springcloudfeign原理和流程

什么是Feign？

Feign 的英文表意为“假装，伪装，变形”，是一个http请求调用的轻量级框架，可以以Java接口注解的方式调用Http请求，而不用像Java中通过封装HTTP请求报文的方式直接调用。Feign通过处理注解，将请求模板化，当实际调用的时候，传入参数，根据参数再应用到请求上，进而转化成真正的请求，这种请求相对而言比较直观。 Feign被广泛应用在Spring Cloud 的解决方案中，是学习基于Spring Cloud 微服务架构不可或缺的重要组件。

Feign解决了什么问题？

封装了Http调用流程，更适合面向接口化的变成习惯 在服务调用的场景中，我们经常调用基于Http协议的服务，而我们经常使用到的框架可能有HttpURLConnection、Apache HttpComponnets、OkHttp3 、Netty等等，这些框架在基于自身的专注点提供了自身特性。而从角色划分上来看，他们的职能是一致的提供Http调用服务。具体流程如下：

调用方 Client框架服务方构造Http请求URL 填写Http请求头信息填写消息报文信息发送Http请求处理请求，返回结果返回报文提取报文信息，转换成对应的Java bean 根据Bean中的定义，业务处理调用方 Client框架服务方

Feign是如何设计的？

PHASE 1. 基于面向接口的动态代理方式生成实现类

在使用feign 时，会定义对应的接口类，在接口类上使用Http相关的注解，标识HTTP请求参数信息,如下所示：

interface GitHub { 

@RequestLine("GET /repos/{owner}/{repo}/contributors")
List<Contributor> contributors(@Param("owner") String owner, @Param("repo") String repo);
}
public static class Contributor { 

String login;
int contributions;
}
public class MyApp { 

public static void main(String... args) { 

GitHub github = Feign.builder()
.decoder(new GsonDecoder())
.target(GitHub.class, "https://api.github.com");
// Fetch and print a list of the contributors to this library.
List<Contributor> contributors = github.contributors("OpenFeign", "feign");
for (Contributor contributor : contributors) { 

System.out.println(contributor.login + " (" + contributor.contributions + ")");
}
}
}

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在Feign 底层，通过基于面向接口的动态代理方式生成实现类，将请求调用委托到动态代理实现类，基本原理如下所示：

 public class ReflectiveFeign extends Feign{ 

///省略部分代码
@Override
public <T> T newInstance(Target<T> target) { 

//根据接口类和Contract协议解析方式，解析接口类上的方法和注解，转换成内部的MethodHandler处理方式
Map<String, MethodHandler> nameToHandler = targetToHandlersByName.apply(target);
Map<Method, MethodHandler> methodToHandler = new LinkedHashMap<Method, MethodHandler>();
List<DefaultMethodHandler> defaultMethodHandlers = new LinkedList<DefaultMethodHandler>();
for (Method method : target.type().getMethods()) { 

if (method.getDeclaringClass() == Object.class) { 

continue;
} else if(Util.isDefault(method)) { 

DefaultMethodHandler handler = new DefaultMethodHandler(method);
defaultMethodHandlers.add(handler);
methodToHandler.put(method, handler);
} else { 

methodToHandler.put(method, nameToHandler.get(Feign.configKey(target.type(), method)));
}
}
InvocationHandler handler = factory.create(target, methodToHandler);
// 基于Proxy.newProxyInstance 为接口类创建动态实现，将所有的请求转换给InvocationHandler 处理。
T proxy = (T) Proxy.newProxyInstance(target.type().getClassLoader(), new Class<?>[]{ 
target.type()}, handler);
for(DefaultMethodHandler defaultMethodHandler : defaultMethodHandlers) { 

defaultMethodHandler.bindTo(proxy);
}
return proxy;
}
//省略部分代码

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PHASE 2. 根据Contract协议规则，解析接口类的注解信息，解析成内部表现：

