微服務(wù)必須具備的 3 個基本功能！
在我們對微服務(wù)架構(gòu)有了整體的認(rèn)識，并且具備了服務(wù)化的前提后，一個完整的微服務(wù)請求需要涉及到哪些內(nèi)容呢？
這其中包括了微服務(wù)框架所具備的三個基本功能：
- 服務(wù)的發(fā)布與引用
- 服務(wù)的注冊與發(fā)現(xiàn)
- 服務(wù)的遠(yuǎn)程通信
服務(wù)的發(fā)布與引用
首先我們面臨的第一個問題是，如何發(fā)布服務(wù)和引用服務(wù)。具體一點(diǎn)就是，這個服務(wù)的接口名是啥，有哪些參數(shù)，返回值是什么類型等等，通常也就是接口描述信息。
常見的發(fā)布和引用的方式包括:
- RESTful API / 聲明式Restful API
- XML
- IDL
一般來講，不管使用哪種方式，服務(wù)端定義接口與實(shí)現(xiàn)接口都是必要的，例如：
- @exa(id = "xxx")
- public interface testApi {
- @PostMapping(value = "/soatest/{id}")
- String getResponse(@PathVariable(value = "id") final Integer index, @RequestParam(value = "str") final String Data);
- }
- }
具體實(shí)現(xiàn)如下:
- public class testApiImpl implements testApi{
- @Override
- String getResponse(final Integer index, final String Data){
- return "ok";
- }
- }
聲明式Restful API
這種常使用HTTP或者HTTPS協(xié)議調(diào)用服務(wù)，相對來說，性能稍差。
首先服務(wù)端如上定義接口并實(shí)現(xiàn)接口，隨后服務(wù)提供者可以使用類似restEasy這樣的框架通過servlet的方式發(fā)布服務(wù)，而服務(wù)消費(fèi)者直接引用定義的接口調(diào)用。
除此之外還有一種類似feign的方式，即服務(wù)端的發(fā)布依賴于springmvc controller，框架只基于客戶端模板化http請求調(diào)用。這種情況下需接口定義與服務(wù)端controller協(xié)商一致，這樣客戶端直接引用接口發(fā)起調(diào)用即可。
XML
使用私有rpc協(xié)議的都會選擇xml配置的方式來描述接口，比較高效，例如dubbo、motan等。
同樣服務(wù)端如上定義接口并實(shí)現(xiàn)接口，服務(wù)端通過server.xml將文件接口暴露出去。服務(wù)消費(fèi)者則通過client.xml引用需要調(diào)用的接口。
但這種方式對業(yè)務(wù)代碼入侵較高，xml配置有變更時候，服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)提供者都需要更新。
IDL
IDL是接口描述語言，常用于跨語言之間的調(diào)用，最常用的IDL包括Thrift協(xié)議以及gRpc協(xié)議。例如gRpc協(xié)議使用Protobuf來定義接口，寫好一個proto文件后，利用語言對應(yīng)的protoc插件生成對應(yīng)server端與client端的代碼，便可直接使用。
但是如果參數(shù)字段非常多，proto文件會顯得非常大難以維護(hù)。并且如果字段經(jīng)常需要變更，例如刪除字段，PB就無法做到向前兼容。
一些tips
不管哪種方式，在接口變更的時候都需要通知服務(wù)消費(fèi)者。消費(fèi)者對api的強(qiáng)依賴性是很難避免的，接口變更引起的各種調(diào)用失敗也十分常見。所以如果有變更，盡量使用新增接口的方式，或者給每個接口定義好版本號吧。
在使用上，大多數(shù)人的選擇是對外Restful，對內(nèi)Xml，跨語言IDL。
一些問題
在實(shí)際的服務(wù)發(fā)布與引用的落地上，還會存在很多問題，大多和配置信息相關(guān)。例如一個簡單的接口調(diào)用超時時間配置，這個配置應(yīng)該配在服務(wù)級別還是接口級別？是放在服務(wù)提供者這邊還是服務(wù)消費(fèi)者這邊？
在實(shí)踐中，大多數(shù)服務(wù)消費(fèi)者會忽略這些配置，所以服務(wù)提供者自身提供默認(rèn)的配置模板是有必要的，相當(dāng)于一個預(yù)定義的過程。每個服務(wù)消費(fèi)者在繼承服務(wù)提供者預(yù)定義好的配置后，還需要能夠進(jìn)行自定義的配置覆蓋。
