基于Spring Cloud服務(wù)調(diào)用的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭致遠(yuǎn)，魏銀珍,

(1.武漢郵電科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074；2.武漢大學(xué) 信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，面對用戶量急速增長和日益頻繁的需求改動(dòng)，傳統(tǒng)的單體應(yīng)用架構(gòu)已經(jīng)難以支撐現(xiàn)有的業(yè)務(wù)體系，于是分布式應(yīng)用架構(gòu)[1]的出現(xiàn)為開發(fā)者提供了一種新思路。微服務(wù)[2]作為一種顆粒度更小的分布式架構(gòu)，其思想是通過將一個(gè)系統(tǒng)按某種規(guī)則劃分為多個(gè)功能單一的小型服務(wù)，這些服務(wù)運(yùn)行在彼此的進(jìn)程中，服務(wù)之間采用輕量級通信協(xié)議通信，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能[3]。微服務(wù)架構(gòu)所面臨的首要問題是如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)間的遠(yuǎn)程調(diào)用(Remote Process Call，RPC)[4]。目前實(shí)現(xiàn)RPC主要有兩種方案：基于HTTP和基于TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。后者的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)相對復(fù)雜，而基于HTTP協(xié)議的應(yīng)用相對更加廣泛。本文設(shè)計(jì)的服務(wù)調(diào)用框架Spring Cloud Feign基于Netflix組件開發(fā)，是一款聲明式、模板化的HTTP客戶端，并且針對于眾多Spring用戶，Spring Cloud Feign支持Spring MVC[5]注解，使得Feign的使用更加方便。

1 RPC架構(gòu)

RPC是一種進(jìn)程間的通信方式，根據(jù)協(xié)議的不同有多種實(shí)現(xiàn)方式，其目的主要是通過屏蔽底層傳輸和序列化的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)來簡化遠(yuǎn)程服務(wù)過程調(diào)用。

1.1 RPC框架原理

RPC框架的調(diào)用原理圖如圖1所示。

圖1 RPC框架原理圖

總結(jié)實(shí)現(xiàn)RPC框架的幾個(gè)核心點(diǎn)如下:

(1)服務(wù)提供方需要以某種形式向調(diào)用方提供調(diào)用相關(guān)信息，如服務(wù)接口、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、接口說明文檔等相關(guān)服務(wù)調(diào)用信息。

(2)服務(wù)代理對象。服務(wù)調(diào)用者調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)實(shí)際上是通過遠(yuǎn)程服務(wù)的本地代理實(shí)現(xiàn)，如Java的JDK動(dòng)態(tài)代理將本地調(diào)用封裝為遠(yuǎn)程調(diào)用。

(3)通信。無論是采用私有二進(jìn)制協(xié)議還是HTTP，只要能實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信即可。

(4)序列化。遠(yuǎn)程通信需要將對象轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼流才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，同時(shí)不同的序列化技術(shù)支持的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)包大小、異常處理等都有很大差別。

1.2 業(yè)界主流RPC框架

目前開源的RPC框架有很多，業(yè)界主流的幾種框架如下：

(1)Apache Thrift。Apache Thrift是由Facebook實(shí)現(xiàn)的一種支持多語言的高效服務(wù)調(diào)用框架，其特點(diǎn)是支持二進(jìn)制和JSON編碼的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，對于高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量的開發(fā)環(huán)境更合適。

(2)gRPC。這是Google基于HTTP/2協(xié)議開發(fā)的一個(gè)高性能的開源框架，相對于HTTP/1具有提供頭部壓縮、雙向流等多種特性，從而在移動(dòng)設(shè)備上有更出色的表現(xiàn)。

(3)Hessian。其是由Caucho Technology開發(fā)的一款輕量級RPC框架，它的遠(yuǎn)程過程調(diào)用基于動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)，因此具備簡單易用、支持多語言、面向接口編程等特點(diǎn)。