Feign 定义了转换协议，定义如下：

/** * Defines what annotations and values are valid on interfaces. */
public interface Contract { 

/** * Called to parse the methods in the class that are linked to HTTP requests. * 传入接口定义，解析成相应的方法内部元数据表示 * @param targetType {@link feign.Target#type() type} of the Feign interface. */
// TODO: break this and correct spelling at some point
List<MethodMetadata> parseAndValidatateMetadata(Class<?> targetType);
}

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默认Contract 实现

Feign 默认有一套自己的协议规范，规定了一些注解，可以映射成对应的Http请求，如官方的一个例子：

public interface GitHub { 

@RequestLine("GET /repos/{owner}/{repo}/contributors")
List<Contributor> getContributors(@Param("owner") String owner, @Param("repo") String repository);
class Contributor { 

String login;
int contributions;
}
}

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上述的例子中，尝试调用GitHub.getContributors(“foo”,“myrepo”)的的时候，会转换成如下的HTTP请求：

GET /repos/foo/myrepo/contributors
HOST XXXX.XXX.XXX

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Feign 默认的协议规范

注解	接口Target	使用说明
@RequestLine	方法上	定义HttpMethod 和 UriTemplate. UriTemplate 中使用{} 包裹的表达式，可以通过在方法参数上使用@Param 自动注入
@Param	方法参数	定义模板变量，模板变量的值可以使用名称的方式使用模板注入解析
@Headers	类上或者方法上	定义头部模板变量，使用@Param 注解提供参数值的注入。如果该注解添加在接口类上，则所有的请求都会携带对应的Header信息；如果在方法上，则只会添加到对应的方法请求上
@QueryMap	方法上	定义一个键值对或者 pojo，参数值将会被转换成URL上的 query 字符串上
@HeaderMap	方法上	定义一个HeaderMap, 与 UrlTemplate 和HeaderTemplate 类型，可以使用@Param 注解提供参数值

具体FeignContract 是如何解析的，不在本文的介绍范围内，详情请参考代码： feign/Contract.java at master · OpenFeign/feign · GitHub

基于Spring MVC的协议规范SpringMvcContract:

当前Spring Cloud 微服务解决方案中，为了降低学习成本，采用了Spring MVC的部分注解来完成请求协议解析，也就是说，写客户端请求接口和像写服务端代码一样：客户端和服务端可以通过SDK的方式进行约定，客户端只需要引入服务端发布的SDK API，就可以使用面向接口的编码方式对接服务：

我们团队内部就是按照这种思路，结合Spring Boot Starter 的特性，定义了服务端starter, 服务消费者在使用的时候，只需要引入Starter，就可以调用服务。这个比较适合平台无关性，接口抽象出来的好处就是可以根据服务调用实现方式自有切换：

可以基于简单的Http服务调用；
可以基于Spring Cloud 微服务架构调用；
可以基于Dubbo SOA服务治理

这种模式比较适合在SaSS混合软件服务的模式下自有切换，根据客户的硬件能力选择合适的方式部署，也可以基于自身的服务集群部署微服务

至于Spring Cloud 是如何实现协议解析的，可参考代码： spring-cloud-openfeign/SpringMvcContract.java at main · spring-cloud/spring-cloud-openfeign · GitHub

当然，目前的Spring MVC的注解并不是可以完全使用的，有一些注解并不支持,如@GetMapping,@PutMapping 等，仅支持使用@RequestMapping 等，另外注解继承性方面也有些问题；具体限制细节，每个版本能会有些出入，可以参考上述的代码实现，比较简单。

Spring Cloud 没有基于Spring MVC 全部注解来做Feign 客户端注解协议解析，个人认为这个是一个不小的坑。在刚入手Spring Cloud 的时候，就碰到这个问题。后来是深入代码才解决的… 这个应该有人写了增强类来处理，暂且不表，先MARK一下，是一个开源代码练手的好机会。

