SpringCloud技术点介绍以及设计模式和SpringCloud netfix解决方案

科技2022-07-20 111

SpringCloud

在众多的架构中，spring家族占据了主导的位置，同样对于spring衍生出的产品我们也应该去探索，今天我们将看下什么是微服务架构，以及微服务架构的解决方案，

学习微服务架构必须有三年以上的开发的经验：

微服务概念

把一个大型的单体应用拆分为数十个支持微服务，他可扩展单个组件而不是整个的应用程序堆栈，从而满足服务等级协议

定义：围绕业务领域组件进行创建组件，这些应用可独立进行开发，管理迭代，在分散的组件中使用云架构和平台式部署，管理，和服务功能，使得产品交互更加的简单

本质:是用一些功能比较明确的，业务精练的服务去解决更大的更实际的问题，（2012年为微服务元年）

微服务架构：

微服务架构是一种架构概念，旨在通过将功能分解到各个离散的服务中以实现对解决方案的解耦。它的主要作用是将功能分解到离散的各个服务当中，从而降低系统的耦合性，并提供更加灵活的服务支持。

缺点

1.微服务的另一个挑战是分区数据库架构。更新多个业务实体的业务事务是相当普遍的。这些事务在单体应用中的实现显得微不足道，因为单体只存在一个单独的数据库。在基于微服务的应用程序中，您需要更新不同服务所用的数据库。

通常不会选择分布式事务，不仅仅是因为 CAP 定理。他们根本不支持如今高度可扩展的 NoSQL 数据库和消息代理。

2.部署复杂

3.测试微服务应用程序也很复杂

4.微服务架构模式的另一个主要挑战是实现了跨越多服务变更

5.每个服务都有多个运行时实例。还有更多的移动部件需要配置、部署、扩展和监控

构建复杂的微服务应用程序本质上是困难的。单体架构模式只适用于简单、轻量级的应用程序，如果您使用它来构建复杂应用，您最终会陷入痛苦的境地。

微服务架构模式是复杂、持续发展应用的一个更好的选择。尽管它存在着缺点和实现挑战

微服务的数据的库的设置：是反范式的设计模式：根据情况来设计不同的数据库

优点

1.第一，它解决了复杂问题。它把可能会变得庞大的单体应用程序分解成一套服务。虽然功能数量不变，但是应用程序已经被分解成可管理的块或者服务。

2.这种架构使得每个服务都可以由一个团队独立专注开发。开发者可以自由选择任何符合服务 API 契约的技术。

3.微服务架构模式可以实现每个微服务独立部署。开发人员根本不需要去协调部署本地变更到服务。这些变更一经测试即可立即部署

4.微服务架构模式使得每个服务能够独立扩展。您可以仅部署满足每个服务的容量和可用性约束的实例数目。此外，您可以使用与服务资源要求最匹配的硬件。目标在于充分分解应用程序以方便应用的敏捷开发和部署，

CAP定理：

一个分布式系统最多只能同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance）这三项中的两项。

C:即更新操作成功并返回客户端完成后，所有节点在同一时间的数据完全一致。

A:即服务一直可用，而且是正常响应时间

P:即分布式系统在遇到某节点或网络分区故障的时候，仍然能够对外提供满足一致性和可用性的服务

CAP权衡：

C 必须保证。网络发生故障宁可停止服务，这是保证 CA，舍弃 P。貌似这几年国内银行业发生了不下 10 起事故，但影响面不大，报到也不多，广大群众知道的少。

还有一种是保证 CP，舍弃 A。例如网络故障是只读不写。孰优孰略，没有定论，只能根据场景定夺，适合的才是最好的

BASE理论：

ebay架构师在 ACM 上发表文章提出 BASE 理论，BASE 理论是对 CAP 理论的延伸，核心思想是即使无法做到强一致性（Strong Consistency，CAP 的一致性就是强一致性），但应用可以采用适合的方式达到最终一致性（Eventual Consitency）。

服务间的通信

同步调用：网络间只有字符串可以通过穿透防火墙

Rest:（对外）Http通信

Rest API

String json=/usr/list; User usr=new User(); usr.setId(json.getId)

使用框架：springboot+Spring Cloud;