1.3 Feign具備的優(yōu)勢

面對市面上眾多主流RPC架構(gòu)，基于Spring Cloud開發(fā)的Feign在許多方面有著不俗的表現(xiàn)，總結(jié)如下：

(1)支持多語言。Feign基于Spring Cloud實(shí)現(xiàn)，因此不同的模塊可以使用不同的語言開發(fā)，可更好地實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)。

(2)與Spring框架兼容性更好。Feign本身屬于Spring框架的一部分，同時(shí)Spring Cloud對Feign的加強(qiáng)使得Feign支持Spring MVC注解，因此對于多數(shù)Spring開發(fā)者是更好的選擇。

(3)聲明式服務(wù)調(diào)用。由于Feign基于HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，因此可以更好地形成RESTful接口風(fēng)格，從而以更簡潔明了兼具可讀性的方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)間的調(diào)用。

在實(shí)際開發(fā)中，使用Feign作為遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用框架所帶來的好處還有很多，相比大型企業(yè)根據(jù)其自身業(yè)務(wù)定制的開源服務(wù)調(diào)用框架，F(xiàn)eign對于多數(shù)中小企業(yè)也許是更好的選擇。

2 相關(guān)理論

Feign基于Netflix Feign實(shí)現(xiàn)，整合了Spring Cloud Ribbon和Spring Cloud Hystrix，除了提供這兩者的強(qiáng)大功能之外還提供了一種聲明式的Web服務(wù)客戶端定義方式[6]。在實(shí)際的開發(fā)過程中存在一個(gè)接口被多個(gè)服務(wù)調(diào)用的情況，通常的做法是針對各個(gè)微服務(wù)自行封裝一些客戶端類來包裝這些依賴服務(wù)的調(diào)用。由于Feign底層對Ribbon和Eureka進(jìn)行了封裝，使得Feign可以實(shí)現(xiàn)以下多種功能[7]：

(1)繼承：將接口中的定義從Controller剝離，配合Maven[8]私有倉庫實(shí)現(xiàn)接口共享，在代碼構(gòu)建期實(shí)現(xiàn)接口綁定從而減少客戶端接口綁定。

(2)負(fù)載均衡：由于Feign是基于Spring Cloud Ribbon實(shí)現(xiàn)的，因此可以通過自定義Ribbon參數(shù)來實(shí)現(xiàn)客戶端的負(fù)載均衡。

(3)重試機(jī)制：Feign默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了請求的重試機(jī)制，使得客戶端在進(jìn)行服務(wù)調(diào)用時(shí)如果出現(xiàn)失敗，可以重復(fù)請求。Feign對于重試機(jī)制的支持對于實(shí)現(xiàn)高可用服務(wù)集群有重要意義。

(4)服務(wù)保護(hù)與容錯(cuò)：Feign通過引入Spring Cloud Hystrix工具提供服務(wù)的保護(hù)與容錯(cuò)功能，默認(rèn)情況下，F(xiàn)eign會(huì)對客戶端所有方法進(jìn)行封裝達(dá)到保護(hù)的目的。

(5)服務(wù)降級：服務(wù)降級是Spring Cloud Hystrix提供的一種服務(wù)容錯(cuò)功能，可以通過配置@FeignClient中的fallback屬性提供一種簡單的服務(wù)降級處理方式。

(6)請求壓縮：由于Spring Cloud采用HTTP協(xié)議通信，因此相比TCP性能會(huì)有所限制。為了改進(jìn)服務(wù)間通信的效率，F(xiàn)eign提供GZIP對請求和響應(yīng)進(jìn)行壓縮從而降低了通信過程中的性能損耗達(dá)到效率的提升。

Feign通過整合Ribbon、Eureka等多個(gè)工具，使用聲明式、模板化的HTTP客戶端以及對SpringMVC注解的支持使得對Feign的使用更加便捷。

3 服務(wù)調(diào)用定制化實(shí)現(xiàn)

為了在知識(shí)管理系統(tǒng)[9]中更好地發(fā)揮Feign的功能，需要對Feign進(jìn)行定制化開發(fā)以及配置服務(wù)路由、負(fù)載均衡、請求壓縮等相關(guān)信息，服務(wù)調(diào)用模塊在微服務(wù)架構(gòu)中如圖2所示。

