概述

毫無(wú)疑問(wèn)，Spring Cloud是目前微服務(wù)架構(gòu)領(lǐng)域的翹楚，無(wú)數(shù)的書(shū)籍博客都在講解這個(gè)技術(shù)。不過(guò)大多數(shù)講解還停留在對(duì)Spring Cloud功能使用的層面，其底層的很多原理，很多人可能并不知曉。因此本文將通過(guò)大量的手繪圖，給大家談?wù)凷pring Cloud微服務(wù)架構(gòu)的底層原理。

實(shí)際上，Spring Cloud是一個(gè)全家桶式的技術(shù)棧，包含了很多組件。本文先從其最核心的幾個(gè)組件入手，來(lái)剖析一下其底層的工作原理。也就是Eureka、Ribbon、Feign、Hystrix、Zuul這幾個(gè)組件。

一、業(yè)務(wù)場(chǎng)景介紹

先來(lái)給大家說(shuō)一個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，假設(shè)咱們現(xiàn)在開(kāi)發(fā)一個(gè)電商網(wǎng)站，要實(shí)現(xiàn)支付訂單的功能，流程如下：

• 創(chuàng)建一個(gè)訂單之后，如果用戶立刻支付了這個(gè)訂單，我們需要將訂單狀態(tài)更新為“已支付”。
• 扣減相應(yīng)的商品庫(kù)存。
• 通知倉(cāng)儲(chǔ)中心，進(jìn)行發(fā)貨。
• 給用戶的這次購(gòu)物增加相應(yīng)的積分。

針對(duì)上述流程，我們需要有訂單服務(wù)、庫(kù)存服務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)、積分服務(wù)。整個(gè)流程的大體思路如下：

• 用戶針對(duì)一個(gè)訂單完成支付之后，就會(huì)去找訂單服務(wù)，更新訂單狀態(tài)。
• 訂單服務(wù)調(diào)用庫(kù)存服務(wù)，完成相應(yīng)功能。
• 訂單服務(wù)調(diào)用倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)，完成相應(yīng)功能。
• 訂單服務(wù)調(diào)用積分服務(wù)，完成相應(yīng)功能。

至此，整個(gè)支付訂單的業(yè)務(wù)流程結(jié)束

下圖這張圖，清晰表明了各服務(wù)間的調(diào)用過(guò)程：

好！有了業(yè)務(wù)場(chǎng)景之后，咱們就一起來(lái)看看Spring Cloud微服務(wù)架構(gòu)中，這幾個(gè)組件如何相互協(xié)作，各自發(fā)揮的作用以及其背后的原理。

二、Spring Cloud核心組件：Eureka

咱們來(lái)考慮第一個(gè)問(wèn)題：訂單服務(wù)想要調(diào)用庫(kù)存服務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)，或者是積分服務(wù)，怎么調(diào)用？

• 訂單服務(wù)壓根兒就不知道人家?guī)齑娣?wù)在哪臺(tái)機(jī)器上??！他就算想要發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求，都不知道發(fā)送給誰(shuí)，有心無(wú)力！
• 這時(shí)候，就輪到Spring Cloud Eureka出場(chǎng)了。Eureka是微服務(wù)架構(gòu)中的注冊(cè)中心，專門負(fù)責(zé)服務(wù)的注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)。

咱們來(lái)看看下面的這張圖，結(jié)合圖來(lái)仔細(xì)剖析一下整個(gè)流程：

如上圖所示，庫(kù)存服務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)、積分服務(wù)中都有一個(gè)Eureka Client組件，這個(gè)組件專門負(fù)責(zé)將這個(gè)服務(wù)的信息注冊(cè)到Eureka Server中。說(shuō)白了，就是告訴Eureka Server，自己在哪臺(tái)機(jī)器上，監(jiān)聽(tīng)著哪個(gè)端口。而Eureka Server是一個(gè)注冊(cè)中心，里面有一個(gè)注冊(cè)表，保存了各服務(wù)所在的機(jī)器和端口號(hào)。