但是，比方說一個服務(wù)有100個接口，每個接口都有自身的超時配置，而這個服務(wù)又有100個消費(fèi)者，當(dāng)服務(wù)節(jié)點(diǎn)發(fā)生變更的時候，就會發(fā)生100*100次注冊中心的消息通知，這是比較可怕的，就有可能引起網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
服務(wù)的注冊與發(fā)現(xiàn)
假設(shè)你已經(jīng)發(fā)布了服務(wù)，并在一臺機(jī)器上部署了服務(wù)，那么消費(fèi)者該怎樣找到你的服務(wù)的地址呢？
也許有人會說是DNS，但DNS有許多缺陷：
- 維護(hù)麻煩，更新延遲
- 無法在客戶端做負(fù)載均衡
- 不能做到端口級別的服務(wù)發(fā)現(xiàn)
其實(shí)在分布式系統(tǒng)中，有個很重要的角色，叫注冊中心，便是用于解決該問題。
使用注冊中心尋址并調(diào)用的過程如下:
- 服務(wù)啟動時，向注冊中心注冊自身，并定期發(fā)送心跳匯報存活狀態(tài)。
- 客戶端調(diào)用服務(wù)時，向注冊中心訂閱服務(wù)，并將節(jié)點(diǎn)列表緩存至本地，再與服務(wù)端建立連接(當(dāng)然這兒可以lazy load)。發(fā)起調(diào)用時，在本地緩存節(jié)點(diǎn)列表中，基于負(fù)載均衡算法選取一臺服務(wù)端發(fā)起調(diào)用。
- 當(dāng)服務(wù)端節(jié)點(diǎn)發(fā)生變更，注冊中心能感知到后通知到客戶端。
注冊中心的實(shí)現(xiàn)主要需要考慮以下這些問題:
- 自身一致性與可用性
- 注冊方式
- 存儲結(jié)構(gòu)
- 服務(wù)健康監(jiān)測
- 狀態(tài)變更通知
一致性與可用性
一個老舊的命題，即分布式系統(tǒng)中的CAP(一致性、可用性、分區(qū)容錯性)。我們知道同時滿足CAP是不可能的，那么便需要有取舍。常見的注冊中心大致分為CP注冊中心以及AP注冊中心。
CP注冊中心
比較典型的就是zookeeper、etcd以及consul了，犧牲可用性來保證了一致性，通過zab協(xié)議或者raft協(xié)議來保證一致性。
AP注冊中心
犧牲一致性來保證可用性，感覺只能列出eureka了。eureka每個服務(wù)器單獨(dú)保存節(jié)點(diǎn)列表，可能會出現(xiàn)不一致的情況。關(guān)注公眾號Java技術(shù)棧，在后臺回復(fù)：cloud，可以獲取我整理的 Spring Cloud 系列教程，非常齊全。
從理論上來說，僅用于注冊中心，AP型是遠(yuǎn)比CP型合適的。可用性的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一致性，一致性只要保證最終一致即可，而不一致的時候還可以使用各種容錯策略進(jìn)行彌補(bǔ)。
保障高可用性其實(shí)還有很多辦法，例如集群部署或者多IDC部署等。Consul就是多IDC部署保障可用性的典型例子，它使用了wan gossip來保持跨機(jī)房狀態(tài)同步。
注冊方式
有兩種與注冊中心交互的方式，一種是通過應(yīng)用內(nèi)集成sdk，另一種則是通過其他方式在應(yīng)用外間接與注冊中心交互。Spring Boot 系列教程整理好了：https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice
應(yīng)用內(nèi)
這應(yīng)該就是最常見的方式了，客戶端與服務(wù)端都集成相關(guān)sdk與注冊中心進(jìn)行交互。例如選擇zookeeper作為注冊中心，那么就可以使用curator sdk進(jìn)行服務(wù)的注冊與發(fā)現(xiàn)。
應(yīng)用外
consul提供了應(yīng)用外注冊的解決方案，consul agent或者第三方Registrator可以監(jiān)聽服務(wù)狀態(tài)，從而負(fù)責(zé)服務(wù)提供者的注冊或銷毀。而Consul Template則可以做到定時從注冊中心拉取節(jié)點(diǎn)列表，并刷新LB配置（例如通過Nginx的upstream），這樣就相當(dāng)于完成了服務(wù)消費(fèi)者端的負(fù)載均衡。
存儲結(jié)構(gòu)
注冊中心存儲相關(guān)信息一般采取目錄化的層次結(jié)構(gòu)，一般分為服務(wù)-接口-節(jié)點(diǎn)信息。
同時注冊中心一般還會進(jìn)行分組，分組的概念很廣，可以是根據(jù)機(jī)房劃分也可以根據(jù)環(huán)境劃分。
節(jié)點(diǎn)信息主要會包括節(jié)點(diǎn)的地址(ip和端口號)，還有一些節(jié)點(diǎn)的其他信息，比如請求失敗的重試次數(shù)、超時時間的設(shè)置等等。
