Spring Cloud 服务治理

本文将介绍微服务领域中的服务治理理论，并说明 Nacos 基本概念及其使用方法。

一、微服务相互调用问题

假设有微服务 A 和微服务 B，每个微服务均是一个由若干节点组成的集群，微服务 A 希望调用微服务 B。

一种做法是：

增加负载均衡层，它维护一个 KVMap，K 为微服务的虚 IP 地址，V 为微服务的节点列表。当微服务希望相互调用时，应该访问负载均衡层，并携带虚 IP 地址以指定目标微服务。负载均衡层接收到请求后，通过负载均衡的方式将请求转发到目标微服务的某个节点中。

显然，这种做法需要额外维护负载均衡层，维护节点列表。假设应用由大量微服务组成，运维压力将会非常庞大。

二、服务治理

1. 什么是服务治理？

针对应用集群的相互调用问题，Spring Cloud 引入了服务治理理论。

具体来说：

  • 微服务相互调用时，不希望通过额外中间层，而是双方直连，因此提供了服务注册、服务发现两项机制
  • 考虑到节点可能发生异常，提供了异常容错机制

2. 服务注册和服务发现

具体来说：

  • 有一个中心化的注册中心，他是服务节点信息的管理者
  • 服务注册：当微服务节点启动，它应该将自己的信息注册到注册中心中
  • 服务发现：每隔一段时间，节点从注册中心获取节点列表
  • 服务调用：当节点希望访问其它服务时，根据本地负载均衡策略，从服务的节点列表中选取某个节点，发起服务调用

3. 异常容错

考虑节点可能因为故障导致无法正常工作，针对这一问题，业界通用的解决方案是 “心跳检查”，具体来说：

  • 所有的节点都需要每隔一段时间向注册中心发送心跳信息

  • 如果节点持续发送心跳信息，则一切正常；

    如果注册中心在一段时间内没有收到某个节点的心跳消息，会将其标记为下线状态，并从服务节点列表中剔除

  • 如果节点关闭或重启，它应该主动发送一条 “下线” 指令给注册中心，以便注册中心将节点下线

三、Nacos - 服务治理

1. 什么是 Nacos？

Nacos 是一个更易于构建云原生应用的动态服务发现、配置管理和服务管理平台。

2. 基本概念

(1) 领域模型

Nacos 领域模型描述了微服务与节点之间的关系。

领域模型从上到下分为服务、集群、实例三层，如图所示：

(2) 数据模型

Nacos 的数据模型包含三个层级结构，如下：

  • Namespace：命名空间；可以通过它来区分开发环境、生产环境等；默认为 public
  • Group：分组；默认为 DEFAULT_GROUP
  • Service ID：服务 ID

通过 Namespace + Group + Service ID，可以定位到某一个微服务。

例如，通过 Production.A.orderService 定位到生产环境下 A 分组的订单服务

3. 示例 - 服务注册

(1) 添加依赖

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<dependencies>
    <!-- Nacos -->
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

(2) 配置

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spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        # 命名空间
        namespace: dev
        # 分组
        group: myGroup
        # 服务ID
        service: Mall-Product
        # Nacos地址  [可以配置多个，逗号分隔]
        server-addr: localhost:8848
        # 心跳时间间隔，时间单位是ms
        heart-beat-interval: 5000
        # 超过一定时间未收到心跳就标记为不健康，默认为15s
        heart-beat-timeout: 20000
        # 是否在启动时读取服务列表缓存  [若true，则会在本地文件中保存服务列表，在启动时读取]
        naming-load-cache-at-start: false
        # 向注册中心注册服务，默认为true  [如果只消费服务，不作为服务提供方，可以设置成false以减少开销]
        register-enabled: true

(3) 启动项目

项目启动后，将会自动向 Nacos 注册，并发送心跳信息。

4. 示例 - 服务发现

(1) 添加依赖

服务发现往往搭配客户端负载均衡，这里采用 Nacos + Loadbalancer 的组合 

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<dependencies>
    <!-- Nacos -->
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- 负载均衡 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-loadbalancer</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

(2) 配置 HTTP 客户端

RestTemplate 和 WebClient 是 Spring 提供的两个用于访问 HTTP 服务的客户端。如果希望为 HTTP 客户端开启负载均衡功能，只需在注册 HTTP 客户端时添加 @LoadBalanced 注解即可。

具体来说：

  • RestTemplate：

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    @Configuration
    public class RestTemplateConfig {

        @Bean
        @LoadBalanced
        public RestTemplate restTemplate() {
            return new RestTemplate();
        }

    }

  • WebClient：

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    @Configuration
    public class WebClientConfig {

        @Bean
        @LoadBalanced
        public Builder register() {
            return WebClient.builder();
        }

    }

(3) 发出请求

传入 uri 时，无需指定具体 IP 和端口，只需说明服务名即可。

Nacos 会通过服务发现机制获取到目标服务的所有节点列表，负载均衡过滤器会从列表中选取一个节点进行调用，整个流程对开发人员都是透明、无感知的。

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@Resource
private Builder webClientBuilder;

@PostMapping("/list")
public List<Order> list() {
    return webClientBuilder
        .build()
        .post()
        .uri("http://Mall-Order/order/list")
        .retrieve()
        .bodyToMono(new ParameterizedTypeReference<List<Order>>(){})
        .block();
}

参考

  • Spring Cloud 微服务项目实战