基于微服务的分布式应用开发

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基于微服务的分布式应用开发

作者：孙科来源:博客发布于：2017-3-29

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微服务架构设计模式对于单块设计模式而言有很多优点。核心思想就是将单个巨大的应用划分成互联的不同应用。与单块应用类似，每个微服务都有其自己的层级架构。

使用下列的模式，微服务可以轻易取得如下优点：

可扩展性。一款典型的应用会使用3个方向的扩展。X轴扩展是指横向扩展应用，Y轴扩展是指划分不同的应用功能，Z轴扩展是指对于数据的分区（partioning）和分片（sharding）。当Y轴扩展应用到单块应用时，该应用就会被打散，按照符合微服务特性的业务功能，形成许多更小的单元。

模式：每个微服务有其隔离的实例或容器。服务级别的负载均衡可以通过将相同服务托管于多个实例实现。

可用性。如同相同的微服务会托管于多个实例中一样，微服务会部署于不同的实例中，这使整个系统高度可用。

模式：服务级别的负载均衡可被用以实现高可用性，断路器模式可被用以实现容错，服务配置和服务发现可使发现新服务以通讯成为可能。

持续部署。每个微服务均是独立的。这就导致任何服务均可独立于其它服务完成部署，从而达到更加快速且可持续性的部署目标。

松耦合。微服务提供不同的方式实现松耦合。每个微服务都应在服务级别有其自身的层级架构，并且在使用数据库作为持久层时，它运行于自己的独立环境中。

技术多样性。将微服务视为隔离的特性，多种技术的混合可以用于实现服务于整体应用的多种微服务。

高效成本。服务实例可以基于应用使用率进行优化。低价实例可以用以最低优先的服务，而高价实例则可以用到关键业务服务。

性能。考虑到微服务技术多样化的优点，这会对性能有直接影响。例如，高阻塞率的服务调用在进线程技术栈中实现，CPU密集型服务在多线程技术栈中实现。

和单块架构相比，微服务也有一些缺点。

诸如，和单块应用相比，开发和管理分布式应用很困难。微服务需要进程间通讯(IPC)机制以使不同微服务之间得以通讯，当然这可能会对性能有点影响(取决于网络带宽)。

以下是为了实现高效微服务需要实现的功能：

1.对于IPC，每个微服务都应该使用Rest调用或RPC来调用其它微服务。

2.一个微服务可能会与单个或多个微服务通讯。一个服务可能会是不可用的，或者因为高负载或某种服务错误，而无法在限定时间内响应。为了应对这种场景，应该有部分故障或回滚机制。

3.部署一款基于微服务的应用相比单块应用而言会更加复杂，因为基于微服务的应用有不同的服务，并且每个服务可能会运行在不同的容器或实例上。因此需要一种服务注册和发现机制，来完成想要通讯的新服务的注册和发现。

4.一个客户端微服务可能会因为单个功能来调用多个远程的微服务。这可能会导致跨网络rest或RPC的高负载调用。因此需要一个服务网关，它会接受来自微服务的一个调用，然后内部分发这个调用给多个本地服务调用(对于服务网关而言是本地的)，将这些服务的结构汇总，并返回给客户端微服务。

5.当同一个微服务托管于同一主机的不同容器中时，这里就需要一个服务级的负载均衡来分发负载，并实现灾备机制。分布式应用也需要某种中心化日志框架，因此所有的数据可以被集中并生成日志数据。

自行实现上述的所有特性是很复杂的，会占用大量时间，并且会使开发者消耗大量时间来开发和测试基础框架配置。然而，如果你已经具备了上述的一切，那么你就只需要聚焦于业务逻辑了。

Spring Cloud框架提供了相关工具在分布式服务中快速构建一些基础模式，例如配置管理，服务发现，断路保护，分布式session，服务网关，rest客户端和服务级负载均衡器等。Spring Cloud项目通过在项目中添加一些Maven依赖来完成初始化。这些也可以由使用spring initialize的项目创建。