訂單服務(wù)里也有一個(gè)Eureka Client組件，這個(gè)Eureka Client組件會(huì)找Eureka Server問(wèn)一下：庫(kù)存服務(wù)在哪臺(tái)機(jī)器??？監(jiān)聽(tīng)著哪個(gè)端口?。總}(cāng)儲(chǔ)服務(wù)呢？積分服務(wù)呢？然后就可以把這些相關(guān)信息從Eureka Server的注冊(cè)表中拉取到自己本地緩存起來(lái)。

這時(shí)如果訂單服務(wù)想要調(diào)用庫(kù)存服務(wù)，不就可以找自己本地的Eureka Client問(wèn)一下庫(kù)存服務(wù)在哪臺(tái)機(jī)器？監(jiān)聽(tīng)哪個(gè)端口嗎？收到響應(yīng)后，緊接著就可以發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求過(guò)去，調(diào)用庫(kù)存服務(wù)扣減庫(kù)存的那個(gè)接口！同理，如果訂單服務(wù)要調(diào)用倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)、積分服務(wù)，也是如法炮制。

總結(jié)一下：

• Eureka Client：負(fù)責(zé)將這個(gè)服務(wù)的信息注冊(cè)到Eureka Server中。
• Eureka Server：注冊(cè)中心，里面有一個(gè)注冊(cè)表，保存了各個(gè)服務(wù)所在的機(jī)器和端口號(hào)。

三、Spring Cloud核心組件：Feign

現(xiàn)在訂單服務(wù)確實(shí)知道庫(kù)存服務(wù)、積分服務(wù)、倉(cāng)庫(kù)服務(wù)在哪里了，同時(shí)也監(jiān)聽(tīng)著哪些端口號(hào)了。但是新問(wèn)題又來(lái)了：難道訂單服務(wù)要自己寫(xiě)一大堆代碼，跟其他服務(wù)建立網(wǎng)絡(luò)連接，然后構(gòu)造一個(gè)復(fù)雜的請(qǐng)求，接著發(fā)送請(qǐng)求過(guò)去，最后對(duì)返回的響應(yīng)結(jié)果再寫(xiě)一大堆代碼來(lái)處理嗎？

這是上述流程翻譯的代碼片段，咱們一起來(lái)看看，體會(huì)一下這種絕望而無(wú)助的感受！

友情提示，前方高能：

看完上面那一大段代碼，有沒(méi)有感到后背發(fā)涼、一身冷汗？實(shí)際上你進(jìn)行服務(wù)間調(diào)用時(shí)，如果每次都手寫(xiě)代碼，代碼量比上面那段要多至少幾倍，所以這個(gè)事兒壓根兒就不是地球人能干的。

既然如此，那怎么辦呢？別急，F(xiàn)eign早已為我們提供好了優(yōu)雅的解決方案。來(lái)看看如果用Feign的話，你的訂單服務(wù)調(diào)用庫(kù)存服務(wù)的代碼會(huì)變成啥樣？

看完上面的代碼什么感覺(jué)？是不是感覺(jué)整個(gè)世界都干凈了，又找到了活下去的勇氣！沒(méi)有底層的建立連接、構(gòu)造請(qǐng)求、解析響應(yīng)的代碼，直接就是用注解定義一個(gè) FeignClient接口，然后調(diào)用那個(gè)接口就可以了。人家Feign Client會(huì)在底層根據(jù)你的注解，跟你指定的服務(wù)建立連接、構(gòu)造請(qǐng)求、發(fā)起靕求、獲取響應(yīng)、解析響應(yīng)，等等。這一系列臟活累活，人家Feign全給你干了。

那么問(wèn)題來(lái)了，F(xiàn)eign是如何做到這么神奇的呢？很簡(jiǎn)單，F(xiàn)eign的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制就是使用了動(dòng)態(tài)代理。咱們一起來(lái)看看下面的圖，結(jié)合圖來(lái)分析：

