Spring Cloud Alibaba微服務生態的基礎實踐

智慧zhuhuix發表於2020-09-16
SpringCloud微服務

目錄

一、背景

  • 身為Java程式設計師，微服務是必須要掌握的一種架構。Spring Cloud作為提供微服務架構的完整技術生態鏈，給我們提供了非常多的框架與元件。其中的重要成員Spring Cloud Netflix也形成了一系列的技術棧：包括服務註冊與發現（Eureka），斷路器（Hystrix），智慧路由（Zuul）和客戶端負載平衡（Ribbon）等。
  • 但不幸的是Spring Cloud Netflix的技術棧相繼宣佈進行維護階段：
    在這裡插入圖片描述
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二、初識Spring Cloud Alibaba

  • 做為國內網際網路大廠的阿里巴巴，在開源領域的成就有目共睹。
  1. 2016 年，阿里全面擁抱 Spring Boot；
  2. 2017 年 12 月，Spring Cloud Alibaba 立項並順利進入 Spring Cloud 孵化器。
  3. 2019 月 10 月 3 日，Spring Cloud Alibaba 正式 "掛牌" Spring 官方。
    關於Spring Cloud Alibaba的孵化過程具體可參考：《Spring Cloud Alibaba 從孵化到 "掛牌" 之旅》

同 Spring Cloud 一樣，Spring Cloud Alibaba 也是一套微服務解決方案，包含開發分散式應用微服務的必需元件，方便開發者通過 Spring Cloud 程式設計模型輕鬆使用這些元件來開發分散式應用服務。
（圖片來源：阿里云云棲號）圖片來源阿里云云棲號​

  • 做為微服務生態圈中冉冉升起的一顆新星，我們有理由去了解並掌握Spring Cloud Alibaba的各個技術棧。本文也將通過專案工程演練的方式對Spring Cloud Alibaba中的服務治理元件Nacos與高可用防護元件Sentinel進行基礎實踐。

三、Nacos的基礎實踐

  • 在2018年 6 月份 Aliware 技術行上海站 Dubbo 開發者沙龍上，阿里巴巴高階技術專家郭平 (坤宇) 宣佈了阿里巴巴的一個新開源專案 Nacos。

Nacos 支援幾乎所有主流型別的“服務”的發現、配置和管理：

  1. Kubernetes Serviceg
  2. RPC & Dubbo RPC Service
  3. Spring Cloud RESTful Service
    Nacos生態圖(來自Nacos官網)來自Nacos官網

3.1 安裝Nacos並啟動服務

  • 獲取Nacos安裝檔案並進行解壓
# 下載nacos最新版
 wget https://github.com/alibaba/nacos/releases/download/1.3.2/nacos-server-1.3.2.tar.gz
# 解壓檔案
 tar -xvf  nacos-server-1.3.2.tar.gz
# 通過nacos-mysql.sql指令碼建立資料庫
 cd nacos/conf
 vim nacos-mysql.sql
  • 建立Nacos配置資料庫
 /******************************************/
/*   資料庫全名 = nacos_config   */
/*   表名稱 = config_info   */
/******************************************/
CREATE TABLE `config_info` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'id',
  `data_id` varchar(255) NOT NULL COMMENT 'data_id',
  `group_id` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `content` longtext NOT NULL COMMENT 'content',
  `md5` varchar(32) DEFAULT NULL COMMENT 'md5',
  `gmt_create` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '建立時間',
  `gmt_modified` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改時間',
  `src_user` text COMMENT 'source user',
  `src_ip` varchar(20) DEFAULT NULL COMMENT 'source ip',
  `app_name` varchar(128) DEFAULT NULL,
  `tenant_id` varchar(128) DEFAULT '' COMMENT '租戶欄位',
  `c_desc` varchar(256) DEFAULT NULL,
  `c_use` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `effect` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `type` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `c_schema` text,
  PRIMARY KEY (`id`),
...