RPC：（对内）远程过程调用

调用也是对内部的，同样需要new出的，但是不是直接new User()的，而是new 的另一个框架：Dubbo

问题：就会出现阻塞，出现单点故障，

RPC 也有自己的优点，传输协议更高效，安全更可控，

特别在一个公司内部，如果有统一个的开发规范和统一的服务框架时，

他的开发效率优势更明显些。就看各自的技术积累实际条件，自己的选择了

异步消息调用：

异步消息的方式在分布式系统中有特别广泛的应用，他既能减低调用服务之间的耦合，又能成为调用之间的缓冲，确保消息积压不会冲垮被调用方，同时能保证调用方的服务体验，继续干自己该干的活，不至于被后台性能拖慢。不过需要付出的代价是一致性的减弱，需要接受数据最终一致性；还有就是后台服务一般要实现幂等性，因为消息送出于性能的考虑一般会有重复（保证消息的被收到且仅收到一次对性能是很大的考验）；最后就是必须引入一个独立的 Broker

Kafka

Notify

MessageQueue

服务间是如何发现的呢：

在微服务架构中，一般每一个服务都是有多个拷贝，来做负载均衡。一个服务随时可能下线，也可能应对临时访问压力增加新的服务节点。

服务之间如何相互感知？服务如何管理？

这就是服务发现的问题了。一般有两类做法，也各有优缺点。基本都是通过 Zookeeper 等类似技术做服务注册信息的分布式管理。

当服务上线时，服务提供者将自己的服务信息注册到 ZK（或类似框架），并通过心跳维持长链接，实时更新链接信息。服务调用者通过 ZK 寻址，根据可定制算法，找到一个服务，还可以将服务信息缓存在本地以提高性能。当服务下线时，ZK 会发通知给服务客户端

基于客户端的服务注册与发现

优点是架构简单，扩展灵活，只对服务注册器依赖。缺点是客户端要维护所有调用服务的地址，有技术难度，一般大公司都有成熟的内部框架支持，比如 Dubbo。

每次需要调用服务时需要在zookeeper中注册发现中查询，前提是每一个服务新建时需要在这个注册中心，进行ip注册和端口，服务名称。

基于服务端的服务注册与发现：

优点是简单，所有服务对于前台调用方透明，一般在小公司在云服务上部署的应用采用的比较多。

主要有这几个框架： Eureka: Consul: Zookeeper:

如果服务挂了如何解决呢：

重试机制:即当没响应时他会自己再次发送请求，

限流：秒杀机制，直接在客户端中让百分之90的人不能直接访问到服务，而是直接提示出，

熔断机制：在服务端进行流量的控制

负载均衡：降级（本地缓存）

服务注册与发现原理：

单点故障：

在分不式锁服务中，有一种典型的应用场景，通过集群对Master进行选举，即主节点不能使用的话，既不能为从节点提供服务。传统的解决方案：主节点-------》备用主节点备用主节点------》》从节点《《--------主节点这种方式网络突然有问题时会进行对回复时就会丢失包，而这样的情况就是就会把两个主节点都是在这里主要使用zookeeper来解决这个问题，服务注册与发现引入：为什么使用分布式锁：

微服务架构的设计模式：

微服务架构需要考虑的问题：

API Gateway服务间调用服务发现服务容错服务部署数据调用

微服务设计模式：

聚合器微服务形式：:由api网关进行对其聚合

代理微服务设计模式:代理委派请求，在这种情况下，客户端并不聚合数据，但会根据业务需求的差别调用不同的微服务。代理可以仅仅委派请求，也可以进行数据转换工作

链式微服务设计模式：链式同步调用，这种模式在接收到请求后会产生一个经过合并的响应

分支微服务设计模式：同时允许两个微服务链，这种模式是聚合器模式的扩展，允许同时调用两个微服务链

数据共享微服务设计模式：SQL数据库反规范化可能会导致数据重复和不一致。自治是微服务的设计原则之一，就是说微服务是全栈式服务。但在重构现有的“单体应用（Monolithic Application）”时，SQL 数据库反规范化可能会导致数据重复和不一致。因此，在单体应用到微服务架构的过渡阶段，可以使用这种设计模式

异步消息传递微服务设计模式：使用消息队列，虽然 REST 设计模式非常流行，但它是同步的，会造成阻塞。因此部分基于微服务的架构可能会选择使用消息队列代替 REST 请求/响应

微服务架构开发建议：

应用程序的核心是业务逻辑，按照业务或客户需求组织资源（这是最难的）做有生命的产品，而不是项目全栈化后台服务贯彻 Single Responsibility Principle（单一职责原则） VM -> Docker DevOps springCloud 基于springboot的技术技术框架； java原生云开发=springCloud+spring boot