圖2 微服務(wù)總體架構(gòu)圖

服務(wù)調(diào)用可以分為外部調(diào)用和內(nèi)部調(diào)用，外部調(diào)用需要經(jīng)過網(wǎng)關(guān)的驗(yàn)證、轉(zhuǎn)發(fā)等，內(nèi)部調(diào)用則根據(jù)路由和負(fù)載均衡尋址、GZIP請求壓縮來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下。

3.1 整合Feign

首先創(chuàng)建一個(gè)SpringBoot[10]工程作為服務(wù)調(diào)用方Consumer，然后在pom.xml文件中引入相關(guān)依賴，如下所示：

spring-cloud-starter-eureka

spring-cloud-starter- feign

引入的核心依賴的作用如下：

(1)spring-cloud-starter-eureka:構(gòu)建服務(wù)治理的基礎(chǔ)設(shè)施，包含搭建服務(wù)注冊中心，提供服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)功能。Eureka采用Java[11]實(shí)現(xiàn)，適用于Java編寫的分布式系統(tǒng)。

(2) spring-cloud-starter-feign:基于HTTP實(shí)現(xiàn)的RPC框架，提供服務(wù)調(diào)用功能的支持，通過封裝Ribbon和Hystrix提供負(fù)載均衡與熔斷保護(hù)功能。

引入依賴后，在應(yīng)用主類中添加@EnableFeignClients注解開啟Spring Cloud Feign的功能支持；在對應(yīng)的接口上添加@FeignClient注解，綁定對應(yīng)的提供服務(wù)的服務(wù)名，然后再用SpringMVC對應(yīng)的注解綁定該服務(wù)提供的REST接口；創(chuàng)建調(diào)用類，通過@Autowired將定義的接口注入并創(chuàng)建方法調(diào)用；最后在application.properties中指定注冊中心地址，定義自身服務(wù)的服務(wù)名。

通過Feign只需要定義服務(wù)綁定接口，以聲明式的方法，簡單而高效地實(shí)現(xiàn)服務(wù)調(diào)用。

3.2 Ribbon配置

搭建完基本的服務(wù)調(diào)用體系后，需要考慮為客戶端配置負(fù)載均衡?？梢酝ㄟ^Spring Cloud Ribbon來實(shí)現(xiàn)，直接配置Ribbon客戶端的各服務(wù)調(diào)用參數(shù)。全局配置的方式較為簡單，只需要在配置文件中使用ribbon.=來設(shè)置Ribbon的各項(xiàng)參數(shù)。

但在多數(shù)實(shí)際問題中，對于服務(wù)調(diào)用的方式會(huì)做一些調(diào)整，以致全局配置不適用。在使用Spring Cloud Feign時(shí)，針對各個(gè)服務(wù)客戶端進(jìn)行個(gè)性化配置的方式與使用Spring Cloud Ribbon時(shí)的配置方式是一樣的，都采用.ribbon.key=value的格式進(jìn)行設(shè)置。其中代表創(chuàng)建Feign客戶端時(shí)用@FeignClient綁定的對應(yīng)的服務(wù)名。

為了保證服務(wù)集群[12]的高可用，Spring Cloud Feign默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了請求的重試機(jī)制，可以通過設(shè)置MaxAutoRetriesNextServer參數(shù)來決定重試的次數(shù)。需要注意的是Ribbon的超時(shí)與Hystrix的超時(shí)是不同的，所以Hystrix的超時(shí)時(shí)間必須大于Ribbon的超時(shí)時(shí)間，以保證重試機(jī)制存在的意義。

3.3 Hystrix配置

除配置用于客戶端負(fù)載均衡的Ribbon外，要需要對提供服務(wù)保護(hù)和容錯(cuò)的Hystrix進(jìn)行配置。和Ribbon相似，Hystrix的全局配置默認(rèn)采用hystrix.command.default.進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)需要注意Feign客戶端對于Hystrix的支持是否開啟，即feign.hystrix.enabled為true時(shí)表示開啟，否則表示禁用Hystrix。如果只需要針對某個(gè)服務(wù)客戶端禁用Hystrix時(shí)，可以使用@Scope(“prototype”)注解構(gòu)建配置類以及在@FeignClient中通過configuration參數(shù)引入該配置類。

