摘自《Java微服務(wù)分布式架構(gòu)企業(yè)實戰(zhàn)》

1 Spring Boot

　　Spring Boot是用于構(gòu)建微服務(wù)的基礎(chǔ)框架，可以輕松地整合Spring Cloud實現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)化，在學(xué)習(xí)微服務(wù)之前學(xué)習(xí)Spring Boot的使用是非常有必要的，而且 Spring Boot與Spring MVC框架技術(shù)無縫銜接，使用自動化配置替代了原本需要手動完成的樣板化配置，摒棄之前開發(fā)過程中繁多的配置文件，測試部署起來也更加便捷。

　　Spring技術(shù)的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)的Java EE技術(shù)，如今Spring Boot框架的出現(xiàn)簡化了Spring應(yīng)用程序的開發(fā)，開箱即用，非常方便。相信大家都聽說過“習(xí)慣優(yōu)于配置”這句話，該框架采用了特定的方式進行配置，因此，程序員在開發(fā)的過程中無須再進行樣板化配置，只需要少量配置和少量代碼就能完成，使得開發(fā)更加簡單、快速、方便。而且 Spring Boot內(nèi)嵌 Servlet(Tomcat)容器，可以直接啟動運行項目。Spring至今已經(jīng)發(fā)行多個版本，而且版本更新迭代也非常迅速，下面列舉版本更新的過程中的重要變更。

　　1.Spring 1.x時代

　　在Spring1.x時代，都是通過XML文件配置Bean,隨著項目的不斷擴大，需要將XML配置分放到不同的配置文件中，需要頻繁地在Java類和XML配置文件中切換。

　　2.Spring 2.x時代

　　隨著JDK 1. 5帶來的注解支持，Spring 2.x可以使用注解對Bean進行聲明和注入，大大地減少了XML配置文件，同時也大大簡化了項目的開發(fā)。

　　3.Spring 3.x時代

　　從Spring 3.x開始提供了Java配置方式，使用Java配置方式可以更好地理解配置的Bean,并且 Spring 4.x和Spring Boot都推薦使用Java配置的方式，之前的XML配置將會被Java配置替換掉。
　　4.Spring 5.x時代

　　Spring 5.x是Java界首個支持響應(yīng)式的Web框架，是Spring的一個重要版本，距離Spring 4.x差不多四年。在此期間，大多數(shù)增強都是在Spring Boot項目中完成的，其最大的亮點就是提供了完整的端到端響應(yīng)式編程的支持（新增 Spring WebFlux模塊）。

　　Spring WebFlux同時支持使用舊的Spring MVC 注解聲明 Reactive Controller.和傳統(tǒng)的MVC Controller 不同、Reactive Controller操作的是非阻塞的ServerHttpRequest和ServerHttpResponse,而不再是Spring MVC里的 HttpServletRequest和HttpServletResponse.至此也代表著Java正式迎來了響應(yīng)式異步編程的時代。

　　在之前開發(fā)的過程中，通常會有以下幾步來完成：

　　（1)配置web.xml,加載Spring和Spring MVC;

　　（2)配置數(shù)據(jù)庫連接、配置Spring事務(wù)；

　　（3)配置加載配置文件的讀取，開啟注解；

　　（4)配置日志文件。

　　配置完成之后部署Tomcat調(diào)試，但是如果使用Spring Boot將會變得更加簡單，只需要非常少的幾個配置就能夠迅速地搭建起來一套Web項目或者構(gòu)建一個微服務(wù)。

　　5.Spring Boot的優(yōu)缺點

　　優(yōu)點：快速構(gòu)建項目，對主流開發(fā)框架的無配置集成，項目可獨立運行，無須外部依賴Servlet容器，提供運行時的應(yīng)用監(jiān)控，極大地提高了開發(fā)、部署效率，與云計算的天然集成等。
　　缺點：版本迭代速度很快，一些模塊改動很大，由于不用自己做配置，報錯時很難定位，網(wǎng)上現(xiàn)成的解決方案比較少等。