分布式系统开发一定会遇到的四个问题以及解决方案：

1.服务众多，客户端如何访问。

2.服务众多，服务之间如何通信。

3.服务众多，如何治理。

4.服务众多，如果挂了怎么办；

这四个问题对应了解决四个问题的方式：

1.API网关，服务路由

2.Http,RPC,异步调用

3.服务注册与发现 -》高可用

4.熔断，限流，服务降级

解决方案：

SpringCloud,spring Cloud是一套生态，是为了解决微服务架构遇到的问题，想要使用Spring Cloud必须基于Spring Boot

1.Spring Cloud Netflix

API网关，zuul组件

服务注册与发现，Eureka

Fegin -> http Client -->http通信方式，同步阻塞

熔断机制 Hystrix

2.Apache Dubbo Zookeeper

Dubbo是一个高效性能的 Java RPC 通信框架，2.6.x 服务注册与发现，Zookeeper， API网关没有找第三方或自己实现。服务挂了，Hystrix

3.Spring Cloud Alibaba

Spring Cloud Alibaba致力于提供微服务开发的一站式解决方案。此项目包含开发分布式应用微服务的必需组件，方便开发者通过 Spring Cloud 编程模型轻松使用这些组件来开发分布式应用服务。

依托 Spring Cloud Alibaba，您只需要添加一些注解和少量配置，就可以将 Spring Cloud 应用接入阿里微服务解决方案，通过阿里中间件来迅速搭建分布式应用系统。

下一代会是什么呢，Service Mesh 服务网格化，Istio 可能是需要掌握的一套微服务解决方案。

SpringCloud Netflix:

到2019目前最流行的微服务架构解决方案是：springBoot+spring cloud Netflix

Spring Cloud 为开发人员提供了快速构建分布式系统中一些常见模式的工具（例如配置管理，服务发现，断路器，智能路由，微代理，控制总线）。分布式系统的协调导致了样板模式, 使用 Spring Cloud 开发人员可以快速地支持实现这些模式的服务和应用程序。他们将在任何分布式环境中运行良好，包括开发人员自己的笔记本电脑，裸机数据中心，以及 Cloud Foundry 等托管平台。

Spring Cloud 是基于Spring Boot进行开发，并且都是使用 Maven 做项目管理工具。然而在2019年Spring Cloud Netflix 开始进入维护模式。所以使用的少了。

下面看看如何使用Spring Cloud Netflix 搭建一个微服务架构

创建一个依赖管理项目：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> <modelVersion>4.0.0</modelVersion> <parent> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId> <version>2.0.2.RELEASE</version> </parent> <groupId>com.funtl</groupId> <artifactId>hello-spring-cloud-dependencies</artifactId> <version>1.0.0-SNAPSHOT</version> <packaging>pom</packaging> <name>hello-spring-cloud-dependencies</name> <url>http://www.funtl.com</url> <inceptionYear>2018-Now</inceptionYear> <properties>  <java.version>1.8</java.version> <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding> <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>  <spring-cloud.version>Finchley.RC1</spring-cloud.version> </properties> <dependencyManagement> <dependencies> 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<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-resources-plugin</artifactId> </plugin>  <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-install-plugin</artifactId> </plugin>  <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-clean-plugin</artifactId> </plugin>  <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-antrun-plugin</artifactId> </plugin>  <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-dependency-plugin</artifactId> </plugin> </plugins> <pluginManagement> <plugins>  <plugin> <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId> <artifactId>maven-javadoc-plugin</artifactId> <executions> <execution> <phase>prepare-package</phase> <goals> <goal>jar</goal> </goals> </execution> </executions> </plugin>  <plugin> <groupId>net.alchim31.maven</groupId> <artifactId>yuicompressor-maven-plugin</artifactId> <version>1.5.1</version> <executions> <execution> <phase>prepare-package</phase> <goals> 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<snapshots> <enabled>false</enabled> </snapshots> </pluginRepository> </pluginRepositories> </project>

创建服务注册与发现：

用的是Eureak是一个服务注册和发现模块（与zookeeper的作用是一样的）引入配置文件pom.xml启动一个服务注册中心：需要注解@EnableEureakaServcer配置application.yml文件：每一个实例注册之后需要向注册中心发送心跳（因此可以在内存中完成），在默认情况下 Erureka Server 也是一个 Eureka Client ,必须要指定一个 Server。通过服务可以打开浏览器进行访问http://localhost:8761

