SpringCloud实用篇1——eureka注册中心 Ribbon负载均衡原理 nacos注册中心

1 微服务

1.1 微服务的演变

单体架构：

• 将业务的所有功能集中在一个项目中开发，打成一个包部署。
• 优点：架构简单；部署成本低（打jar包、部署、负载均衡就完成了）
• 缺点：耦合度高（维护困难、升级困难，不利于大项目开发）
  

分布式架构

• 根据业务功能对系统做拆分，每个业务功能模块作为独立项目开发，称为一个服务
• 优点：降低服务耦合；有利于服务升级和拓展
• 缺点：服务调用关系错综复杂，难度大
  

分布式架构要考虑的问题：
服务拆分的粒度如何？每个服务对应唯一的业务能力。
服务集群地址如何维护？
服务之间如何调用？注册中心、消息队列
服务的调用关系如何管理？消息队列

1.2 微服务

微服务是一种经过良好架构设计的分布式架构方案 。

微服务的架构特征：

• 单一职责：微服务拆分粒度更小，每一个服务都对应唯一的业务能力，做到单一职责
• 自治：团队独立、技术独立、数据独立，独立部署和交付
• 面向服务：服务提供统一标准的接口，与语言和技术无关
• 隔离性强：服务调用做好隔离、容错、降级，避免出现级联问题
  

全球的互联网公司都在积极尝试自己的微服务落地方案。其中在Java领域国内最知名的是SpringCloud和Dubbo。

微服务技术对比：

不同企业需求：

1.3 SpringCloud

SpringCloud是目前国内使用最广泛的微服务框架。官网地址：https://spring.io/projects/spring-cloud。

SpringCloud集成了各种微服务功能组件，并基于SpringBoot实现了这些组件的自动装配，从而提供了良好的开箱即用体验。

其中常见的组件包括：
另外，SpringCloud底层是依赖于SpringBoot的，并且有版本的兼容关系，如下：

目前学习使用的版本是 Hoxton.SR10，因此对应的SpringBoot版本是2.3.x版本。
如果版本不兼容运行会报错：Error creating bean with name 'configurationPropertiesBeans' ...

1.4 小结

• 单体架构：简单方便，高度耦合，扩展性差，适合小型项目。例如：学生管理系统

• 分布式架构：松耦合，扩展性好，但架构复杂，难度大。适合大型互联网项目，例如：京东、淘宝

• 微服务：一种良好的分布式架构方案

  ①优点：拆分粒度更小、服务更独立、耦合度更低

  ②缺点：架构非常复杂，运维、监控、部署难度提高

• SpringCloud是微服务架构的一站式解决方案，集成了各种优秀微服务功能组件

2 服务拆分及远程调用

2.1 服务拆分

微服务拆分时的几个原则：

• 单一职责：不同微服务，不要重复开发相同业务
• 数据独立：不要访问其它微服务的数据库
• 面向服务：将自己的业务暴露为接口，供其它微服务调用

2.2 服务拆分案例

导入资料中的微服务cloud-demo，其结构：

注意修改自己的数据库密码

cloud-demo：父工程，管理依赖

• order-service：订单微服务，负责订单相关业务
• user-service：用户微服务，负责用户相关业务

要求：

• 订单微服务和用户微服务都必须有各自的数据库，相互独立
• 订单服务和用户服务都对外暴露Restful的接口
• 订单服务如果需要查询用户信息，只能调用用户服务的Restful接口，不能查询用户数据库

导入提供的cloud-order.sql和cloud-user.sql导入到mysql中：

tb_user：

tb_order：

运行demo，分别访问：

2.3 实现远程调用

需求：根据订单id查询订单的同时把订单所属的用户信息一起返回
根据上面的demo我们会发现在order-service服务中，有一个根据id查询订单的接口，返回的order对象中user为null
而案例需求：修改order-service中的根据id查询订单业务，要求在查询订单的同时，根据订单中包含的userId查询出用户信息，一起返回。

因此，我们需要在order-service中 向user-service发起一个http的请求，调用http://localhost:8081/user/{userId}这个接口。

大概的步骤是这样的：

• 注册一个RestTemplate的实例到Spring容器
• 修改order-service服务中的OrderService类中的queryOrderById方法，根据Order对象中的userId查询User
• 将查询的User填充到Order对象，一起返回

