拜托！面试请不要再问我Spring Cloud底层原理

时间 2019-11-05 标签拜托面试不要再问 spring cloud 底层原理

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概述

毫无疑问，Spring Cloud是目前微服务架构领域的翘楚，无数的书籍博客都在讲解这个技术。不过大多数讲解还停留在对Spring Cloud功能使用的层面，其底层的不少原理，不少人可能并不知晓。所以本文将经过大量的手绘图，给你们谈谈Spring Cloud微服务架构的底层原理。缓存

实际上，Spring Cloud是一个全家桶式的技术栈，包含了不少组件。本文先从其最核心的几个组件入手，来剖析一下其底层的工做原理。也就是Eureka、Ribbon、Feign、Hystrix、Zuul这几个组件。

1、业务场景介绍

先来给你们说一个业务场景，假设我们如今开发一个电商网站，要实现支付订单的功能，流程以下：

建立一个订单后，若是用户马上支付了这个订单，咱们须要将订单状态更新为“已支付”
扣减相应的商品库存
通知仓储中心，进行发货
给用户的此次购物增长相应的积分

针对上述流程，咱们须要有订单服务、库存服务、仓储服务、积分服务。整个流程的大致思路以下：

用户针对一个订单完成支付以后，就会去找订单服务，更新订单状态
订单服务调用库存服务，完成相应功能
订单服务调用仓储服务，完成相应功能
订单服务调用积分服务，完成相应功能

至此，整个支付订单的业务流程结束

下图这张图，清晰代表了各服务间的调用过程：

好！有了业务场景以后，我们就一块儿来看看Spring Cloud微服务架构中，这几个组件如何相互协做，各自发挥的做用以及其背后的原理。

2、Spring Cloud核心组件：Eureka

我们来考虑第一个问题：订单服务想要调用库存服务、仓储服务，或者积分服务，怎么调用？

订单服务压根儿就不知道人家库存服务在哪台机器上啊！他就算想要发起一个请求，都不知道发送给谁，有心无力！
这时候，就轮到Spring Cloud Eureka出场了。Eureka是微服务架构中的注册中心，专门负责服务的注册与发现。

我们来看看下面的这张图，结合图来仔细剖析一下整个流程：

如上图所示，库存服务、仓储服务、积分服务中都有一个Eureka Client组件，这个组件专门负责将这个服务的信息注册到Eureka Server中。说白了，就是告诉Eureka Server，本身在哪台机器上，监听着哪一个端口。而Eureka Server是一个注册中心，里面有一个注册表，保存了各服务所在的机器和端口号

订单服务里也有一个Eureka Client组件，这个Eureka Client组件会找Eureka Server问一下：库存服务在哪台机器啊？监听着哪一个端口啊？仓储服务呢？积分服务呢？而后就能够把这些相关信息从Eureka Server的注册表中拉取到本身本地缓存起来。

这时若是订单服务想要调用库存服务，不就能够找本身本地的Eureka Client问一下库存服务在哪台机器？监听哪一个端口吗？收到响应后，紧接着就能够发送一个请求过去，调用库存服务扣减库存的那个接口！同理，若是订单服务要调用仓储服务、积分服务，也是如法炮制。

总结一下：

Eureka Client：负责将这个服务的信息注册到Eureka Server中
Eureka Server：注册中心，里面有一个注册表，保存了各个服务所在的机器和端口号

3、Spring Cloud核心组件：Feign

如今订单服务确实知道库存服务、积分服务、仓库服务在哪里了，同时也监听着哪些端口号了。可是新问题又来了：难道订单服务要本身写一大堆代码，跟其余服务创建网络链接，而后构造一个复杂的请求，接着发送请求过去，最后对返回的响应结果再写一大堆代码来处理吗？

这是上述流程翻译的代码片断，我们一块儿来看看，体会一下这种绝望而无助的感觉！！！

友情提示，前方高能：

看完上面那一大段代码，有没有感到后背发凉、一身冷汗？实际上你进行服务间调用时，若是每次都手写代码，代码量比上面那段要多至少几倍，因此这个事压根儿就不是地球人能干的。

