SpringCloud01
1.认识微服务
随着互联网行业的发展，对服务的要求也越来越高，服务架构也从单体架构逐渐演变为现在流行的微服务架构。这些架构之间有怎样的差别呢？
1.0.学习目标
了解微服务架构的优缺点
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：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：
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
以课前资料中的微服务cloud-demo为例，其结构如下：
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
2.2.1.导入Sql语句
首先，将课前资料提供的cloud-order.sql和cloud-user.sql导入到mysql中：
cloud-user表中初始数据如下：
cloud-order表中初始数据如下：
cloud-order表中持有cloud-user表中的id字段。
2.2.2.导入demo工程
用IDEA导入课前资料提供的Demo：
项目结构如下：
导入后，会在IDEA右下角出现弹窗：
点击弹窗，然后按下图选择：
会出现这样的菜单：
配置下项目使用的JDK：
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：
根据id查询订单，返回值是Order对象，如图：
其中的user为null
在user-service中有一个根据id查询用户的接口：
查询的结果如图：
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：
package cn.itcast.order;
import org.mybatis.spring.annotation.MapperScan;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;
@MapperScan("cn.itcast.order.mapper")
@SpringBootApplication
public class OrderApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(OrderApplication.class, args);
}
@Bean
public RestTemplate restTemplate() {
return new RestTemplate();
}
}
2.3.3.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：
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
3.2.1.创建eureka-server服务
在cloud-demo父工程下，创建一个子模块：
填写模块信息：
然后填写服务信息：
3.2.2.引入eureka依赖
引入SpringCloud为eureka提供的starter依赖：
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
</dependency>
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：
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);
}
}
3.2.4.编写配置文件
编写一个application.yml文件，内容如下：
server:
port: 10086
spring:
application:
name: eureka-server
eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka
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：
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
2）配置文件
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
3）启动多个user-service实例
为了演示一个服务有多个实例的场景，我们添加一个SpringBoot的启动配置，再启动一个user-service。
首先，复制原来的user-service启动配置：
然后，在弹出的窗口中，填写信息：
现在，SpringBoot窗口会出现两个user-service启动配置：
不过，第一个是8081端口，第二个是8082端口。
启动两个user-service实例：
查看eureka-server管理页面：
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：
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
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：
spring:
application:
name: orderservice
eureka:
client:
service-url:
defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka
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
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。
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。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：
果然实现了负载均衡。
3）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:
我们继续跟入：
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：
这不就是轮询的意思嘛。
到这里，整个负载均衡的流程我们就清楚了。
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：
- 代码方式：在order-service中的OrderApplication类中，定义一个新的IRule：
@Bean
public IRule randomRule(){
return new RandomRule();
}
- 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。
安装方式可以参考课前资料《Nacos安装指南.md》
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<dependencyManagement>中引入SpringCloudAlibaba的依赖：
<dependency>
<groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
<version>2.2.6.RELEASE</version>
<type>pom</type>
<scope>import</scope>
</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.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>
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：
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：
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
配置如图所示：
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：
在弹出的编辑窗口，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
5.5.1.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：
然后，填写表单：
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
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
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
重启order-service后，访问控制台，可以看到下面的结果：
[外链图片转存中…(img-AFGjzNf0-1699623871090)]
[外链图片转存中…(img-5xfpT5Ea-1699623871091)]
此时访问order-service，因为namespace不同，会导致找不到userservice，控制台会报错：
[外链图片转存中…(img-ZLqIdepc-1699623871091)]
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：
[外链图片转存中…(img-mrKVIn5s-1699623871091)]
-
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
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