步骤1： 注册RestTemplate
在order-service服务中的OrderApplication启动类中，注册RestTemplate

/*** 创建RestTemplate并注入Spring容器* @return*/
@Bean
public RestTemplate restTemplate(){return new RestTemplate();
}

步骤2： 实现远程调用
修改order-service服务中的cn.itcast.order.service包下的OrderService类中的queryOrderById方法：

@GetMapping("/{orderId}")
public Order queryOrderByUserId(@PathVariable("orderId") Long orderId) {// 1.根据id查询订单Order order = orderService.queryOrderById(orderId);//2. 利用RestTemplate发送http请求，查询用户//2.1 urlString url = "http://localhost:8081/user/"+order.getUserId();//2.2 发送http请求实现远程调用User user = restTemplate.getForObject(url, User.class);//3. 封装User到Orderorder.setUser(user);//4. 返回return order;
}

restTemplate自动把json格式的数据转为了对象

测试效果：

微服务调用方式：

• 基于RestTemplate发起的http请求实现远程调用
• http请求做远程调用是与语言无关的调用，只要知道对方的ip、端口、接口路径、请求参数即可。

2.4 提供者与消费者

在服务调用关系中，会有两个不同的角色：

服务提供者：一次业务中，被其它微服务调用的服务。（提供接口给其它微服务）

服务消费者：一次业务中，调用其它微服务的服务。（调用其它微服务提供的接口）

服务A调用了服务B，而服务B又调用了服务C，服务B的角色是什么？

• 对于A调用B的业务而言：A是服务消费者，B是服务提供者
• 对于B调用C的业务而言：B是服务消费者，C是服务提供者

因此，服务B既可以是服务提供者，也可以是服务消费者。

服务提供者与服务消费者的角色并不是绝对的，而是相对于业务而言。
一个服务既可以是服务者也可以是消费者

3 Eureka注册中心

上面案例我们使用了硬编码获取了地址：

存在的问题：

• order-service在发起远程调用的时候，该如何得知user-service实例的ip地址和端口？
• 有多个user-service实例地址，order-service调用时该如何选择？
• order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康，是不是已经宕机？

3.1 Eureka的结构和作用

Eureka的作用

• 消费者该如何获取服务提供者具体信息?
  • 服务提供者启动时向eureka注册自己的信息
  • eureka保存这些信息
  • 消费者根据服务名称向eureka拉取提供者信息
• 如果有多个服务提供者,消费者该如何选择?
  • 服务消费者利用负载均衡算法，从服务列表中挑选一个
• 消费者如何感知服务提供者健康状态?
  • 服务提供者会每隔30秒向EurekaServer发送心跳请求,报告健康状态
  • eureka会更新记录服务列表信息，心跳不正常会被剔除
  • 消费者就可以拉取到最新的信息

回答上面的各个问题。

问题1：order-service如何得知user-service实例地址？

获取地址信息的流程如下：

• user-service服务实例启动后，将自己的信息注册到eureka-server（Eureka服务端）。这个叫服务注册
• eureka-server保存服务名称到服务实例地址列表的映射关系
• order-service根据服务名称，拉取实例地址列表。这个叫服务发现或服务拉取

问题2：order-service如何从多个user-service实例中选择具体的实例？

• order-service从实例列表中利用负载均衡算法选中一个实例地址
• 向该实例地址发起远程调用

问题3：order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康，是不是已经宕机？

• user-service会每隔一段时间（默认30秒）向eureka-server发起请求，报告自己状态，称为心跳
• 当超过一定时间没有发送心跳时，eureka-server会认为微服务实例故障，将该实例从服务列表中剔除
• order-service拉取服务时，就能将故障实例排除了

注意：一个微服务，既可以是服务提供者，又可以是服务消费者，因此eureka将服务注册、服务发现等功能统一封装到了eureka-client端

3.2 搭建eureka-server

步骤如下：

在cloud-demo父工程下，创建一个子Maven模块（创建eureka-server服务）：

1. 引入SpringCloud为eureka提供的starter依赖：

<!--eureka服务端-->
<dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
</dependency>

2. 给eureka-server服务编写一个启动类，一定要添加一个@EnableEurekaServer注解，开启eureka的注册中心功能

package cn.itcast.eureka;import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(EurekaApplication.class, args);}
}

