Spring Cloud Alibaba微服務生態的基礎實踐

一、背景

身爲Java程序員，微服務是必須要掌握的一種架構。Spring Cloud作爲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組件。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），智能路由（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：

二、初識Spring Cloud Alibaba

做爲國內互聯網大廠的阿里巴巴，在開源領域的成就有目共睹。

2016 年，阿里全面擁抱 Spring Boot；
2017 年 12 月，Spring Cloud Alibaba 立項並順利進入 Spring Cloud 孵化器。
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，包含開發分佈式應用微服務的必需組件，方便開發者通過 Spring Cloud 編程模型輕鬆使用這些組件來開發分佈式應用服務。
（圖片來源：阿里云云棲號）

做爲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。本文也將通過項目工程演練的方式對Spring Cloud Alibaba中的服務治理組件Nacos與高可用防護組件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，阿里巴巴高級技術專家郭平 (坤宇) 宣佈了阿里巴巴的一個新開源項目 Nacos。

Nacos 支持幾乎所有主流類型的“服務”的發現、配置和管理：

Kubernetes Serviceg

RPC & Dubbo RPC Service

Spring Cloud RESTful Service
Nacos生態圖(來自Nacos官網)

3.1 安裝Nacos並啓動服務

獲取Nacos安裝文件並進行解壓

# 下載nacos最新版
 wget https://github.com/alibaba/nacos/releases/download/1.3.2/nacos-server-1.3.2.tar.gz
# 解壓文件
 tar -xvf  nacos-server-1.3.2.tar.gz
# 通過nacos-mysql.sql腳本建立數據庫
 cd nacos/conf
 vim nacos-mysql.sql

建立Nacos配置數據庫

 /******************************************/
/*   數據庫全名 = 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 '創建時間',
  `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 '租戶字段',
  `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`),
...

修改配置文件

 cd nacos/conf
 # 編輯配置文件
 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

運行nacos

cd nacos/bin
# 單機運行
sh startup.sh -m standalone

登錄nacos控制檯

3.2 建立微服務並向Nacos註冊服務

建立微服務工程項目
勾選Nacos Service Discovery依賴
打開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>

設置項目配置文件：application.yml

# 端口
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 開啓服務註冊發現功能

// 通過 Spring Cloud 原生註解 @EnableDiscoveryClient 開啓服務註冊發現功能
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {

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

}

建立HTTP接口的商品信息微服務,模擬返回商品列表

/**
 * 商品信息微服務-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("服務被調用:"+httpServletRequest.getRequestURI());
        return goods;
    }

}

啓動微服務程序
查看Nacos控制檯的服務中心列表，可以看到商品信息微服務已在Nacos註冊成功

3.3 建立微服務消費者進行服務調用

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項目；
打開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>
...

項目配置：application.yml

# 端口
server:
  port: 8090
# Spring配置
spring:
  application:
    name: user-consumer
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
        enabled: true

# 調用微服務超時時間設置
ribbon:
  ConnectTimeout: 5000
  ReadTimeout: 5000

# feign日誌以什麼級別監控哪個接口
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 開啓服務發現功能，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);
    }
}

創建Restful測試接口，通過該測試接口可發現並調用Nacos中註冊的商品信息微服務

/**
 * 用戶消費者--調用nacos服務中心的商品信息微服務，並對外提供RestFul接口測試
 */
@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();
        // 調用商品微服務
        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;
    }
}

運行服務消費者程序，並打開HttpClient工具進行測試

3.4 Nacos小結

Spring Cloud Alibaba 的Nacos組件可以完美取代Eureka做爲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。

四、Sentinel的基礎實踐

4.1 安裝Sentinel監控

通過https://github.com/alibaba/Sentinel/releases下載jar包

 # 下載服務端
 wget https://github.com/alibaba/Sentinel/releases/download/v1.8.0/sentinel- dashboard-1.8.0.jar
 # 啓動服務（默認端口爲8080）
 java -jar sentinel-dashboard-1.8.0.jar