• 首先，如果你對(duì)某個(gè)接口定義了@FeignClient注解，F(xiàn)eign就會(huì)針對(duì)這個(gè)接口創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)代理。
• 接著你要是調(diào)用那個(gè)接口，本質(zhì)就是會(huì)調(diào)用 Feign創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)代理，這是核心中的核心。
• Feign的動(dòng)態(tài)代理會(huì)根據(jù)你在接口上的@RequestMapping等注解，來(lái)動(dòng)態(tài)構(gòu)造出你要請(qǐng)求的服務(wù)的地址。
• 最后針對(duì)這個(gè)地址，發(fā)起請(qǐng)求、解析響應(yīng)。

四、Spring Cloud核心組件：Ribbon

說(shuō)完了Feign，還沒(méi)完?，F(xiàn)在新的問(wèn)題又來(lái)了，如果人家?guī)齑娣?wù)部署在了5臺(tái)機(jī)器上，如下所示：

• 192.168.169:9000
• 192.168.170:9000
• 192.168.171:9000
• 192.168.172:9000
• 192.168.173:9000

這下麻煩了！人家Feign怎么知道該請(qǐng)求哪臺(tái)機(jī)器呢？

• 這時(shí)Spring Cloud Ribbon就派上用場(chǎng)了。Ribbon就是專門解決這個(gè)問(wèn)題的。它的作用是負(fù)載均衡，會(huì)幫你在每次請(qǐng)求時(shí)選擇一臺(tái)機(jī)器，均勻的把請(qǐng)求分發(fā)到各個(gè)機(jī)器上。
• Ribbon的負(fù)載均衡默認(rèn)使用的最經(jīng)典的Round Robin輪詢算法。這是啥？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是如果訂單服務(wù)對(duì)庫(kù)存服務(wù)發(fā)起10次請(qǐng)求，那就先讓你請(qǐng)求第1臺(tái)機(jī)器、然后是第2臺(tái)機(jī)器、第3臺(tái)機(jī)器、第4臺(tái)機(jī)器、第5臺(tái)機(jī)器，接著再來(lái)—個(gè)循環(huán)，第1臺(tái)機(jī)器、第2臺(tái)機(jī)器。以此類推。

此外，Ribbon是和Feign以及Eureka緊密協(xié)作，完成工作的，具體如下：

• 首先Ribbon會(huì)從 Eureka Client里獲取到對(duì)應(yīng)的服務(wù)注冊(cè)表，也就知道了所有的服務(wù)都部署在了哪些機(jī)器上，在監(jiān)聽(tīng)哪些端口號(hào)。
• 然后Ribbon就可以使用默認(rèn)的Round Robin算法，從中選擇一臺(tái)機(jī)器。
• Feign就會(huì)針對(duì)這臺(tái)機(jī)器，構(gòu)造并發(fā)起請(qǐng)求。

對(duì)上述整個(gè)過(guò)程，再來(lái)一張圖，幫助大家更深刻的理解：

五、Spring Cloud核心組件：Hystrix

咱們一起來(lái)分析一下，這樣會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題？

1. 如果系統(tǒng)處于高并發(fā)的場(chǎng)景下，大量請(qǐng)求涌過(guò)來(lái)的時(shí)候，訂單服務(wù)的100個(gè)線程都會(huì)卡在請(qǐng)求積分服務(wù)這塊。導(dǎo)致訂單服務(wù)沒(méi)有一個(gè)線程可以處理請(qǐng)求。
2. 然后就會(huì)導(dǎo)致別人請(qǐng)求訂單服務(wù)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)訂單服務(wù)也掛了，不響應(yīng)任何請(qǐng)求了。