3. 编写一个application.yml配置文件

server:port: 10086
spring:application:name: eurekaservice #eureka的服务名称
eureka:client:service-url:defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka #eureka的地址信息

4. 启动服务
   启动微服务，然后在浏览器访问：http://127.0.0.1:10086
   看到下面结果应该是成功了：
   
   

3.3 服务注册

我们将user-service模块注册到eureka-server中去。

1. 在user-service的pom文件中，引入下面的eureka-client依赖

<!--引入eureka客户依赖-->
<dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

2. 在user-service中，修改application.yml文件，添加服务名称、eureka地址

spring:application:name: userservice
eureka:client:service-url:defaultZone: http://127.0.0.1:10086/eureka

3. 启动多个user-service实例
   

问题解决：在idea2022中复制 configuration改变项目端口的解决方案
启动：
查看eureka-server管理页面：

3.4 服务发现

在order-service完成服务拉取

服务拉取是基于服务名称获取服务列表，然后再对服务列表做负载均衡

我们将order-service的逻辑修改：向eureka-server拉取user-service的信息，实现服务发现。

1. 引入依赖。之前说过，服务发现、服务注册统一都封装在eureka-client依赖，因此这一步与服务注册时一致。
2. 配置文件。服务发现也需要知道eureka地址，因此第二步与服务注册一致，都是配置eureka信息
3. 服务拉取和负载均衡
   最后，我们要去eureka-server中拉取user-service服务的实例列表，并且实现负载均衡。
   在order-service的OrderApplication中，给RestTemplate这个Bean添加一个@LoadBalanced注解
   
   修改order-service服务中的cn.itcast.order.service包下的OrderService类中的queryOrderById方法。修改访问的url路径，用服务名代替ip、端口：
   
   spring会自动帮助我们从eureka-server端，根据userservice这个服务名称，获取实例列表，而后完成负载均衡。
   

4 Ribbon负载均衡

问题：上一节中，我们添加了@LoadBalanced注解，即可实现负载均衡功能，这是什么原理呢？

4.1 负载均衡原理

SpringCloud底层其实是利用了一个名为Ribbon的组件，来实现负载均衡功能的。

问题：发出的请求明明是http://userservice/user/1，如何变成http://localhost:8081的呢？

4.2 源码分析

为什么我们只输入了service名称就可以访问了呢？之前还要获取ip和端口。

显然有人帮我们根据service名称，获取到了服务实例的ip和端口。它就是LoadBalancerInterceptor，这个类会在对RestTemplate的请求进行拦截，然后从Eureka根据服务id获取服务列表，随后利用负载均衡算法得到真实的服务地址信息，替换服务id。

我们通过断点调试进行源码跟踪：

LoadBalancerIntercepor

可以看到这里的intercept方法，拦截了用户的HttpRequest请求，然后做了几件事：

• request.getURI()：获取请求uri，本例中就是 http://user-service/user/8
• originalUri.getHost()：获取uri路径的主机名，其实就是服务id，user-service
• this.loadBalancer.execute()：处理服务id，和用户请求。

这里的this.loadBalancer是LoadBalancerClient类型，我们继续跟入。

LoadBalancerClient

继续跟入execute方法：

• getLoadBalancer(serviceId)：根据服务id获取ILoadBalancer，而ILoadBalancer会拿着服务id去eureka中获取服务列表并保存起来。
• getServer(loadBalancer)：利用内置的负载均衡算法，从服务列表中选择一个。本例中，可以看到获取了8082端口的服务

放行后，再次访问并跟踪，发现获取的是8081：

实现了负载均衡。

负载均衡策略IRule

在刚才的代码中，可以看到获取服务使通过一个getServer方法来做负载均衡:

继续跟入：

继续跟踪源码chooseServer方法，发现这么一段代码：

我们看看这个rule是谁：

这里的rule默认值是一个RoundRobinRule，看类的介绍：

RoundRobin：轮询。也就是实现了负载均衡

总结

SpringCloudRibbon的底层采用了一个拦截器，拦截了RestTemplate发出的请求，对地址做了修改。

基本流程如下：

• 拦截我们的RestTemplate请求http://userservice/user/1
• RibbonLoadBalancerClient会从请求url中获取服务名称，也就是user-service
• DynamicServerListLoadBalancer根据user-service到eureka拉取服务列表
• eureka返回列表，localhost:8081、localhost:8082
• IRule利用内置负载均衡规则，从列表中选择一个，例如localhost:8081
• RibbonLoadBalancerClient修改请求地址，用localhost:8081替代userservice，得到http://localhost:8081/user/1，发起真实请求

