基於ZooKeeper，Spring設計實現的引數系統

 一、簡介

  基於ZooKeeper服務端、ZooKeeper Java客戶端以及Spring框架設計的用於系統內部進行引數維護的系統。

二、設計背景

  在我們日常開發的系統內部，開發過程中最常見的一項工作便是常用引數的維護，從我學習Java以來，引數的配置多樣化，最常見的方式是properties配置檔案或者是xml配置檔案，高深點的用法是JMX MBean進行引數管理以及資料庫引數配置。我們對現有的引數配置方式進行分析，詳見下表：

配置方式	常見問題	備註
程式碼內字元竄字面量配置	每次引數的修改都需要重新編譯
properties配置檔案/xml配置檔案	普通用法雖然將引數從程式碼內抽離出來，但是無法隨時更新生效	Spring提供的ReloadableResourceBundleMessageSource工具類可以實現熱載入Properties檔案，將引數配置檔案從程式碼分離可以做到不停機不重啟做引數維護，並被程式載入，但是仍需系統重新從檔案資源內獲取新的引數值
JMX引數配置	標準MBEAN是有侵入性的，他要管理的物件是符合JAVA BEAN規範的物件。但是要作為標準MBEAN而被管理，就需要實現一個介面。這個介面的名稱必須是類名加上MBean。	Spring支援將普通Bean通過配置MBeanExporter生成MBean
資料庫引數配置	需要從資料庫內載入引數，每次引數的使用需要連線資料庫進行資料庫查詢。後來出現了程式碼快取資料庫引數，在一次使用後將引數資訊放置快取內，但是這種做法無法感知資料庫引數的變化。	程式碼快取資料庫引數方式，可以新增程式碼設計用於重新整理快取引數，從庫內重新讀取放置快取內，也不失為一種方便的引數管理。

  基於上述各類引數配置分析，一番思考設想，設計出如下結構的[引數中心繫統]（詳細設計連結）,設計說明檢視下一節：

  

三、系統設計說明

  引數中心繫統，顧名思義，主要是將引數集中化，在實際開發中，一個業務的實現需要幾個甚至數十個模組聯合完成，每個模組都需要進行引數的更新維護，一個模組的引數更新設計缺陷，在進行引數維護時，就可能導致某個業務的中斷，故需要將多引數管理統一化管理；統一化的引數管理方式，便可能涉及到了引數資料的統一儲存，統一之後便出現了效能瓶頸需求，不然所有雞蛋裝一個籃子裡，一出問題全部碎掉；在集中化後，各個模組有自己的引數，有些引數可能僅限單個系統訪問，便需要安全的引數訪問方式；在引數使用過程中，常見的功能之一便是引數的實時維護；在專案投產過程中，經常因為引數配置問題比如配置錯誤等情況導致業務中斷，故需要一個引數檢查表來確認引數的正確性；引數管理整合後，需要方便的操作來實現管理功能。概括一下，引數中心繫統需要滿足以下技術需求：

• 多系統、多模式、安全、動態維護的引數配置
• 個性化話引數配置（普通字元竄，JSON字元竄，陣列竄）
• 低侵入
• 快捷的引數匯入匯出功能
• 便捷的管理方式
• 上線引數檢查表，用於上線時各類引數的檢查，防止出錯
• 高可用
• 安全控制

  根據上述分析，設計之初，思考如何實現多系統多模式的引數儲存，雖然一直知道ZooKeeper這個東西，但從未詳細瞭解過，偶然機會大致學習了一下ZooKeeper，發現ZooKeeper的各類機制與引數中心繫統設計相吻合，比如：多系統多模式的引數儲存與ZooKeeper的目錄型儲存方式相似，檢視下面圖3-1展示；引數的安全方式認證與ZooKeeper的ACL機制吻合；引數實時維護可以借鑑ZooKeeper的Watcher機制；引數中心繫統的高效能高可用設計與ZooKeeper的叢集方式相吻合。這樣下來，引數中心繫統最大的問題引數儲存模組服務端得到了完美的解決。接下來的便是基於ZooKeeper設計出對應的客戶端，管理端。

圖3-1 基於ZooKeeper的引數儲存

  Java應用端常用的技術之一便是Spring框架，也符合低侵入的設計原則，在使用Spring開發過程中，常用的功能之一便是使用${}引用properties配置檔案內的引數，如此方便的引數配置方式，我決定使用類似的方式，配置方式為zk{}（zk表示ZooKeeper引數），故客戶端的設計是基於Spring的設計。

四、系統技術組合

  ZooKeeper叢集 + ZooKeeper Java客戶端 + Spring BeanFactoryPostProcessor擴充套件點 + JSON字元竄解析 + Spring SpEL表示式