上面這個(gè)，就是微服務(wù)架構(gòu)中恐怖的服務(wù)雪崩問(wèn)題，如下圖所示：

如上圖，這么多服務(wù)互相調(diào)用，要是不做任何保護(hù)的話，某一個(gè)服務(wù)掛了，就會(huì)引起連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致別的服務(wù)也掛。比如積分服務(wù)掛了，會(huì)導(dǎo)致訂單服務(wù)的線程全部卡在請(qǐng)求積分服務(wù)這里，沒(méi)有一個(gè)線程可以工作，瞬間導(dǎo)致訂單服務(wù)也掛了，別人請(qǐng)求訂單服務(wù)全部會(huì)卡住，無(wú)法響應(yīng)。

但是我們思考一下，就算積分服務(wù)掛了，訂單服務(wù)也可以不用掛?。槭裁?？

我們結(jié)合業(yè)務(wù)來(lái)看：支付訂單的時(shí)候，只要把庫(kù)存扣減了，然后通知倉(cāng)庫(kù)發(fā)貨就OK了。

如果積分服務(wù)掛了，大不了等他恢復(fù)之后，慢慢人肉手工恢復(fù)數(shù)據(jù)!為啥一定要因?yàn)橐粋€(gè)積分服務(wù)掛了，就直接導(dǎo)致訂單服務(wù)也掛了呢?不可以接受!

現(xiàn)在問(wèn)題分析完了，如何解決?

這時(shí)就輪到Hystrix閃亮登場(chǎng)了。Hystrix是隔離、熔斷以及降級(jí)的一個(gè)框架。啥意思呢?說(shuō)白了，Hystrix會(huì)搞很多個(gè)小小的線程池，比如訂單服務(wù)請(qǐng)求庫(kù)存服務(wù)是一個(gè)線程池，請(qǐng)求倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)是一個(gè)線程池，請(qǐng)求積分服務(wù)是一個(gè)線程池。每個(gè)線程池里的線程就僅僅用于請(qǐng)求那個(gè)服務(wù)。

打個(gè)比方：現(xiàn)在很不幸，積分服務(wù)掛了，會(huì)咋樣？

當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致訂單服務(wù)里的那個(gè)用來(lái)調(diào)用積分服務(wù)的線程都卡死不能工作了?。〉怯捎谟唵畏?wù)調(diào)用庫(kù)存服務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)的這兩個(gè)線程池都是正常工作的，所以這兩個(gè)服務(wù)不會(huì)受到任何影響。

這個(gè)時(shí)候如果別人請(qǐng)求訂單服務(wù)，訂單服務(wù)還是可以正常調(diào)用庫(kù)存服務(wù)扣減庫(kù)存，調(diào)用倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)通知發(fā)貨。只不過(guò)調(diào)用積分服務(wù)的時(shí)候，每次都會(huì)報(bào)錯(cuò)。但是如果積分服務(wù)都掛了，每次調(diào)用都要去卡住幾秒鐘干啥呢？有意義嗎？當(dāng)然沒(méi)有！所以我們直接對(duì)積分服務(wù)熔斷不就得了，比如在5分鐘內(nèi)請(qǐng)求積分服務(wù)直接就返回了，不要去走網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求卡住幾秒鐘，這個(gè)過(guò)程，就是所謂的熔斷！

那人家又說(shuō)，兄弟，積分服務(wù)掛了你就熔斷，好歹你干點(diǎn)兒什么??！別啥都不干就直接返回??？沒(méi)問(wèn)題，咱們就來(lái)個(gè)降級(jí)：每次調(diào)用積分服務(wù)，你就在數(shù)據(jù)庫(kù)里記錄一條消息，說(shuō)給某某用戶增加了多少積分，因?yàn)榉e分服務(wù)掛了，導(dǎo)致沒(méi)增加成功！這樣等積分服務(wù)恢復(fù)了，你可以根據(jù)這些記錄手工加一下積分。這個(gè)過(guò)程，就是所謂的降級(jí)。