4.3 负载均衡策略

负载均衡的规则都定义在IRule接口中，而IRule有很多不同的实现类：

不同规则的含义：

默认的实现就是ZoneAvoidanceRule，是一种轮询方案

通过自定义IRule实现可以修改负载均衡规则，有两种方式：
方式一：代码方式：在order-service中的OrderApplication类中，定义一个新的IRule（所有的服务都执行）

@Bean
public IRule randomRule(){return new RandomRule();
}

方式二：配置文件方式：在order-service的application.yml文件中，添加新的配置也可以修改规则（针对某个服务）

userservice: # 给某个微服务配置负载均衡规则，这里是userservice服务ribbon:NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule # 负载均衡规则 

注意：一般用默认的负载均衡规则，不做修改。

4.4 饥饿加载

Ribbon默认是采用懒加载，即第一次访问时才会去创建LoadBalanceClient，请求时间会很长。
而饥饿加载则会在项目启动时创建，降低第一次访问的耗时，通过下面配置开启饥饿加载：

ribbon:eager-load:enabled: trueclients: userservice# 如果有多个使用这种写法# clients:#  - userservice#  - xxxxservice

5 Nacos注册中心

国内公司一般都推崇阿里巴巴的技术，比如注册中心，SpringCloudAlibaba也推出了一个名为Nacos的注册中心。

5.1.认识和安装Nacos

Nacos是阿里巴巴的产品，现在是SpringCloud中的一个组件。相比Eureka功能更加丰富，在国内受欢迎程度较高。

在Nacos的GitHub页面，提供有下载链接，可以下载编译好的Nacos服务端或者源代码：
GitHub主页GitHub的Release下载页

5.1.1 Windows下安装Nacos

下载后解压到一个非中文路径下：

1. 端口配置
   acos的默认端口是8848，如果你电脑上的其它进程占用了8848端口，请先尝试关闭该进程。如果无法关闭占用8848端口的进程，也可以进入nacos的conf目录，修改配置文件中的端口：
   

2. 启动
   进入bin目录，结构如下：
   
   然后执行命令：startup.cmd -m standalone
   执行成功后：
   

3. 访问
   启动后，在浏览器输入地址：http://127.0.0.1:8848/nacos即可，默认账号和密码都是nacos
   

5.1.2 Linux下安装Nacos

1. 安装JDK
   Nacos依赖于JDK运行，所以Linux上也需要安装JDK才行。
   
   上传到某个目录，例如：/usr/local/，

然后解压缩：

tar -xvf jdk-8u144-linux-x64.tar.gz

然后重命名为java
配置环境变量：

export JAVA_HOME=/usr/local/java
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

设置环境变量：

source /etc/profile

2. 上传安装包
   上传到Linux服务器的某个目录，例如/usr/local/src目录下：
   
3. 解压

命令解压缩安装包：

tar -xvf nacos-server-1.4.1.tar.gz

然后删除安装包：

rm -rf nacos-server-1.4.1.tar.gz

4. 端口配置

与windows中类似

5. 启动，在nacos/bin目录中，输入命令启动Nacos：

sh startup.sh -m standalone

5.2 服务注册到nacos

Nacos是SpringCloudAlibaba的组件，而SpringCloudAlibaba也遵循SpringCloud中定义的服务注册、服务发现规范。因此使用Nacos和使用Eureka对于微服务来说，并没有太大区别。

主要差异在于：

• 依赖不同
• 服务地址不同

1. 引入依赖
   在cloud-demo父工程的pom文件中的<dependencyManagement>中引入SpringCloudAlibaba的依赖：

<dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId><version>2.2.6.RELEASE</version><type>pom</type><scope>import</scope>
</dependency>

然后在user-service和order-service中的pom文件中引入nacos-discovery依赖：

<dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>

2. 配置nacos
   在user-service和order-service的application.yml中添加nacos地址：

spring:cloud:nacos:server-addr: localhost:8848

3. 重启
   重启微服务后，登录nacos管理页面，可以看到微服务信息：
   
   

