企业开发进阶-3-Dubbo
基础理论
《分布式系统原理与范型》定义:
“分布式系统是若干独立计算机的集合,这些计算机对于用户来说就像单个相关系统”
发展演变
单一应用架构
- 当网站流量很小时,只需一个应用,将所有功能都部署在一起,以减少部署节点和成本
- 此时,用于简化增删改查工作量的数据访问框架(ORM)是关键。
- 适用于小型网站,小型管理系统,将所有功能都部署到一个功能里,简单易用。
- 缺点:
- 性能扩展比较难
- 协同开发问题
- 不利于升级维护
垂直应用架构
- 当访问量逐渐增大,单一应用增加机器带来的加速度越来越小,将应用拆成互不相干的几个应用,以提升效率
- 此时,用于加速前端页面开发的Web框架(MVC)是关键
- 通过切分业务来实现各个模块独立部署,降低了维护和部署的难度,团队各司其职更易管理,性能扩展也更方便,更有针对性
- 缺点
- 公用模块无法重复利用,开发性的浪费
分布式服务架构
- 当垂直应用越来越多,应用之间交互不可避免,将核心业务抽取出来,作为独立的服务,逐渐形成稳定的服务中心,使前端应用能更快速的响应多变的市场需求
- 此时,用于提高业务复用及整合的分布式服务框架(RPC)是关键。
流动计算架构
- 当服务越来越多,容量的评估,小服务资源的浪费等问题逐渐显现,此时需增加一个调度中心基于访问压力实时管理集群容量,提高集群利用率
- 此时,用于提高机器利用率的资源调度和治理中心(SOA)[ Service Oriented Architecture]是关键。
RPC
- RPC【Remote Procedure Call】是指远程过程调用,是一种进程间通信方式,是一种技术的思想,而不是规范
- 它允许程序调用另一个地址空间(通常是共享网络的另一台机器上)的过程或函数,而不用程序员显式编码这个远程调用的细节
- 即程序员无论是调用本地的还是远程的函数,本质上编写的调用代码基本相同。
- RPC两个核心模块:通讯,序列化。
RPC基本原理
- 客户端调用
- 序列化
- 发送消息
- 反序列化
- 调用本地服务
- 服务处理
- 返回处理结果
- 将结果序列化
- 返回消息
- 反序列化
- 返回调用结果集
Dubbo
基本概念
Apache Dubbo (官方文档) 是一款高性能、轻量级的开源Java RPC框架,提供了三大核心能力,
- 面向接口的远程方法调用
- 智能容错和负载均衡
- 服务自动注册和发现。
Dubbo 架构
角色介绍
服务提供者(Provider):暴露服务的服务提供方,服务提供者在启动时,向注册中心注册自己提供的服务
服务消费者 (Provider):调用远程服务的服务消费方,服务消费者在启动时,向注册中心订阅自己所需的服务,从提供者地址列表中,基于软负载均衡算法,选一台提供者进行调用,如果调用失败,再选另一台调用
注册中心(Registry):注册中心返回服务提供者地址列表给消费者,如果有变更,注册中心将基于长连接推送变更数据给消费者
监控中心(Monitor):服务消费者和提供者,在内存中累计调用次数和调用时间,定时每分钟发送一次统计数据到监控中心
调用关系
start(Container):服务容器负责启动,加载,运行服务提供者
register(Provider):服务提供者在启动时,向注册中心注册自己提供的服务
subscribe(Consumer):服务消费者在启动时,向注册中心订阅自己所需的服务
notify(Registry):注册中心返回服务提供者地址列表给服务消费者,如果有变更,注册中心将基于长连接推送变更数据给消费者
invoke(Consumer):服务消费者,从提供者地址列表中,基于软负载均衡算法,选一台提供者进行调用,如果调用失败,再选另一台调用
count(Provider、Consumer):服务消费者和提供者,在内存中累计调用次数和调用时间,定时每分钟发送一次统计数据到监控中心
环境搭建
Windows环境安装教程
安装zookeeper
- 下载zookeeper
解压zookeeper
- 解压运行zkServer.cmd ,初次运行会报错,没有zoo.cfg配置文件
修改zoo.cfg配置文件
- 将conf下的zoo_sample.cfg复制一份改名为zoo.cfg即可
dataDir=./
临时数据存储的目录(可写相对路径)clientPort=2181
zookeeper的端口号- 修改完成后再次启动zookeeper
使用
zkCli.cmd
测试ls /
:列出zookeeper根下保存的所有节点create –e /atguigu 123
:创建一个atguigu节点,值为123get /atguigu
:获取/atguigu节点的值
安装dubbo-admin管理控制台
dubbo本身并不是一个服务软件。它其实就是一个jar包能够帮你的java程序连接到zookeeper,并利用zookeeper消费、提供服务。
但是为了让用户更好的管理监控众多的dubbo服务,官方提供了一个可视化的监控程序
进入目录,修改dubbo-admin配置
修改 src\main\resources\application.properties 指定zookeeper地址
打包dubbo-admin
mvn clean package -Dmaven.test.skip=true
运行dubbo-admin
java -jar dubbo-admin-0.0.1-SNAPSHOT.jar
- 注意:【有可能控制台看着启动了,但是网页打不开,需要在控制台按下 ctrl+c 即可】