在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)業(yè)務(wù)場景的不同往往需要對Hystrix進(jìn)行定制化，采用hystrix.command.作為前綴，代表方法名。

另外服務(wù)降級也是Hystrix提供的重要功能之一，在Spring Cloud Feign中提供了一種簡單的方式來實(shí)現(xiàn)服務(wù)降級：首先構(gòu)建服務(wù)降級類，邏輯為服務(wù)降級邏輯；在服務(wù)綁定接口中，指定@FeignClient注解fallback屬性對應(yīng)的服務(wù)降級類。

3.4 其他配置

Spring Cloud Feign支持對請求和響應(yīng)進(jìn)行GZIP壓縮，以減少通信過程中的性能損耗[13]。詳細(xì)參數(shù)配置如下：

feign.compression.request.enabled=true

feign.compression.response.enabled=true

同時(shí)，還可以進(jìn)行更多細(xì)節(jié)的配置，如指定壓縮數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)壓縮的上下限等。

4 Feign在知識(shí)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了更好地將Spring Cloud Feign應(yīng)用于實(shí)際，本文在一個(gè)企業(yè)級的知識(shí)管理系統(tǒng)中應(yīng)用微服務(wù)架構(gòu)，系統(tǒng)中各服務(wù)的相互調(diào)用采用Spring Cloud Feign實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部重要文檔的存儲(chǔ)和查閱、內(nèi)部消息的快速傳遞以及員工之間更好的交流等功能。

通過合理分配資源，構(gòu)建適用于企業(yè)內(nèi)部體系的應(yīng)用平臺(tái)。Feign提供微服務(wù)架構(gòu)中服務(wù)之間相互調(diào)用，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)微服務(wù)架構(gòu)的基礎(chǔ)，以及通過數(shù)據(jù)壓縮減少消耗，提高傳輸效率。知識(shí)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 知識(shí)庫系統(tǒng)架構(gòu)圖

4.1 聲明式服務(wù)調(diào)用

在完成Feign的相關(guān)配置后就可以從代碼層面實(shí)現(xiàn)服務(wù)的跨進(jìn)程調(diào)用了，由于Feign是基于應(yīng)用層協(xié)議HTTP實(shí)現(xiàn)的，對于開發(fā)者來說無需處理丟包補(bǔ)發(fā)、數(shù)據(jù)分段與重組等，從而可以專注于上層應(yīng)用的設(shè)計(jì)。由于后臺(tái)代碼量較大且調(diào)用其他接口的方式基本相同，因此此處只展示業(yè)務(wù)的部分代碼，具體細(xì)節(jié)如下：

(1)通過注解指定服務(wù)名eureka-client以及對應(yīng)接口名getName。

@FeignClient("eureka-client")

public interfacegetClient {

@GetMapping("/getName")

Stringconsumer();

}

(2)提供服務(wù)的eureka-client以及相應(yīng)的dc接口。

@GetMapping("/getName")

public String getName() throws Exception{

//業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)

}

得益于Feign對Eureka、Ribbon組件的整合以及對Spring MVC注解的支持，只需要使用Feign綁定對應(yīng)服務(wù)及接口，便能夠以簡潔的方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)的跨進(jìn)程調(diào)用。

4.2 服務(wù)邊界劃分

如何確定微服務(wù)邊界以及劃分一直是構(gòu)建微服務(wù)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)[14]。在本系統(tǒng)中，通過業(yè)務(wù)劃分將系統(tǒng)分為4個(gè)模塊：后臺(tái)管理模塊、資源共享模塊、員工交流模塊和基礎(chǔ)服務(wù)模塊[15]。在微服務(wù)架構(gòu)中，這些服務(wù)各自承擔(dān)自己的功能以及作為服務(wù)提供者向外提供服務(wù)從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。