Spring Cloud的许多组件来自Netflix开源软件中心（Netflix OSS），它们对于微服务部署而言是至关重要的。

Spring Cloud基于Spring Boot构建，其中Spring Boot包含了使用最小配置的内嵌tomcat服务器。

如下是在AWS云上使用微服务的分布式应用的架构图。

上述图例中，我们有3个不同的微服务，其中主微服务使用REST客户端与微服务A和微服务B通信。微服务A运行于2个容器中，微服务B运行于同一实例的2个容器中。主微服务暴露给客户端，会通过服务客户端与任何微服务A或微服务B的实例互动，这个客户端是一款负载均衡器。这将会使得负载均衡不仅存在于实例级别，更存在于同一实例的服务级别。这就是所谓的服务级负载均衡。当向一个服务发送请求时，客户端服务会通过查询Eureka服务注册和服务发现取得服务实例的地址。

Spring Cloud已经支持使用Eureka作为服务注册，并且Eureka服务注册可以通过添加@EnableEurekaServer标注开启。

@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaServer {
public static void main(String[] args) {
System.setProperty("spring.config.name", "registration-server");
SpringApplication.run(EurekaServer.class, args);
}
}

用于服务注册的application.yml：

eureka:
instance:
hostname: localhost
client: # Not a client, don't register with yourself
registerWithEureka: false
fetchRegistry: false
serviceUrl:
defaultZone: http://${eureka.instance.hostname}:${server.port}/eureka/
server:
port: 1111 # HTTP (Tomcat) port

任何微服务都可以通过添加@EnableDiscoverClient标注，将Eureka服务注册的地址以及端口放置于application.yml或application.properties文件，以将自己注册到Eureka服务器。

eureka:
client:
serviceUrl:
defaultZone: http://localhost:1111/eureka/
fetchRegistry: true

Spring Cloud提供多种进程间通讯方式，其中包括外部客户端和Rest模板。外部客户端是十分灵巧、干净以及易于实现的。可以通过添加@EnableFeignClient标注来开启外部客户端。

客户端应用必须创建一个接口，该接口使用@FeignClient标注，需配合服务ID，内部的方法使用@RequestMapping标注。

@FeignClient(value = "serviceA")
public interface ServiceClientA {
@RequestMapping(value = "/user/{userId}", method = RequestMethod.GET, produces = { MediaType.APPLICATION_JSON_VALUE })
public UserProfile getUserProfile(
@PathVariable("userId") Integer userId);
}

我们可以通过创建一个新的类来调用这些接口方法，ServiceClientBean.java。

@Component
public class ServiceClientBean {
@Autowired
private ServiceClientA serviceClientA;
@HystrixCommand(fallbackMethod = "defaultMethod")
public UserProfile getUserProfile(Integer userId) {
UserProfile user=serviceClientA.getUSerProfile(userId);
return user;
}
public UserProfile defaultMethod() {
return new UserProfile();
}
}

通过在@EnableFeignClients中添加basePackageClasses属性值，所有@FeignClient类都能以Spring bean的形式注册。

@EnableFeignClients(basePackageClasses?=?ServiceClientA.class)

开发者可以在客户端和服务器之间共享相同的接口定义，但这会增加客户端和服务器之间的耦合度。

外部客户端自动支持使用Ribbon的负载均衡。Ribbon是客户端的负载均衡器，其对HTTP和TCP请求提供了大量控制支持。我们可以使用外部属性client.ribbon.*来配置Ribbon客户端。

在ServiceClientBean.java中，我们添加了一个@HystrixCommand标注来处理部分失败。此命令会告诉Spring，该方法容易出错。Spring Cloud库包装了这些方法以通过断路器来实施容错和延迟容忍。典型的Hystrix命令后面跟着回滚方法。至于故障，Hystrix会自动启用回滚方法提醒，并且将流量引导至回滚方法。

如果微服务A无法在限定时间内发送响应或者是干脆直接宕掉，那么Hystrix将会调用回滚方法来获取默认的响应。

我们可以通过添加Hystrix仪表盘应用来查看Hystrix统计和监控。

这里还有一个称为Zuul代理的组件，能够充当服务网关。上文的架构图例中并没有提及。服务网关内部调用多个微服务，并将来自这些微服务的结果聚合，并返回给客户端服务。

Zuul代理内部使用Eureka服务器作为服务发现，使用Ribbon作为服务实例间的负载均衡。

分布式应用需要某种中心化日志框架，这可以通过ELK工具栈来简单实现。

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