當(dāng)然很多時候，其實(shí)可能會把接口這一層給去掉，因為考慮到接口數(shù)量很多的情況下，過多的節(jié)點(diǎn)會造成很多問題，比如之前說的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。
服務(wù)健康監(jiān)測
服務(wù)存活狀態(tài)監(jiān)測也是注冊中心的一個必要功能。在zookeeper中，每個客戶端都會與服務(wù)端保持一個長連接，并生成一個session，在session過期周期內(nèi)，通過客戶端定時向服務(wù)端發(fā)送心跳包來檢測鏈路是否正常，服務(wù)端則重置下次session的過期時間，如果session過期周期內(nèi)都沒有檢測到客戶端的心跳包，那么就會認(rèn)為它已經(jīng)不可用了，將其從節(jié)點(diǎn)列表中移除。
狀態(tài)變更通知
在注冊中心具備服務(wù)健康檢測能力后，還需要將狀態(tài)變更通知到客戶端。在zookeeper中，可以通過監(jiān)聽器watcher的process方法來獲取服務(wù)變更。
服務(wù)的遠(yuǎn)程通信
在上面，服務(wù)消費(fèi)者已經(jīng)正確引用了服務(wù)，并發(fā)現(xiàn)了該服務(wù)的地址，那么如何向這個地址發(fā)起請求呢？要解決服務(wù)間的遠(yuǎn)程通信問題，我們需要考慮一些問題：
- 網(wǎng)絡(luò)I/O的處理
- 傳輸協(xié)議
- 序列化方式
網(wǎng)絡(luò)I/O的處理
簡單來說，就是客戶端是怎么處理請求？服務(wù)端又是怎么處理請求的？關(guān)注公眾號Java技術(shù)棧，在后臺回復(fù)：面試，可以獲取我整理的 Java 網(wǎng)絡(luò)編程系列面試題和答案，非常齊全。
先從客戶端來說，我們創(chuàng)建連接的時機(jī)可以是從注冊中心獲取到節(jié)點(diǎn)信息的時候，但更多時候，我們會選擇在第一次請求發(fā)起調(diào)用的時候去創(chuàng)建連接。此外，我們往往會為該節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個連接池，進(jìn)行連接復(fù)用。
如果是異步的情況下，我們還需要為每一個請求編號，并維護(hù)一個請求池，從而在響應(yīng)返回時找到對應(yīng)的請求。當(dāng)然這并不是必須的，很多框架會幫我們干好這些事情，比如rxNetty。
從服務(wù)端來說，處理請求的方式就可以追溯到unix的5種IO模型了。我們可以直接使用Netty、MINA等網(wǎng)絡(luò)框架來處理服務(wù)端請求，或者如果你有十分的興趣，可以自己實(shí)現(xiàn)一個通信框架。
傳輸協(xié)議
最常見的當(dāng)然是直接使用Http協(xié)議，使用雙方無需關(guān)注和了解協(xié)議內(nèi)容，方便直接，但自然性能上會有所折損。
還有就是目前比較火熱的http2協(xié)議，擁有二進(jìn)制數(shù)據(jù)、頭部壓縮、多路復(fù)用等許多優(yōu)良特性。但從自身的實(shí)踐上看，http2要走到生產(chǎn)仍有一段距離，一個最簡單的例子，升級到http2后所有的header names都變成小寫，同時不是case-insenstive了，這時候就會有兼容性問題。
當(dāng)然如果追求更高效與可控的傳輸，可以定制私有協(xié)議并基于tcp進(jìn)行傳輸。私有協(xié)議的定制需要通信雙方都了解其特性，設(shè)計上還需要注意預(yù)留好擴(kuò)展字段，以及處理好粘包分包等問題。
序列化方式
在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那昂螅夹枰诎l(fā)送端進(jìn)行編碼，在服務(wù)端進(jìn)行解碼，這樣主要是為了在網(wǎng)絡(luò)傳輸時候減少數(shù)據(jù)傳輸量。
常用的序列化方式包括文本類的，例如XML/JSON，還有二進(jìn)制類型的，例如Protobuf/Thrift等。在選擇序列化的考慮上，一是性能，Protobuf的壓縮大小和壓縮速度都會比JSON快很多，性能也更好。二是兼容性上，相對來說，JSON的前后兼容性會強(qiáng)一些，可以用于接口經(jīng)常變化的場景。
在此還是需要強(qiáng)調(diào)，使用每一種序列化都需要了解過其特性，并在接口變更的時候拿捏好邊界。例如jackson的FAIL_ON_UNKNOW_PROPERTIES屬性、kryo的CompatibleFieldSerializer、jdk序列化會嚴(yán)格比較serialVersionUID等等。