五、設計實現（重點）

  根據上述設計說明等資訊，最後得出這樣一個系統，基於ZooKeeper引數儲存，Spring客戶端使用zk{}進行引數配置的引數中心繫統。

• 服務端

  服務端設計如3-1圖所示（在實際開發過程中可能稍有變動）

• 客戶端（重點）

  在進行引數中心繫統客戶端實現之前，我們先了解一點Spring框架的基礎知識。

  在Spring框架開發過程中，最常用的配置是<bean/>標籤的使用，在工作中，最常聽的一種說法是，在xml裡配置上就可以使用bean了，就有物件了，這種理解潛在一層含義xml直接配置成了java bean，而實際上，Spring中bean的定義最終表現為BeanDefinition物件，個人理解為xml實際配置的是bean的說明資訊，Spring將這些說明資訊轉換為了BeanDefinition物件，再由BeanDefinition生成了我們最終看到的bean，實際流程為[xml配置->BeanDefinition->Bean]而一般開發者不知道BeanDefinition，故理解含義成了[xml配置->Bean]，中間缺少了重要的環節。在BeanDefinition到Bean這個過程中，Spring由BeanFactory生成實際的bean，在實際bean產生前，Spring提供了BeanFactoryPostProcessor擴充套件點（類似還有BeanPostProcessor），通過該擴充套件點可以獲取到配置的BeanDefinition資訊，用於自定義擴充套件對bean定義變更修改，實現自由控制。

  Spring允許開發者實現自定義的擴充套件點，實現特定的介面，使用通用的配置即可註冊一個擴充套件點到Spring容器內。詳細學習參考https://docs.spring.io/spring/docs/4.3.19.RELEASE/spring-framework-reference/htmlsingle/#beans-factory-nature。

  引數中心繫統引數的配置實現參考了Spring的${}引數配置，我們對${}的實現做簡單學習。${}的實現便使用了Spring擴充套件點BeanFactoryPostProcessor，開發中常見配置如下：

  

  

  上圖中採用了context:property-placeholder標籤配置，根據Spring context的xsd說明檔案，我們知道了property-placeholder對應的實際類為org.springframework.context.support.PropertySourcesPlaceholderConfigurer，context:property-placeholder配置實際為在spring容器內註冊一個擴充套件點，實現${}表示式的解析。實現類圖以及呼叫流程大致如下，再詳細過程檢視原始碼，(有句話叫做師傅領進門，修行在個人)：

  引數中心繫統客戶端的實現程式碼與上述實現類似，不同的是properties配置檔案變成了ZooKeeper引數儲存，${}變成了zk{}。

  客戶端專案名稱：itwatertop-pczk-client

• 管理端

  基於H5的管理頁面設計，詳細情況還未設想（先實現了主要的服務端客戶端，管理端暫時可以使用ZooKeeper的客戶端）。 

六、客戶端設計原始碼

  客戶端程式結構如下：

  檔案說明：

• BaseLoader.java 資料載入基類
• ZookeeperDataLoader.java Java ZooKeeper客戶端實現資料載入，引數更新回撥。
• PlaceholderMsg.java zk{zkexp} zk配置表示式解析結果，以及使用該表示式的bean屬性獲取SpEL表示式。
• ParamCenterStore.java 對ZooKeeper引數服務端獲取的引數資訊做快取，並且將對應的使用該引數的Bean屬性表示式統計，方便ZooKeeper引數變更時回撥使用。
• PczkConstants.java 系統內常量字元竄整合。
• PczkStringValueResolver.java 表示式解析統一介面
• PczkPropertyPlaceholderConfiguer.java 實現Spring擴充套件點BeanFactoryPostProcessor，通過該擴充套件點對BeanDefinition配置元資訊做解析以及變更。
• PropertyPlaceholderHelper.java 具體實現zk{}表示式解析規則。
• PczkBeanDefinitionVisitor.java 對Spring IoC容器內的BeanDefinition屬性配置資訊做解析，主要結合PczkPropertyPlaceholderConfiguer.java使用。
• test目錄下包含一部分測試程式碼，可以自行檢視

  客戶端程式碼實現簡介：

  根據上述需求，客戶端程式碼需要具備的能力包括：

1. 與ZooKeeper伺服器的連通，並獲取引數資訊
2. Spring xml中zk{}表示式的解析
3. 多樣化的引數配置，支援字元竄，物件，陣列
4. ZooKeeper引數變更回撥，維護引數資訊

  針對上面4種要求，在開發時使用以下解決辦法：

1. 使用ZooKeeper Java客戶端；
2. 結合Spring的擴充套件點BeanFactoryPostProcessor；
3. 在ZooKeeper服務端節點內設定資料時設定字元竄/JSON物件字元竄或者是JSON陣列字元竄，客戶端使用資料時分別配置為zk{param},zk{param.key},zk{param[i]}，通過對zk{}表示式解析判斷ZooKeeper引數格式，若為JSON字元竄使用FastJSON對字元竄做解析，訪問對應屬性值；
4. 針對引數變更回撥，在解析zk{}表示式時拼接出了可以訪問到對應bean屬性的SpEL表示式，通過SpEL表示式訪問bean屬性呼叫setter方法，因此屬性操作也受到SpEL表示式的限制。在個別情況下，由於引數的變更可能需要別的一下操作處理，比如重新建立連線，這個可以自行擴充套件程式碼，比如比較上一次的值和當前值是否一致，不一致做出新的操作（現在也在設想怎麼可以自動識別進行額外操作）。

  客戶端詳細實現原始碼下載：訪問GitHub專案（註釋還是比較清晰的）

七、說明

  本人技術有限，上述有錯誤的理解歡迎指出，共同交流學習，若對上述說明不瞭解，建議先學習一點Spring IoC設計，學習地址：https://docs.spring.io/spring/docs/4.3.19.RELEASE/spring-framework-reference/htmlsingle，若對於客戶端的設計有好的建議可以提出來，共同討論。

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