2.Spring Cloud

　　在分布式、微服務(wù)系統(tǒng)中，當(dāng)客戶端或者API網(wǎng)關(guān)想要訪問一個服務(wù)時，面對那么多的服務(wù)，怎樣能夠動態(tài)地準(zhǔn)確獲取某個服務(wù)的IP和端口成了一個挑戰(zhàn)，此時提出服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)機制－每一個服務(wù)自動把自己的IP和端口注冊到一個專門的服務(wù)器上，讓調(diào)用方能夠從計算機名或者應(yīng)用ID、應(yīng)用名稱方便地調(diào)用到需要調(diào)用的服務(wù)，就可以很好地解決這個問題。

　　Spring Cloud是一個提供了全套的分布式系統(tǒng)解決方案的微服務(wù)框架，它雖然是Spring 家族的新成員，但是更新的速度特別快。Spring Cloud為開發(fā)人員提供了一系列分布式系統(tǒng)的解決方案，包括配置管理、服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、路由、控制總線、全局鎖等，同時Spring Cloud還能夠快速地對接云服務(wù)平臺，快速地啟動服務(wù)、構(gòu)建應(yīng)用，有了這些方案，讓開發(fā)分布式系統(tǒng)更加簡單，使開發(fā)人員真正享受到“開箱即用”特性所帶來的便捷。

3.Netfix Eureka
　　Spring Cloud Netfix的Eureka是一個服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)模塊，它的作用與ZooKeeper的作用相似。在微服務(wù)的開發(fā)過程中服務(wù)的治理是非常核心的模塊，一個大型的應(yīng)用程序通常由非常多的服務(wù)構(gòu)成，然而每個服務(wù)不一定都會部署在一臺服務(wù)器上，因此客戶端在請求服務(wù)時通常要對服務(wù)的地址和IP進行解析，如圖6. 6所示。

　　Spring Cloud 是使用 Netfix Eureka來實現(xiàn)服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)的，Netfix Eureka 中不僅包含了客戶端也有服務(wù)端。服務(wù)端稱為服務(wù)注冊中心，持續(xù)提供服務(wù)的發(fā)現(xiàn)和注冊。客戶端是通過注解在應(yīng)用程序代碼中開啟的，當(dāng)應(yīng)用程序運行時，會將自身提供的服務(wù)注冊到Eureka服務(wù)端，同時通過持續(xù)周期性地發(fā)送心跳來判定服務(wù)是否一直可用，還會將從服務(wù)注冊中心查詢到的服務(wù)IP、端口等相關(guān)信息緩存到本地。

4.Eureka高可用集群

　　對于微服務(wù)系統(tǒng)來說，所有的服務(wù)都將會注冊到注冊中心，Eureka的可用性關(guān)乎整個應(yīng)用程序能否繼續(xù)正常地提供服務(wù)，一旦部署Eureka服務(wù)的機器發(fā)生宕機或一些網(wǎng)絡(luò)因素的影響將可能致使整個應(yīng)用處于癱瘓狀態(tài)。因此，Eureka通常在企業(yè)的實際部署過程中都是以集群形式存在的，這樣即使一個節(jié)點癱瘓，還有其他節(jié)點保證服務(wù)的可用性，降低了風(fēng)險。

　　Eureka的高可用實際上就是把一個或多個Eureka Server當(dāng)作一個普通的服務(wù)，將Eureka Server本身像其他服務(wù)一樣注冊到另一個Eureka Server中，使服務(wù)注冊中心達到相互注冊的目的，這些注冊中心的數(shù)據(jù)都是同步的，因此無論哪一個注冊中心存在故障，都可以繼續(xù)使用其他的處于存活狀態(tài)的Eureka Server.