- 默认使用root/root 登陆
Linux环境安装教程
安装jdk
下载jdk网址
上传到服务器并解压
设置环境变量
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4export JAVA_HOME=/usr/local/java/jdk1.8.0_171
export JRE_HOME=${JAVA_HOME}/jre
export CLASSPATH=.:${JAVA_HOME}/lib:${JRE_HOME}/lib
export PATH=${JAVA_HOME}/bin:$PATH使环境变量生效&测试JDK
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2source /etc/profile
java -version
安装zookeeper
-
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wget https://archive.apache.org/dist/zookeeper/zookeeper-3.4.11/zookeeper-3.4.11.tar.gz
解压zookeeper
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tar -zxvf zookeeper-3.4.11.tar.gz
移动到指定位置并改名为zookeeper
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mv zookeeper-3.4.11 /usr/local/zookeeper
开机启动zookeeper
复制如下脚本
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#chkconfig:2345 20 90
#description:zookeeper
#processname:zookeeper
ZK_PATH=/usr/local/zookeeper
export JAVA_HOME=/usr/local/java/jdk1.8.0_171
case $1 in
start) sh $ZK_PATH/bin/zkServer.sh start;;
stop) sh $ZK_PATH/bin/zkServer.sh stop;;
status) sh $ZK_PATH/bin/zkServer.sh status;;
restart) sh $ZK_PATH/bin/zkServer.sh restart;;
*) echo "require start|stop|status|restart" ;;
esac把脚本注册为Service
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2chkconfig --add zookeeper
chkconfig --list增加权限
1
chmod +x /etc/init.d/zookeeper
配置zookeeper
初始化zookeeper配置文件
拷贝/usr/local/zookeeper/conf/zoo_sample.cfg 到同一个目录下改个名字叫zoo.cfg
1
cp zoo_sample.cfg zoo.cfg
启动zookeeper
1
service zookeeper start
安装dubbo-admin管理控制台
安装Tomcat8(旧版dubbo-admin是war,新版是jar不需要安装Tomcat)
- 下载Tomcat8并解压 链接
- 命令
wget http://mirrors.shu.edu.cn/apache/tomcat/tomcat-8/v8.5.32/bin/apache-tomcat-8.5.32.tar.gz
解压移动到指定位置
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tar -zxvf apache-tomcat-8.5.32.tar.gz
开机启动tomcat8
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vim /etc/init.d/tomcat8
复制如下脚本
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#chkconfig:2345 21 90
#description:apache-tomcat-8
#processname:apache-tomcat-8
CATALANA_HOME=/opt/apache-tomcat-8.5.32
export JAVA_HOME=/opt/java/jdk1.8.0_171
case $1 in
start)
echo "Starting Tomcat..."
$CATALANA_HOME/bin/startup.sh
;;
stop)
echo "Stopping Tomcat..."
$CATALANA_HOME/bin/shutdown.sh
;;
restart)
echo "Stopping Tomcat..."
$CATALANA_HOME/bin/shutdown.sh
sleep 2
echo
echo "Starting Tomcat..."