创建服务提供者：

当 Client 向 Server 注册时，它会提供一些元数据，例如主机和端口，URL，主页等。Eureka Server 从每个 Client 实例接收心跳消息。如果心跳超时，则通常将该实例从注册 Server 中删除

引入pom.xm文件：

application中的yml

spring: application: name: hello-spring-cloud-service-admin server: port: 8762 eureka: client: serviceUrl: defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

创建服务消费者Ribbon：

pom.xml： <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> <modelVersion>4.0.0</modelVersion> <parent> <groupId>com.funtl</groupId> <artifactId>hello-spring-cloud-dependencies</artifactId> <version>1.0.0-SNAPSHOT</version> <relativePath>../hello-spring-cloud-dependencies/pom.xml</relativePath> </parent> <artifactId>hello-spring-cloud-web-admin-ribbon</artifactId> <packaging>jar</packaging> <name>hello-spring-cloud-web-admin-ribbon</name> <url>http://www.funtl.com</url> <inceptionYear>2018-Now</inceptionYear> <dependencies>  <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId> <scope>test</scope> </dependency>   <dependency> <groupId>org.springframework.cloud</groupId> <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.cloud</groupId> <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId> </dependency>   <dependency> <groupId>net.sourceforge.nekohtml</groupId> <artifactId>nekohtml</artifactId> </dependency> </dependencies> <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId> <configuration> <mainClass>com.funtl.hello.spring.cloud.web.admin.ribbon.WebAdminRibbonApplication</mainClass> </configuration> </plugin> </plugins> </build> </project>

在application.yml中书写配置文件：

spring: application: name: hello-spring-cloud-service-admin server: port: 8762 eureka: client: serviceUrl: defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

创建服务feign:feign是集成了ribbon的一个服务消费者：项目中使用用Feign 可以理解为将ribbon峰会在哪个了一次

熔断器防止服务雪崩：

在微服务架构中，根据业务来拆分成一个个的服务，服务与服务之间可以通过 RPC 相互调用，在 Spring Cloud 中可以用 RestTemplate + Ribbon 和 Feign 来调用。为了保证其高可用，单个服务通常会集群部署。

由于网络原因或者自身的原因，服务并不能保证 100% 可用，如果单个服务出现问题，调用这个服务就会出现线程阻塞，此时若有大量的请求涌入，Servlet 容器的线程资源会被消耗完毕，导致服务瘫痪。服务与服务之间的依赖性，故障会传播，会对整个微服务系统造成灾难性的严重后果，这就是服务故障的 “雪崩” 效应。

1.在feign中使用：

Feign中自带熔断器： feign: hystrix: enabled: true ===== service中指定fallback的类： @FeignClient(value = "hello-spring-cloud-service-admin", fallback = AdminServiceHystrix.class) public interface AdminService { @RequestMapping(value = "hi", method = RequestMethod.GET) public String sayHi(@RequestParam(value = "message") String message); } ==== 创建这个借口的实现类： @Component public class AdminServiceHystrix implements AdminService { @Override public String sayHi(String message) { return "Hi，your message is :"" + message + "" but request error."; } }

2.在ribbon中使用：

pom.xml中加入：

<dependency> <groupId>org.springframework.cloud</groupId> <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix</artifactId> </dependency>

主函数中加入注解@EnableHystrix 在service中使用：

@HystrixCommand(fallbackMethod = "hiError") public String sayHi(String message) { return restTemplate.getForObject("http://HELLO-SPRING-CLOUD-SERVICE-ADMIN/hi?message=" + message, String.class); } public String hiError(String message) { return "Hi，your message is :"" + message + "" but request error."; }

使用熔断仪器监控hystrix：

pom.xml中加入：

<dependency> <groupId>org.springframework.cloud</groupId> <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix-dashboard</artifactId> </dependency> @Configuration public class HystrixDashboardConfiguration { @Bean public ServletRegistrationBean getServlet() { HystrixMetricsStreamServlet streamServlet = new HystrixMetricsStreamServlet(); ServletRegistrationBean registrationBean = new ServletRegistrationBean(streamServlet); registrationBean.setLoadOnStartup(1); registrationBean.addUrlMappings("/hystrix.stream"); registrationBean.setName("HystrixMetricsStreamServlet"); return registrationBean; } }

测试熔断localhost:8764/hystrix

hystrix触发fallback的方法：、

timeout,SHORT_CIRCUITED:断路器打开不尝试执行，THREAD_POOL_REJECTED：线程池拒绝，不尝试执行，SEMAPHORE_REJECTED 信号量拒绝，不尝试执行 YES