既然如此，那怎么办呢？别急，Feign早已为咱们提供好了优雅的解决方案。来看看若是用Feign的话，你的订单服务调用库存服务的代码会变成啥样？

看完上面的代码什么感受？是否是感受整个世界都干净了，又找到了活下去的勇气！没有底层的创建链接、构造请求、解析响应的代码，直接就是用注解定义一个 FeignClient接口，而后调用那个接口就能够了。人家Feign Client会在底层根据你的注解，跟你指定的服务创建链接、构造请求、发起靕求、获取响应、解析响应，等等。这一系列脏活累活，人家Feign全给你干了。

那么问题来了，Feign是如何作到这么神奇的呢？很简单，Feign的一个关键机制就是使用了动态代理。我们一块儿来看看下面的图，结合图来分析：

首先，若是你对某个接口定义了@FeignClient注解，Feign就会针对这个接口建立一个动态代理
接着你要是调用那个接口，本质就是会调用 Feign建立的动态代理，这是核心中的核心
Feign的动态代理会根据你在接口上的@RequestMapping等注解，来动态构造出你要请求的服务的地址
最后针对这个地址，发起请求、解析响应

4、Spring Cloud核心组件：Ribbon

说完了Feign，还没完。如今新的问题又来了，若是人家库存服务部署在了5台机器上，以下所示：

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

这下麻烦了！人家Feign怎么知道该请求哪台机器呢？

这时Spring Cloud Ribbon就派上用场了。Ribbon就是专门解决这个问题的。它的做用是负载均衡，会帮你在每次请求时选择一台机器，均匀的把请求分发到各个机器上
Ribbon的负载均衡默认使用的最经典的Round Robin轮询算法。这是啥？简单来讲，就是若是订单服务对库存服务发起10次请求，那就先让你请求第1台机器、而后是第2台机器、第3台机器、第4台机器、第5台机器，接着再来—个循环，第1台机器、第2台机器。。。以此类推。

此外，Ribbon是和Feign以及Eureka紧密协做，完成工做的，具体以下：

首先Ribbon会从 Eureka Client里获取到对应的服务注册表，也就知道了全部的服务都部署在了哪些机器上，在监听哪些端口号。
而后Ribbon就可使用默认的Round Robin算法，从中选择一台机器
Feign就会针对这台机器，构造并发起请求。

对上述整个过程，再来一张图，帮助你们更深入的理解：

5、Spring Cloud核心组件：Hystrix

在微服务架构里，一个系统会有不少的服务。以本文的业务场景为例：订单服务在一个业务流程里须要调用三个服务。如今假设订单服务本身最多只有100个线程能够处理请求，而后呢，积分服务不幸的挂了，每次订单服务调用积分服务的时候，都会卡住几秒钟，而后抛出—个超时异常。

我们一块儿来分析一下，这样会致使什么问题？

若是系统处于高并发的场景下，大量请求涌过来的时候，订单服务的100个线程都会卡在请求积分服务这块。致使订单服务没有一个线程能够处理请求
而后就会致使别人请求订单服务的时候，发现订单服务也挂了，不响应任何请求了

上面这个，就是微服务架构中恐怖的服务雪崩问题，以下图所示：

如上图，这么多服务互相调用，要是不作任何保护的话，某一个服务挂了，就会引发连锁反应，致使别的服务也挂。好比积分服务挂了，会致使订单服务的线程所有卡在请求积分服务这里，没有一个线程能够工做，瞬间致使订单服务也挂了，别人请求订单服务所有会卡住，没法响应。

可是咱们思考一下，就算积分服务挂了，订单服务也能够不用挂啊！为何？

咱们结合业务来看：支付订单的时候，只要把库存扣减了，而后通知仓库发货就OK了
若是积分服务挂了，大不了等他恢复以后，慢慢人肉手工恢复数据！为啥必定要由于一个积分服务挂了，就直接致使订单服务也挂了呢？不能够接受！