在這裡插入圖片描述

  • 修改配置檔案
 cd nacos/conf
 # 編輯配置檔案
 vim application.properties

#*************** Spring Boot Related Configurations ***************#
### Default web context path:
server.servlet.contextPath=/nacos
### Default web server port:
server.port=8848

#*************** Network Related Configurations ***************#
### If prefer hostname over ip for Nacos server addresses in cluster.conf:
# nacos.inetutils.prefer-hostname-over-ip=false

### Specify local server's IP:
# nacos.inetutils.ip-address=


#*************** Config Module Related Configurations ***************#
### If use MySQL as datasource:
 spring.datasource.platform=mysql

### Count of DB:
 db.num=1

### Connect URL of DB:
 db.url.0=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/nacos_config?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true&useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=UTC
 db.user=root
 db.password=root
  • 執行nacos
cd nacos/bin
# 單機執行
sh startup.sh -m standalone
  • 登入nacos控制檯
    在這裡插入圖片描述

3.2 建立微服務並向Nacos註冊服務

  • 建立微服務工程專案
    在這裡插入圖片描述
    在這裡插入圖片描述

  • 勾選Nacos Service Discovery依賴
    在這裡插入圖片描述

  • 開啟pom.xml，下載依賴

<?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 https://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>2.2.9.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>nacos.democonsumer</groupId>
    <artifactId>sentinel</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>sentinel</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
        <spring-cloud-alibaba.version>2.2.1.RELEASE</spring-cloud-alibaba.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>
    </dependencies>

    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud-alibaba.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>
  • 設定專案配置檔案：application.yml
# 埠
server:
  port: 8083

spring:
  application:
    name: goods-service
  cloud:
    # nacos服務註冊
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
  • 通過 Spring Cloud Alibaba原生註解 @EnableDiscoveryClient 開啟服務註冊發現功能
// 通過 Spring Cloud 原生註解 @EnableDiscoveryClient 開啟服務註冊發現功能
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(DemoServiceApplication.class, args);
    }

}
  • 建立HTTP介面的商品資訊微服務,模擬返回商品列表
/**
 * 商品資訊微服務-模擬返回商品列表
 */
@RestController
@RequestMapping("api/goods")
public class GoodsService {
    public static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(GoodsService.class);
    // 返回商品列表
    @GetMapping
    public List<Goods> getAllGoods(HttpServletRequest httpServletRequest) {
        List<Goods> goods = new ArrayList<>();
        goods.add(new Goods("電腦", 10));
        goods.add(new Goods("手機", 20));
        goods.add(new Goods("書籍", 30));
        logger.info("服務被呼叫:"+httpServletRequest.getRequestURI());
        return goods;
    }

}
  • 啟動微服務程式
    在這裡插入圖片描述
  • 檢視Nacos控制檯的服務中心列表，可以看到商品資訊微服務已在Nacos註冊成功
    在這裡插入圖片描述

3.3 建立微服務消費者進行服務呼叫

  • 仿照以上3.2小節建立微服務提供者步驟，建立服務消費者工程專案；
  • 開啟pom.xml，下載依賴
...
 <!-- 加入Nacos Discovery Client 依賴 -->
  		<dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
        </dependency>
...
  • 專案配置：application.yml
# 埠
server:
  port: 8090
# Spring配置
spring:
  application:
    name: user-consumer
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
        enabled: true

# 呼叫微服務超時時間設定
ribbon:
  ConnectTimeout: 5000
  ReadTimeout: 5000

# feign日誌以什麼級別監控哪個介面
logging:
  level:
    nacos.democonsumer.GoodService : debug
# 商品微服務地址
service：
  url=http://goods-service/
  • 通過 Spring Cloud Alibaba原生註解 @EnableDiscoveryClient 開啟服務發現功能，並向Spring註冊一個RestTemplate Bean
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoConsumerApplication {

    // 向Spring註冊一個RestTemplate Bean
    @Bean
    // 負載均衡
    @LoadBalanced
    RestTemplate restTemplate(){
        return new RestTemplate();
    }

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoConsumerApplication.class, args);
    }
}
  • 建立Restful測試介面，通過該測試介面可發現並呼叫Nacos中註冊的商品資訊微服務
/**
 * 使用者消費者--呼叫nacos服務中心的商品資訊微服務，並對外提供RestFul介面測試
 */
@RestController
@RequestMapping("user/")
public class UserConsumer {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @Value("${service.url}")
    private String url;