5.Spring Cloud 創(chuàng)建服務(wù)消費者（Ribbon)

　　微服務(wù)是面向服務(wù)進行開發(fā)的，一個個服務(wù)之間的聯(lián)系也是錯綜復(fù)雜的，隨著項目的深人或者水平擴展，服務(wù)與服務(wù)之間就像蜘蛛網(wǎng)一樣交織在一起，管理起來也會愈發(fā)困難，所以能夠讓服務(wù)的消費者更簡單地調(diào)用服務(wù)，也是非常重要的。Spring Cloud也提供了相應(yīng)的解決方案，能夠使服務(wù)的調(diào)用輕松地實現(xiàn)REST模板請求，還能做到負(fù)載均衡的效果。

　　Spring Cloud Ribbon 是基于Netflix Ribbon實現(xiàn)的HTTP和TCP客戶端負(fù)載均衡工具框架。在微服務(wù)項目中服務(wù)之間的調(diào)用、API Gateway的請求都是通過Ribbon(或者對Ribbon進一步的封裝框架）實現(xiàn)的。
（1）RestTemplate 詳解
　　Ribbon是通過 RestTemplate+@LoadBalance實現(xiàn)的，Spring為創(chuàng)建REST API提供了良好的支持，將資源的狀態(tài)以最適合的形式進行傳遞。借助RestTemplate,Spring 應(yīng)用能夠方便地使用REST資源，Spring的 RestTemplate 訪問使用了模板方法的設(shè)計模式。下面將詳細介紹 RestTemplate實現(xiàn)不同請求和參數(shù)的服務(wù)調(diào)用。

6.負(fù)載均衡策略
　　負(fù)載均衡在分布式系統(tǒng)中尤為重要，可以使系統(tǒng)實現(xiàn)高可用、提高系統(tǒng)的處理能力。實現(xiàn)負(fù)載均衡的方式有很多，包括硬件負(fù)載均衡和軟件負(fù)載均衡。軟件負(fù)載均衡的實現(xiàn)通常通過相應(yīng)的模塊來處理完成請求分發(fā)的功能，如反向代理負(fù)載均衡服務(wù)Nginx等，如圖7. 1所示。

　　在部署單臺服務(wù)器時，如果這個服務(wù)器宕機了，那么用戶自然也無法繼續(xù)訪問了，如果同時有很多用戶試圖訪問服務(wù)器，超過了服務(wù)器本身處理能力的上限，就會出現(xiàn)加載速度緩慢或無法繼續(xù)提供服務(wù)的情況。為了應(yīng)對這種情況，可以將服務(wù)同時部署在多臺服務(wù)器中，當(dāng)客戶端發(fā)起請求時，可以使用負(fù)載均衡服務(wù)作為一個請求訪問節(jié)點，負(fù)載均衡服務(wù)器根據(jù)相應(yīng)的策略（如輪詢、權(quán)重、隨機等）來指定提供服務(wù)的服務(wù)器。這樣一來，可以防止單點故障或服務(wù)效率低下的問題發(fā)生，接下來將通過實例了解Ribbon中實現(xiàn)負(fù)載均衡的方式。

7.Spring Cloud 創(chuàng)建服務(wù)消費者Feign　　

　　Ribbon的使用，在服務(wù)的調(diào)度方面都會利用RestTemplate的攔截來實現(xiàn)接口的調(diào)用，它使用HttpClient或RestTemplate 模擬HTTP請求，調(diào)用的過程中步驟非常煩瑣，而Feign是對Ribbon的進一步封裝，簡化了編寫步驟，使用起來更加方便，接下來將學(xué)習(xí)聲明式服務(wù)調(diào)用Feign的使用。

　　Feign是一個聲明式的REST客戶端，它的目的就是讓REST風(fēng)格的API調(diào)用變得更加簡單。使用Feign,只需要創(chuàng)建一個接口并加上注解來配置就可以實現(xiàn)服務(wù)提供者的接口綁定。它具有可插拔的注解特性，而且擴展了對 SpringMVC注解的支持，它本身就是對Ribbon的進一步封裝，因此同樣具備負(fù)載均衡調(diào)用。Feign會完全代理 HTTP請求，只需要像調(diào)用方法一樣調(diào)用它就可以完成服務(wù)請求及相關(guān)處理。

