SpringCloud实用篇1——eureka注册中心 Ribbon负载均衡原理 nacos注册中心
目录
- 1 微服务
-
- 1.1 微服务的演变
- 1.2 微服务
- 1.3 SpringCloud
- 1.4 小结
- 2 服务拆分及远程调用
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- 2.1 服务拆分
- 2.2 服务拆分案例
- 2.3 实现远程调用
- 2.4 提供者与消费者
- 3 Eureka注册中心
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- 3.1 Eureka的结构和作用
- 3.2 搭建eureka-server
- 3.3 服务注册
- 3.4 服务发现
- 4 Ribbon负载均衡
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- 4.1 负载均衡原理
- 4.2 源码分析
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- LoadBalancerIntercepor
- LoadBalancerClient
- 负载均衡策略IRule
- 总结
- 4.3 负载均衡策略
- 4.4 饥饿加载
- 5 Nacos注册中心
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- 5.1.认识和安装Nacos
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- 5.1.1 Windows下安装Nacos
- 5.1.2 Linux下安装Nacos
- 5.2 服务注册到nacos
- 5.3 服务分级存储模型
-
- 5.3.1 给user-service配置集群
- 5.3.2 同集群优先的负载均衡
- 5.4 权重配置
- 5.5 环境隔离
-
- 5.5.1 创建namespace
- 5.5.2 给微服务配置namespace
- 5.6.Nacos与Eureka的区别
1 微服务
1.1 微服务的演变
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。
- 优点：架构简单；部署成本低（打jar包、部署、负载均衡就完成了）
- 缺点：耦合度高（维护困难、升级困难，不利于大项目开发）
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
- 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，难度大
分布式架构要考虑的问题：
服务拆分的粒度如何？每个服务对应唯一的业务能力。
服务集群地址如何维护？
服务之间如何调用？注册中心、消息队列
服务的调用关系如何管理？消息队列
1.2 微服务
微服务是一种经过良好架构设计的分布式架构方案 。
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
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领域国内最知名的是SpringCloud和Dubbo。
微服务技术对比：
不同企业需求：
1.3 SpringCloud
SpringCloud是目前国内使用最广泛的微服务框架。官网地址：https://spring.io/projects/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：
目前学习使用的版本是 Hoxton.SR10，因此对应的SpringBoot版本是2.3.x版本。
如果版本不兼容运行会报错：Error creating bean with name 'configurationPropertiesBeans' ...
1.4 小结
-
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 服务拆分及远程调用
2.1 服务拆分
微服务拆分时的几个原则：
- 单一职责：不同微服务，不要重复开发相同业务
- 数据独立：不要访问其它微服务的数据库
- 面向服务：将自己的业务暴露为接口，供其它微服务调用
2.2 服务拆分案例
导入资料中的微服务cloud-demo，其结构：
注意修改自己的数据库密码
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
导入提供的cloud-order.sql和cloud-user.sql导入到mysql中：
tb_user：
tb_order：
运行demo，分别访问：
2.3 实现远程调用
需求：根据订单id查询订单的同时把订单所属的用户信息一起返回
根据上面的demo我们会发现在order-service服务中，有一个根据id查询订单的接口，返回的order对象中user为null
而案例需求：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
步骤1： 注册RestTemplate
在order-service服务中的OrderApplication启动类中，注册RestTemplate
/**
* 创建RestTemplate并注入Spring容器
* @return
*/
@Bean
public RestTemplate restTemplate(){
return new RestTemplate();
}
步骤2： 实现远程调用
修改order-service服务中的cn.itcast.order.service包下的OrderService类中的queryOrderById方法：
@GetMapping("/{orderId}")
public Order queryOrderByUserId(@PathVariable("orderId") Long orderId) {
// 1.根据id查询订单
Order order = orderService.queryOrderById(orderId);
//2. 利用RestTemplate发送http请求，查询用户
//2.1 url
String url = "http://localhost:8081/user/"+order.getUserId();
//2.2 发送http请求实现远程调用
User user = restTemplate.getForObject(url, User.class);
//3. 封装User到Order
order.setUser(user);
//4. 返回
return order;
}
restTemplate自动把json格式的数据转为了对象
测试效果：
微服务调用方式：
- 基于RestTemplate发起的http请求实现远程调用
- http请求做远程调用是与语言无关的调用，只要知道对方的ip、端口、接口路径、请求参数即可。
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）
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。
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。
一个服务既可以是服务者也可以是消费者
3 Eureka注册中心
上面案例我们使用了硬编码获取了地址：
存在的问题：
- 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
Eureka的作用
- 消费者该如何获取服务提供者具体信息?
- 服务提供者启动时向eureka注册自己的信息
- eureka保存这些信息
- 消费者根据服务名称向eureka拉取提供者信息
- 如果有多个服务提供者,消费者该如何选择?
- 服务消费者利用负载均衡算法，从服务列表中挑选一个
- 消费者如何感知服务提供者健康状态?