    @GetMapping("/goods")
    public User getUserGoods() {
        User user = new User();
        // 呼叫商品微服務
        Object response = restTemplate.getForEntity(url + "api/goods", Object.class).getBody();
        try {
            user.setName("jack");
            user.setGoods((List<GoodsDTO>) response);
        } catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
        return user;
    }
}
  • 執行服務消費者程式，並開啟HttpClient工具進行測試
    在這裡插入圖片描述

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3.4 Nacos小結

  • Spring Cloud Alibaba 的Nacos元件可以完美取代Eureka做為微服務發現及註冊的基礎框架。
  • 通過Nacos特性大圖中，我們還可以瞭解到，Nacos除了服務發現的框架，還能做到配置管理，DNS服務等功能。
    在這裡插入圖片描述

四、Sentinel的基礎實踐

在這裡插入圖片描述

4.1 安裝Sentinel監控

 # 下載服務端
 wget https://github.com/alibaba/Sentinel/releases/download/v1.8.0/sentinel- dashboard-1.8.0.jar
 # 啟動服務（預設埠為8080）
 java -jar sentinel-dashboard-1.8.0.jar
  • 登入控制檯，預設使用者名稱與密碼為sentinel
    在這裡插入圖片描述
    在這裡插入圖片描述

4.2 通過Sentinel對微服務提供方進行流量控制

  • 對原有商品資訊微服務提供者增加Sentinel依賴
<project>
		...
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
        </dependency>
        ...
</project>
  • 修改專案配置檔案application.yml增加Sentinel控制檯地址
server:
  port: 8083

spring:
  application:
    name: goods-service
  cloud:
    # nacos服務註冊
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
    # sentinel服務
    sentinel:
      transport:
        dashboard: 172.16.109.118:8080

  • 執行微服務程式，通過Nacos控制檯觀察微服務註冊資訊
    在這裡插入圖片描述

  • 我們再通過HttpClient工具訪問一下微服務的Api埠，並進入Sentinel控制檯進行監控：在控制檯中，我們發現了服務名稱，及該服務下的各種規則設定選單。
    在這裡插入圖片描述

4.2.1 通過JMeter模擬高併發流量

  • 設定20000個併發請求
    在這裡插入圖片描述

  • 設定HTTP請求地址：
    在這裡插入圖片描述

  • 設定報告輸出
    在這裡插入圖片描述

  • 啟動JMeter，觀察Sentinel控制檯,可以看到QPS的實時狀況。
    在這裡插入圖片描述

4.2.2 設定流控規則進行流量控制

  • 對Sentinel控制檯中服務的資源增加流量控制規則
    在這裡插入圖片描述
  • 給微服務介面的QPS設定閾值
    在這裡插入圖片描述
    在這裡插入圖片描述
  • 再次啟動JMeter進行高併發測試，在控制檯中進行觀察，可以看到服務介面的QPS被限制在閾值以下。
    在這裡插入圖片描述
  • JMeter結果列表中可以觀察到異常資訊。
    在這裡插入圖片描述

4.2.3 設定降級規則進行流量控制

  • 對Sentinel控制檯中服務的資源增加熔斷降級規則
    在這裡插入圖片描述

慢呼叫比例 (SLOW_REQUEST_RATIO)：選擇以慢呼叫比例作為閾值，需要設定允許的慢呼叫 RT（即最大的響應時間），請求的響應時間大於該值則統計為慢呼叫。當單位統計時長（statIntervalMs）內請求數目大於設定的最小請求數目，並且慢呼叫的比例大於閾值，則接下來的熔斷時長內請求會自動被熔斷。經過熔斷時長後熔斷器會進入探測恢復狀態（HALF-OPEN 狀態），若接下來的一個請求響應時間小於設定的慢呼叫 RT 則結束熔斷，若大於設定的慢呼叫 RT 則會再次被熔斷。
在這裡插入圖片描述

  • 在實時監控介面可以看到請求被拒絕，證明熔斷降級規則生效
    在這裡插入圖片描述
  • 在JMeter結果表格中也出現了大量失敗的呼叫請求
    在這裡插入圖片描述