8.使用Hystrix 服務(wù)容錯保護
　　微服務(wù)架構(gòu)中，服務(wù)被拆分得很細，每個服務(wù)都不在一個進程中，網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性則會造成服務(wù)在遠程調(diào)用的過程中出現(xiàn)故障或延遲的情況發(fā)生。由于HTTP請求是同步的，如果不采取補救措施，服務(wù)調(diào)用方會一直處在等待的地步。后續(xù)的請求一旦造成積壓，線程同步就會造成阻塞，阻塞就會引起服務(wù)雪崩的效應(yīng)，最終導(dǎo)致服務(wù)癱瘓。面對這種問題，Spring Cloud也給出了解決方案－Spring Cloud Hystrix熔斷器的使用。
（1）熔斷器簡介
　　在微服務(wù)架構(gòu)中，根據(jù)業(yè)務(wù)來拆分成一個個的服務(wù)，服務(wù)與服務(wù)之間可以通過RPC相互調(diào)用，在Spring Cloud中可以用RestTemplate+Ribbon和Feign來調(diào)用。為了保證其高可用，單個服務(wù)通常會集群部署。由于網(wǎng)絡(luò)原因或者自身的原因，服務(wù)并不能保證100%可用，如果單個服務(wù)出現(xiàn)問題，調(diào)用這個服務(wù)就會出現(xiàn)線程阻塞，此時若有大量的請求涌入，Servlet容器的線程資源會被消耗完畢，導(dǎo)致服務(wù)癱瘓。由于服務(wù)與服務(wù)之間的依賴性，故障會傳播，會對整個微服務(wù)系統(tǒng)造成災(zāi)難性的嚴(yán)重后果，這就是服務(wù)故障的“雪崩”效應(yīng)。為了解決這個問題，業(yè)界提出了熔斷器模型。
　　Netflix開源了 Hystrix組件，實現(xiàn)了熔斷器模式，Spring Cloud對這一組件進行了整合。在微服務(wù)架構(gòu)中，一個請求需要調(diào)用多個服務(wù)是非常常見的，如圖7. 9所示。

　　請求通過瀏覽器或移動端發(fā)送至API網(wǎng)關(guān)，調(diào)用服務(wù)A、服務(wù)B、服務(wù)C、服務(wù)D四個服務(wù)，而服務(wù)A又會繼續(xù)調(diào)用服務(wù)AI,較底層的服務(wù)AI如果出現(xiàn)故障則不能及時返回結(jié)果，而服務(wù)A此時也沒有做服務(wù)降級處理，可能會導(dǎo)致服務(wù)A甚至整個系統(tǒng)的癱瘓。為了避免這種情況的發(fā)生可以在系統(tǒng)設(shè)計時使用一定的降級策略，保證即使出現(xiàn)某個服務(wù)提供方的服務(wù)不可用，即服務(wù)的調(diào)用的不可用達到一個閾值（Hystrix是5秒20次）時，熔斷器將會打開，服務(wù)調(diào)用方仍然可以切換到降級后的策略繼續(xù)執(zhí)行，如圖7. 10所示。

　　圖7. 10中，當(dāng)服務(wù)AI出現(xiàn)故障后，服務(wù)熔斷開啟，服務(wù)A和服務(wù)AI之間啟動斷路器熔斷機制，為了避免連鎖故障，還可以通過Fallback()方法直接返回一個固定值，接下來將結(jié)合案例講解熔斷器的使用。

 9.路由網(wǎng)關(guān)分布式配置

　　在微服務(wù)架構(gòu)中，需要幾個基礎(chǔ)的服務(wù)治理組件，包括服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、服務(wù)提供、服務(wù)消費、負(fù)載均囊、熔斷器、智能路由、配置管理等，這幾個基礎(chǔ)組件相互協(xié)作，共同組建了一個簡單的微服務(wù)系統(tǒng)，本章將繼續(xù)學(xué)習(xí)路由網(wǎng)關(guān)服務(wù)和分布式配置中心的實現(xiàn)。