PHASE 3. 基于 RequestBean，动态生成Request

根据传入的Bean对象和注解信息，从中提取出相应的值，来构造Http Request 对象：

PHASE 4. 使用Encoder 将Bean转换成 Http报文正文（消息解析和转码逻辑）

Feign 最终会将请求转换成Http 消息发送出去，传入的请求对象最终会解析成消息体，如下所示：

在接口定义上Feign做的比较简单，抽象出了Encoder 和decoder 接口：

public interface Encoder { 

/** Type literal for {@code Map<String, ?>}, indicating the object to encode is a form. */
Type MAP_STRING_WILDCARD = Util.MAP_STRING_WILDCARD;
/** * Converts objects to an appropriate representation in the template. * 将实体对象转换成Http请求的消息正文中 * @param object what to encode as the request body. * @param bodyType the type the object should be encoded as. {@link #MAP_STRING_WILDCARD} * indicates form encoding. * @param template the request template to populate. * @throws EncodeException when encoding failed due to a checked exception. */
void encode(Object object, Type bodyType, RequestTemplate template) throws EncodeException;
/** * Default implementation of {@code Encoder}. */
class Default implements Encoder { 

@Override
public void encode(Object object, Type bodyType, RequestTemplate template) { 

if (bodyType == String.class) { 

template.body(object.toString());
} else if (bodyType == byte[].class) { 

template.body((byte[]) object, null);
} else if (object != null) { 

throw new EncodeException(
format("%s is not a type supported by this encoder.", object.getClass()));
}
}
}
}

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public interface Decoder { 

/** * Decodes an http response into an object corresponding to its {@link * java.lang.reflect.Method#getGenericReturnType() generic return type}. If you need to wrap * exceptions, please do so via {@link DecodeException}. * 从Response 中提取Http消息正文，通过接口类声明的返回类型，消息自动装配 * @param response the response to decode * @param type {@link java.lang.reflect.Method#getGenericReturnType() generic return type} of * the method corresponding to this {@code response}. * @return instance of {@code type} * @throws IOException will be propagated safely to the caller. * @throws DecodeException when decoding failed due to a checked exception besides IOException. * @throws FeignException when decoding succeeds, but conveys the operation failed. */
Object decode(Response response, Type type) throws IOException, DecodeException, FeignException;
/** Default implementation of {@code Decoder}. */
public class Default extends StringDecoder { 

@Override
public Object decode(Response response, Type type) throws IOException { 

if (response.status() == 404) return Util.emptyValueOf(type);
if (response.body() == null) return null;
if (byte[].class.equals(type)) { 

return Util.toByteArray(response.body().asInputStream());
}
return super.decode(response, type);
}
}
}

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目前Feign 有以下实现：

Encoder/ Decoder 实现	说明
JacksonEncoder，JacksonDecoder	基于 Jackson 格式的持久化转换协议
GsonEncoder，GsonDecoder	基于Google GSON 格式的持久化转换协议
SaxEncoder，SaxDecoder	基于XML 格式的Sax 库持久化转换协议
JAXBEncoder，JAXBDecoder	基于XML 格式的JAXB 库持久化转换协议
ResponseEntityEncoder，ResponseEntityDecoder	Spring MVC 基于 ResponseEntity< T > 返回格式的转换协议
SpringEncoder，SpringDecoder	基于Spring MVC HttpMessageConverters 一套机制实现的转换协议 ,应用于Spring Cloud 体系中

PHASE 5. 拦截器负责对请求和返回进行装饰处理

在请求转换的过程中，Feign 抽象出来了拦截器接口，用于用户自定义对请求的操作：

public interface RequestInterceptor { 

/** * 可以在构造RequestTemplate 请求时，增加或者修改Header, Method, Body 等信息 * Called for every request. Add data using methods on the supplied {@link RequestTemplate}. */
void apply(RequestTemplate template);
}