- 服务提供者会每隔30秒向EurekaServer发送心跳请求,报告健康状态
- eureka会更新记录服务列表信息，心跳不正常会被剔除
- 消费者就可以拉取到最新的信息
回答上面的各个问题。
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
3.2 搭建eureka-server
步骤如下：
在cloud-demo父工程下，创建一个子Maven模块（创建eureka-server服务）：
- 引入SpringCloud为eureka提供的starter依赖：
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-serverartifactId>
dependency>
- 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
package cn.itcast.eureka;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;
@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(EurekaApplication.class, args);
}
}
- 编写一个application.yml配置文件
server:
port: 10086
spring:
application:
name: eurekaservice #eureka的服务名称
eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka #eureka的地址信息
- 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
我们将user-service模块注册到eureka-server中去。
- 在user-service的pom文件中，引入下面的eureka-client依赖
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-clientartifactId>
dependency>
- 在user-service中，修改application.yml文件，添加服务名称、eureka地址
spring:
application:
name: userservice
eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka
- 启动多个user-service实例
问题解决：在idea2022中复制 configuration改变项目端口的解决方案
启动：
查看eureka-server管理页面：
3.4 服务发现
在order-service完成服务拉取
服务拉取是基于服务名称获取服务列表，然后再对服务列表做负载均衡
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。
- 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。
- 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
- 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。
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
问题：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。
问题：发出的请求明明是http://userservice/user/1，如何变成http://localhost:8081的呢？
4.2 源码分析
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。
我们通过断点调试进行源码跟踪：
LoadBalancerIntercepor
可以看到这里的intercept方法，拦截了用户的HttpRequest请求，然后做了几件事：
request.getURI()：获取请求uri，本例中就是 http://user-service/user/8originalUri.getHost()：获取uri路径的主机名，其实就是服务id，user-servicethis.loadBalancer.execute()：处理服务id，和用户请求。
这里的this.loadBalancer是LoadBalancerClient类型，我们继续跟入。
LoadBalancerClient
继续跟入execute方法：
- 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。本例中，可以看到获取了8082端口的服务
放行后，再次访问并跟踪，发现获取的是8081：
实现了负载均衡。
负载均衡策略IRule
在刚才的代码中，可以看到获取服务使通过一个getServer方法来做负载均衡:
继续跟入：
继续跟踪源码chooseServer方法，发现这么一段代码：
我们看看这个rule是谁：
这里的rule默认值是一个RoundRobinRule，看类的介绍：
RoundRobin：轮询。也就是实现了负载均衡
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。
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
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：
默认的实现就是ZoneAvoidanceRule，是一种轮询方案
通过自定义IRule实现可以修改负载均衡规则，有两种方式：
方式一：代码方式：在order-service中的OrderApplication类中，定义一个新的IRule（所有的服务都执行）
@Bean
public IRule randomRule(){
return new RandomRule();
}
方式二：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（针对某个服务）
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
# 如果有多个使用这种写法
# clients:
# - userservice
# - xxxxservice
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。
在Nacos的GitHub页面，提供有下载链接，可以下载编译好的Nacos服务端或者源代码：
GitHub主页GitHub的Release下载页
5.1.1 Windows下安装Nacos
下载后解压到一个非中文路径下：
-
端口配置
acos的默认端口是8848，如果你电脑上的其它进程占用了8848端口，请先尝试关闭该进程。如果无法关闭占用8848端口的进程，也可以进入nacos的conf目录，修改配置文件中的端口：
-
启动
进入bin目录，结构如下：
然后执行命令：startup.cmd -m standalone
执行成功后：
-
访问
启动后，在浏览器输入地址：http://127.0.0.1:8848/nacos即可，默认账号和密码都是nacos
5.1.2 Linux下安装Nacos
- 安装JDK
Nacos依赖于JDK运行，所以Linux上也需要安装JDK才行。
上传到某个目录，例如：/usr/local/，
然后解压缩：
tar -xvf jdk-8u144-linux-x64.tar.gz
然后重命名为java
配置环境变量：
export JAVA_HOME=/usr/local/java
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin
设置环境变量：
source /etc/profile
- 上传安装包
上传到Linux服务器的某个目录，例如/usr/local/src目录下：
- 解压
命令解压缩安装包：
tar -xvf nacos-server-1.4.1.tar.gz
然后删除安装包：
rm -rf nacos-server-1.4.1.tar.gz
- 端口配置
与windows中类似
- 启动，在nacos/bin目录中，输入命令启动Nacos：
sh startup.sh -m standalone
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
- 引入依赖
在cloud-demo父工程的pom文件中的
<dependency>
<groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-alibaba-dependenciesartifactId>
<version>2.2.6.RELEASEversion>
<type>pomtype>
<scope>importscope>
dependency>
然后在user-service和order-service中的pom文件中引入nacos-discovery依赖：
<dependency>
<groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discoveryartifactId>
dependency>
- 配置nacos
在user-service和order-service的application.yml中添加nacos地址：
spring:
cloud:
nacos:
server-addr: localhost:8848
- 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：
spring:
cloud:
nacos:
server-addr: localhost:8848
discovery:
cluster-name: HZ # 集群名称
重启两个user-service实例后，我们可以在nacos控制台看到下面结果：
再次复制一个user-service启动配置，添加属性：
启动UserApplication3后再次查看nacos控制台：
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：
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
5.5.1 创建namespace
默认情况下，所有service、data、group都在同一个namespace，名为public：
我们可以点击页面新增按钮，添加一个namespace
如果不设置id则通过uuid自动生成
就能在页面看到一个新的namespace：
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: 492a7d5d-237b-46a1-a99a-fa8e98e4b0f9 # 命名空间，填ID
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