如今问题分析完了，如何解决？

这时就轮到Hystrix闪亮登场了。Hystrix是隔离、熔断以及降级的一个框架。啥意思呢？说白了，Hystrix会搞不少个小小的线程池，好比订单服务请求库存服务是一个线程池，请求仓储服务是一个线程池，请求积分服务是一个线程池。每一个线程池里的线程就仅仅用于请求那个服务。

打个比方：如今很不幸，积分服务挂了，会咋样？

固然会致使订单服务里那个用来调用积分服务的线程都卡死不能工做了啊！但因为订单服务调用库存服务、仓储服务的这两个线程池都是正常工做的，因此这两个服务不会受到任何影响。

这个时候若是别人请求订单服务，订单服务仍是能够正常调用库存服务扣减库存，调用仓储服务通知发货。只不过调用积分服务的时候，每次都会报错。可是若是积分服务都挂了，每次调用都要去卡住几秒钟干啥呢？有意义吗？固然没有！因此咱们直接对积分服务熔断不就得了，好比在5分钟内请求积分服务直接就返回了，不要去走网络请求卡住几秒钟，这个过程，就是所谓的熔断！

那人家又说，兄弟，积分服务挂了你就熔断，好歹你干点儿什么啊！别啥都不干就直接返回啊？没问题，我们就来个降级：每次调用积分服务，你就在数据库里记录一条消息，说给某某用户增长了多少积分，由于积分服务挂了，致使没增长成功！这样等积分服务恢复了，你能够根据这些记录手工加一下积分。这个过程，就是所谓的降级。

为帮助你们更直观的理解，接下来用一张图，梳理一下Hystrix隔离、熔断和降级的全流程：

6、Spring Cloud核心组件：Zuul

说完了Hystrix，接着给你们说说最后一个组件：Zuul，也就是微服务网关。这个组件是负责网络路由的。不懂网络路由？行，那我给你说说，若是没有Zuul的平常工做会怎样？

假设你后台部署了几百个服务，如今有个前端兄弟，人家请求是直接从浏览器那儿发过来的。打个比方：人家要请求一下库存服务，你难道还让人家记着这服务的名字叫作inventory-service？部署在5台机器上？就算人家肯记住这一个，你后台可有几百个服务的名称和地址呢？难不成人家请求一个，就得记住一个？你要这样玩儿，那真是友谊的小船，说翻就翻！

上面这种状况，压根儿是不现实的。因此通常微服务架构中都必然会设计一个网关在里面，像android、ios、pc前端、微信小程序、H5等等，不用去关心后端有几百个服务，就知道有一个网关，全部请求都往网关走，网关会根据请求中的一些特征，将请求转发给后端的各个服务。

并且有一个网关以后，还有不少好处，好比能够作统一的降级、限流、认证受权、安全，等等。

7、总结：

最后再来总结一下，上述几个Spring Cloud核心组件，在微服务架构中，分别扮演的角色：

Eureka：各个服务启动时，Eureka Client都会将服务注册到Eureka Server，而且Eureka Client还能够反过来从Eureka Server拉取注册表，从而知道其余服务在哪里
Ribbon：服务间发起请求的时候，基于Ribbon作负载均衡，从一个服务的多台机器中选择一台
Feign：基于Feign的动态代理机制，根据注解和选择的机器，拼接请求URL地址，发起请求
Hystrix：发起请求是经过Hystrix的线程池来走的，不一样的服务走不一样的线程池，实现了不一样服务调用的隔离，避免了服务雪崩的问题
Zuul：若是前端、移动端要调用后端系统，统一从Zuul网关进入，由Zuul网关转发请求给对应的服务

以上就是咱们经过一个电商业务场景，阐述了Spring Cloud微服务架构几个核心组件的底层原理。

文字总结还不够直观？没问题！咱们将Spring Cloud的5个核心组件经过一张图串联起来，再来直观的感觉一下其底层的架构原理：

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