5.3 服务分级存储模型

一个服务可以有多个实例，例如我们的user-service，可以有:

• 127.0.0.1:8081
• 127.0.0.1:8082
• 127.0.0.1:8083

假如这些实例分布于全国各地的不同机房，例如：

• 127.0.0.1:8081，在上海机房
• 127.0.0.1:8082，在上海机房
• 127.0.0.1:8083，在杭州机房

Nacos就将同一机房内的实例 划分为一个集群。

也就是说，user-service是服务，一个服务可以包含多个集群，如杭州、上海，每个集群下可以有多个实例，形成分级模型，如图：

微服务互相访问时，应该尽可能访问同集群实例，因为本地访问速度更快。当本集群内不可用时，才访问其它集群。例如：

杭州机房内的order-service应该优先访问同机房的user-service。

5.3.1 给user-service配置集群

修改user-service的application.yml文件，添加集群配置：

spring:cloud:nacos:server-addr: localhost:8848discovery:cluster-name: HZ # 集群名称

重启两个user-service实例后，我们可以在nacos控制台看到下面结果：

再次复制一个user-service启动配置，添加属性：

启动UserApplication3后再次查看nacos控制台：

5.3.2 同集群优先的负载均衡

默认的ZoneAvoidanceRule并不能实现根据同集群优先来实现负载均衡。因此Nacos中提供了一个NacosRule的实现，可以优先从同集群中挑选实例。

1）给order-service配置集群信息，修改order-service的application.yml文件，添加集群配置：

spring:cloud:nacos:server-addr: localhost:8848discovery:cluster-name: HZ # 集群名称

2）修改负载均衡规则，修改order-service的application.yml文件，修改负载均衡规则：

userservice:ribbon:NFLoadBalancerRuleClassName: com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule # 负载均衡规则 

5.4 权重配置

实际部署中会出现这样的场景：
服务器设备性能有差异，部分实例所在机器性能较好，另一些较差，我们希望性能好的机器承担更多的用户请求。
但默认情况下NacosRule是同集群内随机挑选，不会考虑机器的性能问题。
因此，Nacos提供了权重配置来控制访问频率，权重越大则访问频率越高。
在nacos控制台，找到user-service的实例列表，点击编辑，即可修改权重：

如果权重修改为0，则该实例永远不会被访问

5.5 环境隔离

Nacos提供了namespace来实现环境隔离功能。

• nacos中可以有多个namespace
• namespace下可以有group、service等
• 不同namespace之间相互隔离，例如不同namespace的服务互相不可见
  

5.5.1 创建namespace

默认情况下，所有service、data、group都在同一个namespace，名为public：

我们可以点击页面新增按钮，添加一个namespace

如果不设置id则通过uuid自动生成

就能在页面看到一个新的namespace：

5.5.2 给微服务配置namespace

给微服务配置namespace只能通过修改配置来实现。
例如，修改order-service的application.yml文件：

spring:cloud:nacos:server-addr: localhost:8848discovery:cluster-name: HZnamespace: 492a7d5d-237b-46a1-a99a-fa8e98e4b0f9 # 命名空间，填ID

此时访问order-service，因为namespace不同，会导致找不到userservice，控制台会报错：

5.6.Nacos与Eureka的区别

Nacos的服务实例分为两种l类型：

• 临时实例：如果实例宕机超过一定时间，会从服务列表剔除，默认的类型。
• 非临时实例：如果实例宕机，不会从服务列表剔除，也可以叫永久实例。
  配置一个服务实例为永久实例：

spring:cloud:nacos:discovery:ephemeral: false # 设置为非临时实例

Nacos和Eureka整体结构类似，服务注册、服务拉取、心跳等待，但是也存在一些差异：

• Nacos与eureka的共同点

  • 都支持服务注册和服务拉取
  • 都支持服务提供者心跳方式做健康检测

• Nacos与Eureka的区别

  • Nacos支持服务端主动检测提供者状态：临时实例采用心跳模式，非临时实例采用主动检测模式
  • 临时实例心跳不正常会被剔除，非临时实例则不会被剔除
  • Nacos支持服务列表变更的消息推送模式，服务列表更新更及时
  • Nacos集群默认采用AP方式，当集群中存在非临时实例时，采用CP模式；Eureka采用AP方式