTP客户端,可以让服务之间的调用变得更简单优雅,通常将服务提供Feign接口在独立的代码包中管理,方便被其他服务依赖使用:

/**
 * 指定服务名称
 */
@FeignClient(name = "account")
@Component
public interface FeignService {
    /**
     * 服务的API接口
     */
    @RequestMapping(value = "/user/profile/{paramId}", method = RequestMethod.GET)
    Rep getById(@PathVariable("paramId") String paramId);
}
public class Rep {
    // 响应编码
    private int code;
    // 语义描述
    private String msg;
    // 返回数据
    private T data;
}

通常会把Feign接口的响应格式做包装,实现返参结构统一管理,有利于调用端的识别,这里就涉及到泛型数据的处理问题。

2、响应解码

通过继承ResponseEntityDecoder类,实现自定义的Feign接口响应数据处理,例如返参风格,数据转换等:

/**
 * 配置解码
 */
@Configuration
public class FeignConfig {
    @Bean
    @Primary
    public Decoder feignDecoder(ObjectFactory feignHttpConverter) {
        return new OptionalDecoder(
                new FeignDecode(new SpringDecoder(feignHttpConverter)));
    }
}
/**
 * 定义解码
 */
public class FeignDecode extends ResponseEntityDecoder {
    public FeignDecode(Decoder decoder) {
        super(decoder);
    }
    @Override
    public Object decode(Response response, Type type) {
        if (!type.getTypeName().startsWith(Rep.class.getName())) {
            throw new RuntimeException("响应格式异常");
        }
        try {
            return super.decode(response, type);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
    }
}

3、请求解析

采用注解方式就轻松实现服务间的通信请求,查阅Feign组件的源码可以理解封装逻辑,其内在是把接口调用转换成HTTP请求:

  • FeignClientBuilder:不采用注解的方式直接构建Feign请求的客户端,该类有助于理解@FeignClient注解原理;
  • FeignClientsRegistrar:即项目中采用@FeignClient注解方式,该API中描述了注解的解析方式和服务请求的构建逻辑;

微服务工程的架构是一项复杂和持续的过程,其中涉及到的组件也十分繁杂,本文只是选取Gateway、Nacos、Feign三个基础组件做简单的总结,在其逻辑的理解上需要围绕该组件的核心功能和项目使用的API作为切入点,时常查阅源码和官方文档。

四、参考源码

应用仓库:
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent

组件封装:
https://gitee.com/cicadasmile/butte-frame-parent

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