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比如，如果希望Http消息传递过程中被压缩，可以定义一个请求拦截器：

public class FeignAcceptGzipEncodingInterceptor extends BaseRequestInterceptor { 

/** * Creates new instance of {@link FeignAcceptGzipEncodingInterceptor}. * * @param properties the encoding properties */
protected FeignAcceptGzipEncodingInterceptor(FeignClientEncodingProperties properties) { 

super(properties);
}
/** * {@inheritDoc} */
@Override
public void apply(RequestTemplate template) { 

// 在Header 头部添加相应的数据信息
addHeader(template, HttpEncoding.ACCEPT_ENCODING_HEADER, HttpEncoding.GZIP_ENCODING,
HttpEncoding.DEFLATE_ENCODING);
}
}

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PHASE 6. 日志记录

在发送和接收请求的时候，Feign定义了统一的日志门面来输出日志信息 , 并且将日志的输出定义了四个等级：

级别	说明
NONE	不做任何记录
BASIC	只记录输出Http 方法名称、请求URL、返回状态码和执行时间
HEADERS	记录输出Http 方法名称、请求URL、返回状态码和执行时间和 Header 信息
FULL	记录Request 和Response的Header，Body和一些请求元数据

public abstract class Logger { 

protected static String methodTag(String configKey) { 

return new StringBuilder().append('[').append(configKey.substring(0, configKey.indexOf('(')))
.append("] ").toString();
}
/** * Override to log requests and responses using your own implementation. Messages will be http * request and response text. * * @param configKey value of {@link Feign#configKey(Class, java.lang.reflect.Method)} * @param format {@link java.util.Formatter format string} * @param args arguments applied to {@code format} */
protected abstract void log(String configKey, String format, Object... args);
protected void logRequest(String configKey, Level logLevel, Request request) { 

log(configKey, "---> %s %s HTTP/1.1", request.method(), request.url());
if (logLevel.ordinal() >= Level.HEADERS.ordinal()) { 

for (String field : request.headers().keySet()) { 

for (String value : valuesOrEmpty(request.headers(), field)) { 

log(configKey, "%s: %s", field, value);
}
}
int bodyLength = 0;
if (request.body() != null) { 

bodyLength = request.body().length;
if (logLevel.ordinal() >= Level.FULL.ordinal()) { 

String
bodyText =
request.charset() != null ? new String(request.body(), request.charset()) : null;
log(configKey, ""); // CRLF
log(configKey, "%s", bodyText != null ? bodyText : "Binary data");
}
}
log(configKey, "---> END HTTP (%s-byte body)", bodyLength);
}
}
protected void logRetry(String configKey, Level logLevel) { 

log(configKey, "---> RETRYING");
}
protected Response logAndRebufferResponse(String configKey, Level logLevel, Response response,
long elapsedTime) throws IOException { 

String reason = response.reason() != null && logLevel.compareTo(Level.NONE) > 0 ?
" " + response.reason() : "";
int status = response.status();
log(configKey, "<--- HTTP/1.1 %s%s (%sms)", status, reason, elapsedTime);
if (logLevel.ordinal() >= Level.HEADERS.ordinal()) { 

for (String field : response.headers().keySet()) { 

for (String value : valuesOrEmpty(response.headers(), field)) { 

log(configKey, "%s: %s", field, value);
}
}
int bodyLength = 0;
if (response.body() != null && !(status == 204 || status == 205)) { 