$CATALANA_HOME/bin/startup.sh
;;
*)
echo "Usage: tomcat {start|stop|restart}"
;; esac注册服务&添加权限
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2chkconfig --add tomcat8
chmod +x tomcat8启动服务&访问tomcat测试
1
service tomcat8 start
安装dubbo-admin
与Windows环境下一致操作
案例演示
需求分析
某个电商系统,订单服务需要调用用户服务获取某个用户的所有地址;
需要创建两个服务模块进行测试
模块 | 功能 |
---|---|
订单服务web模块 | 创建订单等 |
用户服务service模块 | 查询用户地址等 |
测试预期结果:
订单服务web模块在A服务器,用户服务模块在B服务器,A可以远程调用B的功能。
工程架构
分包
建议将服务接口,服务模型,服务异常等均放在 API 包中,因为服务模型及异常也是 API 的一部分,同时,这样做也符合分包原则:重用发布等价原则(REP),共同重用原则(CRP)。
如果需要,也可以考虑在 API 包中放置一份 spring 的引用配置,这样使用方,只需在 spring 加载过程中引用此配置即可,配置建议放在模块的包目录下,以免冲突,如:com/alibaba/china/xxx/dubbo-reference.xml。
粒度
服务接口尽可能大粒度,每个服务方法应代表一个功能,而不是某功能的一个步骤,否则将面临分布式事务问题,Dubbo 暂未提供分布式事务支持。服务接口建议以业务场景为单位划分,并对相近业务做抽象,防止接口数量爆炸 。不建议使用过于抽象的通用接口,如:Map query(Map),这样的接口没有明确语义,会给后期维护带来不便。
创建模块
gmall-interface:公共接口层(model,service,exception…)
作用:定义公共接口,也可以导入公共依赖
1 | public class UserAddress implements Serializable{ |
1 | UserService |
gmall-user:用户模块(对用户接口的实现)
1 | <dependencies> |
1 | public class UserServiceImpl implements UserService { |
gmall-order-web:订单模块(调用用户模块)
1 | <dependencies> |
1 | public class OrderService { |
现在这样是无法进行调用的。gmall-order-web引入了gmall-interface,但是interface的实现是gmall-user,并没有引入,而且实际他可能还在别的服务器中。
使用Dubbo
配置版
改造gmall-user作为服务提供者
引入Dubbo
1 | <!-- 引入dubbo --> |
配置提供者
1 | <!--当前应用的名字 --> |
启动服务
1 | public static void main(String[] args) throws IOException { |
改造gmall-order-web作为服务消费者
引入dubbo
1 | <!-- 引入dubbo --> |
配置消费者信息
1 | <!-- 应用名 --> |
测试调用
访问gmall-order-web的initOrder请求,会调用UserService获取用户地址;
调用成功。说明我们order已经可以调用远程的UserService
注解版
服务提供方
1 | <dubbo:application name="gmall-user"></dubbo:application> |
1 | import com.alibaba.dubbo.config.annotation.Service; |
服务消费方
1 | <dubbo:application name="gmall-order-web"></dubbo:application> |
1 |
|
监控中心
dubbo-admin
图形化的服务管理页面;安装时需要指定注册中心地址,即可从注册中心中获取到所有的提供者/消费者进行配置管理
dubbo-monitor-simple
简单的监控中心;
安装
下载dubbo-ops
修改配置指定注册中心地址
进入 dubbo-monitor-simple\src\main\resources\conf
修改 dubbo.properties文件
打包dubbo-monitor-simple
1 | mvn clean package -Dmaven.test.skip=true |
解压 tar.gz 文件,并运行start.bat
如果缺少servlet-api,自行导入servlet-api再访问监控中心
启动访问8080
监控中心配置
所有服务配置连接监控中心,进行监控统计
1 | <!-- 监控中心协议,如果为protocol="registry",表示从注册中心发现监控中心地址,否则直连监控中心 --> |
Simple Monitor 挂掉不会影响到 Consumer 和 Provider 之间的调用,所以用于生产环境不会有风险。
Simple Monitor 采用磁盘存储统计信息,请注意安装机器的磁盘限制,如果要集群,建议用mount共享磁盘。
整合SpringBoot
引入spring-boot-starter以及dubbo和curator的依赖
1 | <dependency> |
配置application.properties
1 | application.name就是服务名,不能跟别的dubbo提供端重复 |
提供者配置:
1 | dubbo.application.name=gmall-user |
消费者配置