　　（1）如果選擇將原有的單體應(yīng)用構(gòu)建成一組微服務(wù)時，首先就要考慮如何解決程序的客戶端與服務(wù)之間進行交互的問題，如果一個微服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用中有很多服務(wù)，那么客戶端與微服務(wù)之間要想直接通信必然要在客戶端存儲每個服務(wù)的IP和端口，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模不斷增大時，服務(wù)也會越來越多，顯然這種做法是不現(xiàn)實的。因此，需要使用API網(wǎng)關(guān)服務(wù)器統(tǒng)一維護服務(wù)的IP和端口，這樣不僅可以完成請求路由的功能，還能實現(xiàn)負(fù)載均衡、驗證過濾等其他功能，一個簡單的微服務(wù)系統(tǒng)如圖8. 1所示。

　　在圖8. 1中的Spring Cloud微服務(wù)系統(tǒng)中，一種常見的負(fù)載均衡方式是，客戶端的請求首先經(jīng)過負(fù)載均衡（Ngnix),再到達服務(wù)網(wǎng)關(guān)（Zuul集群），然后再到具體的服務(wù)。所有的服務(wù)將會統(tǒng)一注冊到高可用的服務(wù)注冊中心集群中，服務(wù)的所有的配置文件將交由配置服務(wù)來統(tǒng)一管理，配置服務(wù)的配置文件放在Git倉庫，方便開發(fā)人員可以隨時更改配置文件。Spring Cloud Zuul和Eureka結(jié)合，將自身服務(wù)注冊到Eureka服務(wù)注冊中心，同時獲取到其他服務(wù)的實例信息。

　　Zuul的主要功能是路由轉(zhuǎn)發(fā)和過濾器。路由功能是微服務(wù)的一部分，如通過REST接口訪問／api/user就可以將請求轉(zhuǎn)發(fā)到User服務(wù)，訪問／api/shop就可以將請求轉(zhuǎn)發(fā)到Shop服務(wù)。Zuul默認(rèn)和Ribbon結(jié)合實現(xiàn)了負(fù)載均衡的功能。

 10.Spring Cloud服務(wù)追蹤

　    隨著項目的不斷擴展，微服務(wù)的問題也會不斷地顯現(xiàn)出來，一個客戶端請求在調(diào)用服務(wù)得到返回結(jié)果的過程中，也許會形成一條復(fù)雜的調(diào)用鏈路，一個服務(wù)可能會有多個鏈路依賴，幾個服務(wù)協(xié)同完成。這樣一來，如果其中一條鏈路發(fā)生故障或者出現(xiàn)延遲，都可能會引起請求的失敗。這時，就可以通過實現(xiàn)對請求調(diào)用的追蹤來迅速發(fā)現(xiàn)故障，監(jiān)控每條鏈路的性能并及時地排查解決問題。

　　1）ZipKin簡介
　　ZipKin是一個開放源代碼的分布式跟蹤系統(tǒng)，由Twitter公司研發(fā)，它致力于收集服務(wù)的定時數(shù)據(jù)，以解決微服務(wù)架構(gòu)中的延遲問題，包括數(shù)據(jù)的收集、存儲、查找和展現(xiàn)。它的理論模型來自于Google Dapper的論文。

　　每個服務(wù)向ZipKin報告計時數(shù)據(jù)，ZipKin會根據(jù)調(diào)用關(guān)系通過ZipKin UI生成依賴關(guān)系圖，顯示了多少跟蹤請求通過每個服務(wù)，該系統(tǒng)讓開發(fā)者可通過一個Web前端輕松地收集和分析數(shù)據(jù)，例如用戶每次請求服務(wù)的處理時間等，可方便地監(jiān)測系統(tǒng)中存在的瓶頸。

　　微服務(wù)架構(gòu)是通過業(yè)務(wù)來劃分服務(wù)的，使用REST調(diào)用。對外暴露的一個接口，可能需要很多個服務(wù)協(xié)同才能完成這個接口功能，如果鏈路上任何一個服務(wù)出現(xiàn)問題或者網(wǎng)絡(luò)超時，都會形成導(dǎo)致接口調(diào)用失敗。隨著業(yè)務(wù)的不斷擴張，服務(wù)之間互相調(diào)用會越來越復(fù)雜，如圖9. 1所示。