4.3 通過Sentinel對微服務呼叫方進行流量控制

  • Sentinel流程控制元件除了可以在微服務端進行必要的流量控制外，也可以在服務呼叫方的客戶端進行控。，
  • 微服務呼叫方加入OpenFeign元件
<-- pom.xml -->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.springframework.cloud/spring-cloud-starter-openfeign -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
            <version>2.2.5.RELEASE</version>
        </dependency>
  • 專案配置
server:
  port: 8090

spring:
  application:
    name: user-consumer
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
        # sentinel服務
    sentinel:
      transport:
        dashboard: 172.16.109.118:8080


# 呼叫微服務超時時間設定
ribbon:
  ConnectTimeout: 5000
  ReadTimeout: 5000


# feign日誌以什麼級別監控哪個介面
logging:
  level:
    nacos.democonsumer.GoodService : debug

# 啟用sentinel
feign:
  sentinel:
    enabled: true
  • 主啟動類增加註解
/**
 * 主啟動類
 */
 // 啟用Feign元件
@EnableFeignClients
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoConsumerApplication {
    
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoConsumerApplication.class, args);
    }
}
  • 參照Nacos中註冊的服務名，在服務呼叫者程式中對映微服務介面， 並通過@FeignClient呼叫微服務，同時定義服務熔斷時如何處理(fallback)
    在這裡插入圖片描述
/**
 * 對映商品微服務介面
 */
@Component
// 增加服務容錯處理,指定服務熔斷時處理的類名
@FeignClient(value="goods-service",fallback =FallBackService.class )
public interface GoodService {

    @GetMapping(value="/api/goods")
    List<GoodsDTO> getGoods();

}

/**
 * 服務熔斷處理：返回空值
 */
@Component
public class FallBackService implements GoodService {
    private final static Logger logger= LoggerFactory.getLogger(FallBackService.class) ;

    @Override
    public List<GoodsDTO> getGoods() {
        logger.info("服務已熔斷...");
        return new ArrayList<>();
    }
}
  • 服務呼叫者呼叫程式無需變化
/**
 * 使用者消費者--呼叫nacos服務中心的商品服務，並對外提供RestFul介面測試
 */
@RestController
@RequestMapping("user/")
public class UserConsumer {
	// 注入商品微服務接品
    @Autowired
    private GoodService goodService;

    @GetMapping("/goods")
    public User getUserGoods() {
        User user = new User();
        // 通過GoodsService介面呼叫商品微服務
        try {
            List<GoodsDTO> goods = goodService.getGoods();
            user.setName("jack");
            user.setGoods(goods);
        } catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
        return user;
    }

}

  • 接下來啟動微服務呼叫者，通過HttpClient工具進行測試，呼叫正常
    在這裡插入圖片描述

  • 進入到Sentinel控制檯，同樣可以看到消費者的Api介面
    在這裡插入圖片描述

4.3.1 對服務呼叫者中的服務提供方進行流量控制

  • 對Sentinel控制檯中服務的資源增加流量控制規則，在FeignClient中，Sentinel為Feign呼叫生成了資源名策略定義，定義規則為 [httpmethod :protocol://requesturl]（比如 GET:http://goods-service/api/goods）
    在這裡插入圖片描述

  • 為便於測試，故意將QPS的單機閾值設為0
    在這裡插入圖片描述
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  • 使用HttpClient工具再次測試，由於我們在流量控制規則中已對QPS做了限制，服務呼叫請求已無法通過，故觸發fallback，返回空值。
    在這裡插入圖片描述

  • 服務呼叫者日誌資訊提示服務已熔斷..
    在這裡插入圖片描述

4.4 Sentinel實踐小結

  • Sentinel與Hystrix相比，更加輕量級：Sentinel對主流框架提供適配的 API，來定義需要保護的資源，並提供設施對資源進行實時統計和呼叫鏈路分析。
  • Sentinel 提供了更加多樣化的流量控制，熔斷降級和系統負載保護手段。
  • Sentine具備完善的實時監控和控制檯。

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