后臺(tái)管理服務(wù)。此服務(wù)的使用者主要面向后臺(tái)管理員，管理員具備對用戶權(quán)限、角色、所屬部門等的修改權(quán)限。通過對用戶賦予不同的角色與權(quán)限，從而決定該知識(shí)庫對用戶的開放級別，這樣的做法能夠保證公司內(nèi)部知識(shí)的安全性。另外后臺(tái)管理服務(wù)中還加入了審批流程，當(dāng)涉及公司內(nèi)部重要信息時(shí)，管理員的一系列操作需要向上匯報(bào)審批，上層通過決策該操作才能生效，否則請求被駁回。

資源共享服務(wù)。此服務(wù)主要用于公司員工上傳下載文檔資源，用戶在通過權(quán)限驗(yàn)證后可以采用不同的文件形式上傳或下載對應(yīng)的資源文件，經(jīng)過后臺(tái)審核成功后完成。為了方便用戶更好地查找對應(yīng)資源，該模塊提供了全站搜索，用戶可通過輸入關(guān)鍵字在數(shù)據(jù)庫中匹配到相關(guān)資源，最后的結(jié)果經(jīng)過權(quán)限過濾后呈現(xiàn)給用戶。

員工交流服務(wù)。此服務(wù)分為論壇和貼吧兩部分[16]，論壇部分主要提供員工交流功能，員工在此處發(fā)表帖子，其他人可以評論點(diǎn)贊等；貼吧部分是給員工提供企業(yè)答疑，對于企業(yè)存在疑問的部分可以提出問題，其他用戶看到給予答復(fù)。通過這種方式可以有效完善公司的知識(shí)管理系統(tǒng)以及方便公司管理人員發(fā)表公告、活動(dòng)等。

基礎(chǔ)服務(wù)。此服務(wù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，負(fù)責(zé)為系統(tǒng)提供工作流服務(wù)、郵件短信服務(wù)、報(bào)表輸出等。工作流用于流程審批，報(bào)表用于統(tǒng)計(jì)結(jié)果的收集與導(dǎo)出，短信郵件用于系統(tǒng)通知或安全驗(yàn)證。

最后所有的服務(wù)模塊經(jīng)由API網(wǎng)關(guān)按照內(nèi)部和外部對應(yīng)規(guī)則對接口進(jìn)行統(tǒng)一封裝，然后對外提供服務(wù)。

5 結(jié)束語

本文首先介紹了RPC及其原理，其次通過對比市面上的主流RPC框架以及其實(shí)現(xiàn)難易程度最終確定本次服務(wù)調(diào)用方案設(shè)計(jì)采用的技術(shù)，即基于Spring Cloud實(shí)現(xiàn)一種聲明式服務(wù)調(diào)用方案，隨后將其應(yīng)用在一個(gè)企業(yè)級知識(shí)管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了Feign定制化開發(fā)。

結(jié)果表明，只需創(chuàng)建接口以及加入注解便可以完成對提供服務(wù)接口的綁定，很好地解決了一個(gè)接口被多個(gè)服務(wù)調(diào)用的多重依賴情況，有效簡化了服務(wù)調(diào)用客戶端的開發(fā)流程，提升了系統(tǒng)的開發(fā)效率和后期可維護(hù)性，基本達(dá)到了服務(wù)調(diào)用框架的預(yù)期設(shè)計(jì)與應(yīng)用。當(dāng)然，Spring Cloud Feign作為一款基于HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的RESTful風(fēng)格的服務(wù)調(diào)用組件，雖然保證了其簡潔明了的調(diào)用風(fēng)格和較高的可讀性，但在性能方面與私有的二進(jìn)制協(xié)議實(shí)現(xiàn)的RPC框架相比仍然存在較大差距，因此在后續(xù)的研究中會(huì)考慮在通信協(xié)議進(jìn)行更多的優(yōu)化或者選擇可以兼顧性能與可讀性的通信協(xié)議。