// HTTP 204 No Content "...response MUST NOT include a message-body"
// HTTP 205 Reset Content "...response MUST NOT include an entity"
if (logLevel.ordinal() >= Level.FULL.ordinal()) { 

log(configKey, ""); // CRLF
}
byte[] bodyData = Util.toByteArray(response.body().asInputStream());
bodyLength = bodyData.length;
if (logLevel.ordinal() >= Level.FULL.ordinal() && bodyLength > 0) { 

log(configKey, "%s", decodeOrDefault(bodyData, UTF_8, "Binary data"));
}
log(configKey, "<--- END HTTP (%s-byte body)", bodyLength);
return response.toBuilder().body(bodyData).build();
} else { 

log(configKey, "<--- END HTTP (%s-byte body)", bodyLength);
}
}
return response;
}
protected IOException logIOException(String configKey, Level logLevel, IOException ioe, long elapsedTime) { 

log(configKey, "<--- ERROR %s: %s (%sms)", ioe.getClass().getSimpleName(), ioe.getMessage(),
elapsedTime);
if (logLevel.ordinal() >= Level.FULL.ordinal()) { 

StringWriter sw = new StringWriter();
ioe.printStackTrace(new PrintWriter(sw));
log(configKey, sw.toString());
log(configKey, "<--- END ERROR");
}
return ioe;
}

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PHASE 7 . 基于重试器发送HTTP请求

Feign 内置了一个重试器，当HTTP请求出现IO异常时，Feign会有一个最大尝试次数发送请求，以下是Feign核心代码逻辑：

final class SynchronousMethodHandler implements MethodHandler { 

// 省略部分代码
@Override
public Object invoke(Object[] argv) throws Throwable { 

//根据输入参数，构造Http 请求。
RequestTemplate template = buildTemplateFromArgs.create(argv);
// 克隆出一份重试器
Retryer retryer = this.retryer.clone();
// 尝试最大次数，如果中间有结果，直接返回
while (true) { 

try { 

return executeAndDecode(template);
} catch (RetryableException e) { 

retryer.continueOrPropagate(e);
if (logLevel != Logger.Level.NONE) { 

logger.logRetry(metadata.configKey(), logLevel);
}
continue;
}
}
}

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重试器有如下几个控制参数：

重试参数	说明	默认值
period	初始重试时间间隔，当请求失败后，重试器将会暂停初始时间间隔(线程 sleep 的方式)后再开始，避免强刷请求，浪费性能	100ms
maxPeriod	当请求连续失败时，重试的时间间隔将按照：long interval = (long) (period * Math.pow(1.5, attempt - 1)); 计算，按照等比例方式延长，但是最大间隔时间为 maxPeriod, 设置此值能够避免重试次数过多的情况下执行周期太长	1000ms
maxAttempts	最大重试次数	5

具体的代码实现可参考： feign/Retryer.java at master · OpenFeign/feign · GitHub

PHASE 8. 发送Http请求

Feign 真正发送HTTP请求是委托给 feign.Client 来做的：

public interface Client { 

/** * Executes a request against its {@link Request#url() url} and returns a response. * 执行Http请求，并返回Response * @param request safe to replay. * @param options options to apply to this request. * @return connected response, {@link Response.Body} is absent or unread. * @throws IOException on a network error connecting to {@link Request#url()}. */
Response execute(Request request, Options options) throws IOException;
}

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Feign 默认底层通过JDK 的 java.net.HttpURLConnection 实现了feign.Client接口类,在每次发送请求的时候，都会创建新的HttpURLConnection 链接，这也就是为什么默认情况下Feign的性能很差的原因。可以通过拓展该接口，使用Apache HttpClient 或者OkHttp3等基于连接池的高性能Http客户端，我们项目内部使用的就是OkHttp3作为Http 客户端。

如下是Feign 的默认实现，供参考：

public static class Default implements Client { 

private final SSLSocketFactory sslContextFactory;
private final HostnameVerifier hostnameVerifier;
/** * Null parameters imply platform defaults. */
public Default(SSLSocketFactory sslContextFactory, HostnameVerifier hostnameVerifier) { 

this.sslContextFactory = sslContextFactory;
this.hostnameVerifier = hostnameVerifier;
}
@Override
public Response execute(Request request, Options options) throws IOException { 