1 | dubbo.application.name=gmall-order-web |
dubbo注解
@Service
、@Reference
【如果没有在配置中写dubbo.scan.base-package,还需要使用@EnableDubbo注解】
Boot与Dubbo整合的三种方式
导入
dubbo-starter
,在application.properties
配置属性- 使用
@Service
[暴露服务] - 使用
@Reference
[引用服务]
- 使用
保留dubbo.xml文件配置
- 导入dubbo-starter,使用
@ImportResource
导入dubbo的配置文件
- 导入dubbo-starter,使用
使用注解API的方式
- 将每一个组件手动创建到容器中,让dubbo扫描其他的组件
Dubbo配置
配置原则
JVM 启动 -D 参数优先,这样可以使用户在部署和启动时进行参数重写,比如在启动时需改变协议的端口。
XML 次之,如果在 XML 中有配置,则 dubbo.properties 中的相应配置项无效。
Properties 最后,相当于缺省值,只有 XML 没有配置时,dubbo.properties 的相应配置项才会生效,通常用于共享公共配置,比如应用名。
重试次数
失败自动切换,当出现失败,重试其它服务器,但重试会带来更长延迟。可通过 retries=”2” 来设置重试次数(不含第一次)。
重试次数配置如下:
1 | <dubbo:service retries="2" /> |
超时时间
由于网络或服务端不可靠,会导致调用出现一种不确定的中间状态(超时)。为了避免超时导致客户端资源(线程)挂起耗尽,必须设置超时时间。
Dubbo消费端
1 | 全局超时配置 |
Dubbo服务端
1 | 全局超时配置 |
配置原则
dubbo推荐在Provider上尽量多配置Consumer端属性:
作服务的提供者,比服务使用方更清楚服务性能参数,如调用的超时时间,合理的重试次数,等等
在配置后,不配置则会使用的配置值,即配置可以作为的缺省值。否则,会使用端的全局设置,这对于不可控的,并且往往是不合理的
配置的覆盖规则:
方法级配置别优于接口级别,即小Scope优先
Consumer端配置 优于 Provider配置 优于 全局配置,
最后是Dubbo Hard Code的配置值(见配置文档)
版本号
当一个接口实现,出现不兼容升级时,可以用版本号过渡,版本号不同的服务相互间不引用。
可以按照以下的步骤进行版本迁移:
在低压力时间段,先升级一半提供者为新版本
再将所有消费者升级为新版本
然后将剩下的一半提供者升级为新版本
1 | 老版本服务提供者配置: |
高可用
zookeeper宕机与dubbo直连
现象:
zookeeper注册中心宕机,还可以消费dubbo暴露的服务。
原因:
健壮性:
监控中心宕掉不影响使用,只是丢失部分采样数据
数据库宕掉后,注册中心仍能通过缓存提供服务列表查询,但不能注册新服务
注册中心对等集群,任意一台宕掉后,将自动切换到另一台
注册中心全部宕掉后,服务提供者和服务消费者仍能通过本地缓存通讯
服务提供者无状态,任意一台宕掉后,不影响使用
服务提供者全部宕掉后,服务消费者应用将无法使用,并无限次重连等待服务提供者恢复
高可用:
- 通过设计,减少系统不能提供服务的时间;
集群下Dubbo负载均衡配置
在集群负载均衡时,Dubbo 提供了多种均衡策略,缺省为 random 随机调用。
负载均衡策略
Random LoadBalance
随机,按权重设置随机概率。
在一个截面上碰撞的概率高,但调用量越大分布越均匀,而且按概率使用权重后也比较均匀,有利于动态调整提供者权重。
RoundRobin LoadBalance
轮循,按公约后的权重设置轮循比率。
存在慢的提供者累积请求的问题,比如:第二台机器很慢,但没挂,当请求调到第二台时就卡在那,久而久之,所有请求都卡在调到第二台上
LeastActive LoadBalance
最少活跃调用数,相同活跃数的随机,活跃数指调用前后计数差。
使慢的提供者收到更少请求,因为越慢的提供者的调用前后计数差会越大。
ConsistentHash LoadBalance
一致性 Hash,相同参数的请求总是发到同一提供者。
当某一台提供者挂时,原本发往该提供者的请求,基于虚拟节点,平摊到其它提供者,不会引起剧烈变动。算法参见:http://en.wikipedia.org/wiki/Consistent_hashing
缺省只对第一个参数 Hash,如果要修改,请配置
<dubbo:parameter key="hash.arguments" value="0,1" />
缺省用 160 份虚拟节点,如果要修改,请配置
<dubbo:parameter key="hash.nodes" value="320" />
服务降级
服务降级
当服务器压力剧增的情况下,根据实际业务情况及流量,对一些服务和页面有策略的不处理或换种简单的方式处理,从而释放服务器资源以保证核心交易正常运作或高效运作
可以通过服务降级功能临时屏蔽某个出错的非关键服务,并定义降级后的返回策略。
向注册中心写入动态配置覆盖规则:
1 | RegistryFactory registryFactory = ExtensionLoader.getExtensionLoader(RegistryFactory.class).getAdaptiveExtension(); |
mock=force:return+null
表示消费方对该服务的方法调用都直接返回 null 值,不发起远程调用。用来屏蔽不重要服务不可用时对调用方的影响。还可以改为
mock=fail:return+null
表示消费方对该服务的方法调用在失败后,再返回 null 值,不抛异常。用来容忍不重要服务不稳定时对调用方的影响。
集群容错
在集群调用失败时,Dubbo 提供了多种容错方案,缺省为 failover 重试。
集群容错模式
Failover Cluster