登錄控制檯，默認用戶名與密碼爲sentinel

4.2 通過Sentinel對微服務提供方進行流量控制

對原有商品信息微服務提供者增加Sentinel依賴

<project>
		...
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
        </dependency>
        ...
</project>

修改項目配置文件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

運行微服務程序，通過Nacos控制檯觀察微服務註冊信息
我們再通過HttpClient工具訪問一下微服務的Api端口，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置菜單。

4.2.1 通過JMeter模擬高併發流量

設置20000個併發請求
設置HTTP請求地址：
設置報告輸出
啓動JMeter，觀察Sentinel控制檯,可以看到QPS的實時狀況。

4.2.2 設置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
給微服務接口的QPS設置閾值
再次啓動JMeter進行高併發測試，在控制檯中進行觀察，可以看到服務接口的QPS被限制在閾值以下。
JMeter結果列表中可以觀察到異常信息。

4.2.3 設置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

慢調用比例 (SLOW_REQUEST_RATIO)：選擇以慢調用比例作爲閾值，需要設置允許的慢調用 RT（即最大的響應時間），請求的響應時間大於該值則統計爲慢調用。當單位統計時長（statIntervalMs）內請求數目大於設置的最小請求數目，並且慢調用的比例大於閾值，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置的慢調用 RT 則結束熔斷，若大於設置的慢調用 RT 則會再次被熔斷。

在實時監控界面可以看到請求被拒絕，證明熔斷降級規則生效
在JMeter結果表格中也出現了大量失敗的調用請求

4.3 通過Sentinel對微服務調用方進行流量控制

Sentinel流程控制組件除了可以在微服務端進行必要的流量控制外，也可以在服務調用方的客戶端進行控。，
微服務調用方加入OpenFeign組件

<-- 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>

項目配置

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


# 調用微服務超時時間設置
ribbon:
  ConnectTimeout: 5000
  ReadTimeout: 5000


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

# 啓用sentinel
feign:
  sentinel:
    enabled: true

主啓動類增加註解

/**
 * 主啓動類
 */
 // 啓用Feign組件
@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，在服務調用者程序中映射微服務接口，並通過@FeignClient調用微服務，同時定義服務熔斷時如何處理(fallback)

/**
 * 映射商品微服務接口
 */
@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<>();
    }
}

服務調用者調用程序無需變化

/**
 * 用戶消費者--調用nacos服務中心的商品服務，並對外提供RestFul接口測試
 */
@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接口調用商品微服務
        try {
            List<GoodsDTO> goods = goodService.getGoods();
            user.setName("jack");
            user.setGoods(goods);
        } catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
        return user;
    }

}

接下來啓動微服務調用者，通過HttpClient工具進行測試，調用正常
進入到Sentinel控制檯，同樣可以看到消費者的Api接口

4.3.1 對服務調用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爲Feign調用生成了資源名策略定義，定義規則爲 [httpmethod :protocol://requesturl]（比如 GET:http://goods-service/api/goods）
爲便於測試，故意將QPS的單機閾值設爲0
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，服務調用請求已無法通過，故觸發fallback，返回空值。
服務調用者日誌信息提示服務已熔斷..

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調用鏈路分析。
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。

Spring Cloud Alibaba微服務生態的基礎實踐

一、背景

二、初識Spring Cloud Alibaba

三、Nacos的基礎實踐

3.1 安裝Nacos並啓動服務

3.2 建立微服務並向Nacos註冊服務

3.3 建立微服務消費者進行服務調用

3.4 Nacos小結

四、Sentinel的基礎實踐

4.1 安裝Sentinel監控

4.2 通過Sentinel對微服務提供方進行流量控制

4.2.1 通過JMeter模擬高併發流量

4.2.2 設置流控規則進行流量控制

4.2.3 設置降級規則進行流量控制

4.3 通過Sentinel對微服務調用方進行流量控制

4.3.1 對服務調用者中的服務提供方進行流量控制

4.4 Sentinel實踐小結

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