為幫助大家更直觀的理解，接下來(lái)用一張圖，梳理一下Hystrix隔離、熔斷和降級(jí)的全流程：

六、Spring Cloud核心組件：Zuul

說(shuō)完了Hystrix，接著給大家說(shuō)說(shuō)最后一個(gè)組件：Zuul，也就是微服務(wù)網(wǎng)關(guān)。這個(gè)組件是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)路由的。不懂網(wǎng)絡(luò)路由？行，那我給你說(shuō)說(shuō)，如果沒(méi)有Zuul的日常工作會(huì)怎樣？

假設(shè)你后臺(tái)部署了幾百個(gè)服務(wù)，現(xiàn)在有個(gè)前端兄弟，人家請(qǐng)求是直接從瀏覽器那兒發(fā)過(guò)來(lái)的。打個(gè)比方：人家要請(qǐng)求一下庫(kù)存服務(wù)，你難道還讓人家記著這服務(wù)的名字叫做inventory-service？部署在5臺(tái)機(jī)器上？就算人家肯記住這一個(gè)，你后臺(tái)可有幾百個(gè)服務(wù)的名稱和地址呢？難不成人家請(qǐng)求一個(gè)，就得記住一個(gè)？你要這樣玩兒，那真是友誼的小船，說(shuō)翻就翻！

上面這種情況，壓根兒是不現(xiàn)實(shí)的。所以一般微服務(wù)架構(gòu)中都必然會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)關(guān)在里面，像android、ios、pc前端、微信小程序、H5等等，不用去關(guān)心后端有幾百個(gè)服務(wù)，就知道有一個(gè)網(wǎng)關(guān)，所有請(qǐng)求都往網(wǎng)關(guān)走，網(wǎng)關(guān)會(huì)根據(jù)請(qǐng)求中的一些特征，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給后端的各個(gè)服務(wù)。

而且有一個(gè)網(wǎng)關(guān)之后，還有很多好處，比如可以做統(tǒng)一的降級(jí)、限流、認(rèn)證授權(quán)、安全，等等。

七、總結(jié)：

最后再來(lái)總結(jié)一下，上述幾個(gè)Spring Cloud核心組件，在微服務(wù)架構(gòu)中，分別扮演的角色：

• Eureka：各個(gè)服務(wù)啟動(dòng)時(shí)，Eureka Client都會(huì)將服務(wù)注冊(cè)到Eureka Server，并且Eureka Client還可以反過(guò)來(lái)從Eureka Server拉取注冊(cè)表，從而知道其他服務(wù)在哪里。
• Ribbon：服務(wù)間發(fā)起請(qǐng)求的時(shí)候，基于Ribbon做負(fù)載均衡，從一個(gè)服務(wù)的多臺(tái)機(jī)器中選擇一臺(tái)。
• Feign：基于Feign的動(dòng)態(tài)代理機(jī)制，根據(jù)注解和選擇的機(jī)器，拼接請(qǐng)求URL地址，發(fā)起請(qǐng)求。
• Hystrix：發(fā)起請(qǐng)求是通過(guò)Hystrix的線程池來(lái)走的，不同的服務(wù)走不同的線程池，實(shí)現(xiàn)了不同服務(wù)調(diào)用的隔離，避免了服務(wù)雪崩的問(wèn)題。
• Zuul：如果前端、移動(dòng)端要調(diào)用后端系統(tǒng)，統(tǒng)一從Zuul網(wǎng)關(guān)進(jìn)入，由Zuul網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求給對(duì)應(yīng)的服務(wù)。

以上就是我們通過(guò)一個(gè)電商業(yè)務(wù)場(chǎng)景，闡述了Spring Cloud微服務(wù)架構(gòu)幾個(gè)核心組件的底層原理。

文字總結(jié)還不夠直觀？沒(méi)問(wèn)題！我們將Spring Cloud的5個(gè)核心組件通過(guò)一張圖串聯(lián)起來(lái)，再來(lái)直觀的感受一下其底層的架構(gòu)原理：