失败自动切换,当出现失败,重试其它服务器。通常用于读操作,但重试会带来更长延迟。可通过 retries=”2” 来设置重试次数(不含第一次)。
1 | 重试次数配置如下: |
Failfast Cluster
快速失败,只发起一次调用,失败立即报错。通常用于非幂等性的写操作,比如新增记录。
Failsafe Cluster
失败安全,出现异常时,直接忽略。通常用于写入审计日志等操作。
Failback Cluster
失败自动恢复,后台记录失败请求,定时重发。通常用于消息通知操作。
Forking Cluster
并行调用多个服务器,只要一个成功即返回。通常用于实时性要求较高的读操作,但需要浪费更多服务资源。可通过 forks=”2” 来设置最大并行数。
Broadcast Cluster
广播调用所有提供者,逐个调用,任意一台报错则报错 [2]。通常用于通知所有提供者更新缓存或日志等本地资源信息。
集群模式配置
按照以下示例在服务提供方和消费方配置集群模式
1 | <dubbo:service cluster="failsafe" /> |
整合hystrix
Hystrix 旨在通过控制那些访问远程系统、服务和第三方库的节点,从而对延迟和故障提供更强大的容错能力。
Hystrix具备拥有回退机制和断路器功能的线程和信号隔离,请求缓存和请求打包,以及监控和配置等功能
配置spring-cloud-starter-netflix-hystrix
spring boot官方提供了对hystrix的集成,直接在pom.xml里加入依赖:
1 | <dependency> |
然后在Application类上增加@EnableHystrix来启用hystrix starter:
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配置Provider端
在Dubbo的Provider上增加@HystrixCommand配置,这样子调用就会经过Hystrix代理
1 |
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配置Consumer端
对于Consumer端,则可以增加一层method调用,并在method上配置@HystrixCommand。当调用出错时,会走到fallbackMethod = “reliable”的调用里。
1 |
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Dubbo原理
RPC原理
一次完整的RPC调用流程(同步调用,异步另说)如下:
1)服务消费方(client)调用以本地调用方式调用服务;
2)client stub接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体;
3)client stub找到服务地址,并将消息发送到服务端;
4)server stub收到消息后进行解码;
5)server stub根据解码结果调用本地的服务;
6)本地服务执行并将结果返回给server stub;
7)server stub将返回结果打包成消息并发送至消费方;
8)client stub接收到消息,并进行解码;
9)服务消费方得到最终结果。
RPC框架的目标就是要2-8[红色部分]这些步骤都封装起来,这些细节对用户来说是透明的,不可见的
Netty 通信原理
Netty是一个异步事件驱动的网络应用程序框架, 用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。它极大地简化并简化了TCP和UDP套接字服务器等网络编程。
BIO:(Blocking IO)
NIO (Non-Blocking IO)
Selector 一般称 为选择器 ,也可以翻译为 多路复用器,
Connect(连接就绪)
- Accept(接受就绪)
- Read(读就绪)
- Write(写就绪)
Netty基本原理
Dubbo原理
框架设计
config 配置层:对外配置接口,以 ServiceConfig, ReferenceConfig 为中心,可以直接初始化配置类,也可以通过 spring 解析配置生成配置类
proxy 服务代理层:服务接口透明代理,生成服务的客户端 Stub 和服务器端 Skeleton, 以 ServiceProxy 为中心,扩展接口为 ProxyFactory
registry 注册中心层:封装服务地址的注册与发现,以服务 URL 为中心,扩展接口为 RegistryFactory, Registry, RegistryService
cluster 路由层:封装多个提供者的路由及负载均衡,并桥接注册中心,以 Invoker 为中心,扩展接口为 Cluster, Directory, Router, LoadBalance
monitor 监控层:RPC 调用次数和调用时间监控,以 Statistics 为中心,扩展接口为 MonitorFactory, Monitor, MonitorService
protocol 远程调用层:封装 RPC 调用,以 Invocation, Result 为中心,扩展接口为 Protocol, Invoker, Exporter
exchange 信息交换层:封装请求响应模式,同步转异步,以 Request, Response 为中心,扩展接口为 Exchanger, ExchangeChannel, ExchangeClient, ExchangeServer
transport 网络传输层:抽象 mina 和 netty 为统一接口,以 Message 为中心,扩展接口为 Channel, Transporter, Client, Server, Codec
serialize 数据序列化层:可复用的一些工具,扩展接口为 Serialization, ObjectInput, ObjectOutput, ThreadPool