使用统一的网关访问接口zuul：

在 Spring Cloud 微服务系统中，一种常见的负载均衡方式是，客户端的请求首先经过负载均衡（Zuul、Ngnix），再到达服务网关（Zuul 集群），然后再到具体的服。服务统一注册到高可用的服务注册中心集群，服务的所有的配置文件由配置服务管理，配置服务的配置文件放在 GIT 仓库，方便开发人员随时改配置

zuul：

Zuul 的主要功能是路由转发和过滤器。路由功能是微服务的一部分，比如 /api/user 转发到到 User 服务，/api/shop 转发到到 Shop 服务。Zuul 默认和 Ribbon 结合实现了负载均衡的功能。

pom.xml中加入：

<dependency> <groupId>org.springframework.cloud</groupId> <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-zuul</artifactId> </dependency>

application.yml中书写配置文件：

spring: application: name: hello-spring-cloud-zuul server: port: 8769 eureka: client: serviceUrl: defaultZone: http://localhost:8761/eureka/ ##以/api/a/请求全部转发到ribbon服务中，以/api/b/全部转发到feign服务## zuul: routes: api-a: path: /api/a/** serviceId: hello-spring-cloud-web-admin-ribbon api-b: path: /api/b/** serviceId: hello-spring-cloud-web-admin-feign

创建回调的类：主要是创建对对其出现错误后的回调机制：

主函数：

@SpringBootApplication @EnableEurekaClient @EnableZuulProxy public class ZuulApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(ZuulApplication.class, args); } }

其实就是聚合其他的服务：以上聚合了ribbon和feign两个服务。

分布式配置中心：

有分布式配置中心组件 Spring Cloud Config ，它支持配置服务放在配置服务的内存中（即本地），也支持放在远程 Git 仓库中。在 Spring Cloud Config 组件中，分两个角色，一是 Config Server，二是 Config Client。

分布式配置中心服务端：

pom.xml中加入：

在ConfigApplication中开启：

@SpringBootApplication @EnableConfigServer @EnableEurekaClient public class ConfigApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(ConfigApplication.class, args); } }

在application.yml中书写配置文件：

spring: application: name: hello-spring-cloud-config cloud: config: label: master server: git: uri: https://github.com/topsale/spring-cloud-config search-paths: respo username: password: server: port: 8888 eureka: client: serviceUrl: defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

配置说明：

spring.cloud.config.label：配置仓库的分支

spring.cloud.config.server.git.uri：配置 Git 仓库地址（GitHub、GitLab、码云 ...）

spring.cloud.config.server.git.search-paths：配置仓库路径（存放配置文件的目录）

spring.cloud.config.server.git.username：访问 Git 仓库的账号

spring.cloud.config.server.git.password：访问 Git 仓库的密码

分布式配置中心客户端配置：

pom.xml中配置：

入口类处理方式：

@SpringBootApplication @EnableDiscoveryClient public class ConfigClientApplication { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(ConfigClientApplication.class, args); } }

application.yml中书写配置文件：

spring: application: name: hello-spring-cloud-config-client cloud: config: uri: http://localhost:8888 name: config-client label: master profile: dev server: port: 8889 eureka: client: serviceUrl: defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

配置说明：

spring.cloud.config.uri：配置服务中心的网址 spring.cloud.config.name：配置文件名称的前缀 spring.cloud.config.label：配置仓库的分支 spring.cloud.config.profile：配置文件的环境标识 dev：表示开发环境 test：表示测试环境 prod：表示生产环境

服务链路追踪：

这里主要使用ZipKin：每个服务向 ZipKin 报告计时数据，ZipKin 会根据调用关系通过 ZipKin UI 生成依赖关系图，显示了多少跟踪请求通过每个服务，该系统让开发者可通过一个 Web 前端轻松的收集和分析数据，例如用户每次请求服务的处理时间等，可方便的监测系统中存在的瓶颈。

说明：

微服务架构是通过业务来划分服务的，使用 REST 调用。对外暴露的一个接口，可能需要很多个服务协同才能完成这个接口功能，如果链路上任何一个服务出现问题或者网络超时，都会形成导致接口调用失败。随着业务的不断扩张，服务之间互相调用会越来越复杂。

服务监控：

admin 启动顺序： config->eureka—>--->zipkin—>Admin—>serviceAdmin—>ZuulApplication

这就是简单的搭建，我们已经会用了，但是我们对各个组件还不是很深入，下面我们将会继续深入到各个组件，

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