HttpURLConnection connection = convertAndSend(request, options);
return convertResponse(connection).toBuilder().request(request).build();
}
HttpURLConnection convertAndSend(Request request, Options options) throws IOException { 

final HttpURLConnection
connection =
(HttpURLConnection) new URL(request.url()).openConnection();
if (connection instanceof HttpsURLConnection) { 

HttpsURLConnection sslCon = (HttpsURLConnection) connection;
if (sslContextFactory != null) { 

sslCon.setSSLSocketFactory(sslContextFactory);
}
if (hostnameVerifier != null) { 

sslCon.setHostnameVerifier(hostnameVerifier);
}
}
connection.setConnectTimeout(options.connectTimeoutMillis());
connection.setReadTimeout(options.readTimeoutMillis());
connection.setAllowUserInteraction(false);
connection.setInstanceFollowRedirects(true);
connection.setRequestMethod(request.method());
Collection<String> contentEncodingValues = request.headers().get(CONTENT_ENCODING);
boolean
gzipEncodedRequest =
contentEncodingValues != null && contentEncodingValues.contains(ENCODING_GZIP);
boolean
deflateEncodedRequest =
contentEncodingValues != null && contentEncodingValues.contains(ENCODING_DEFLATE);
boolean hasAcceptHeader = false;
Integer contentLength = null;
for (String field : request.headers().keySet()) { 

if (field.equalsIgnoreCase("Accept")) { 

hasAcceptHeader = true;
}
for (String value : request.headers().get(field)) { 

if (field.equals(CONTENT_LENGTH)) { 

if (!gzipEncodedRequest && !deflateEncodedRequest) { 

contentLength = Integer.valueOf(value);
connection.addRequestProperty(field, value);
}
} else { 

connection.addRequestProperty(field, value);
}
}
}
// Some servers choke on the default accept string.
if (!hasAcceptHeader) { 

connection.addRequestProperty("Accept", "*/*");
}
if (request.body() != null) { 

if (contentLength != null) { 

connection.setFixedLengthStreamingMode(contentLength);
} else { 

connection.setChunkedStreamingMode(8196);
}
connection.setDoOutput(true);
OutputStream out = connection.getOutputStream();
if (gzipEncodedRequest) { 

out = new GZIPOutputStream(out);
} else if (deflateEncodedRequest) { 

out = new DeflaterOutputStream(out);
}
try { 

out.write(request.body());
} finally { 

try { 

out.close();
} catch (IOException suppressed) { 
 // NOPMD
}
}
}
return connection;
}
Response convertResponse(HttpURLConnection connection) throws IOException { 

int status = connection.getResponseCode();
String reason = connection.getResponseMessage();
if (status < 0) { 

throw new IOException(format("Invalid status(%s) executing %s %s", status,
connection.getRequestMethod(), connection.getURL()));
}
Map<String, Collection<String>> headers = new LinkedHashMap<String, Collection<String>>();
for (Map.Entry<String, List<String>> field : connection.getHeaderFields().entrySet()) { 

// response message
if (field.getKey() != null) { 

headers.put(field.getKey(), field.getValue());
}
}
Integer length = connection.getContentLength();
if (length == -1) { 

length = null;
}
InputStream stream;
if (status >= 400) { 

stream = connection.getErrorStream();
} else { 

stream = connection.getInputStream();
}
return Response.builder()
.status(status)
.reason(reason)
.headers(headers)
.body(stream, length)
.build();
}
}

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Feign 的性能怎么样？

Feign 整体框架非常小巧，在处理请求转换和消息解析的过程中，基本上没什么时间消耗。真正影响性能的，是处理Http请求的环节。如上所述，由于默认情况下，Feign采用的是JDK的HttpURLConnection,所以整体性能并不高，刚开始接触Spring Cloud 的同学，如果没注意这些细节，可能会对Spring Cloud 有很大的偏见。我们项目内部使用的是OkHttp3 作为连接客户端。