微服务必须具备的 3 个基本功能！

Posted 2021-06-09 Java技术栈

作者：fredalxin
地址：https://fredal.xin/talking-msa-a-msa-request

在我们对微服务架构有了整体的认识，并且具备了服务化的前提后，一个完整的微服务请求需要涉及到哪些内容呢？

这其中包括了微服务框架所具备的三个基本功能：

• 服务的发布与引用
• 服务的注册与发现
• 服务的远程通信

服务的发布与引用

首先我们面临的第一个问题是，如何发布服务和引用服务。具体一点就是，这个服务的接口名是啥，有哪些参数，返回值是什么类型等等，通常也就是接口描述信息。

常见的发布和引用的方式包括:

• RESTful API / 声明式Restful API
• XML
• IDL

一般来讲，不管使用哪种方式，服务端定义接口与实现接口都是必要的，例如：

@exa(id = "xxx")
public interface testApi {

    @PostMapping(value = "/soatest/{id}")
    String getResponse(@PathVariable(value = "id") final Integer index, @RequestParam(value = "str") final String Data);
    }
    
}

具体实现如下:

public class testApiImpl implements testApi{

    @Override
    String getResponse(final Integer index, final String Data){
        return "ok";
    }
    
}

声明式Restful API

这种常使用HTTP或者HTTPS协议调用服务，相对来说，性能稍差。

首先服务端如上定义接口并实现接口，随后服务提供者可以使用类似restEasy这样的框架通过servlet的方式发布服务，而服务消费者直接引用定义的接口调用。

除此之外还有一种类似feign的方式，即服务端的发布依赖于springmvc controller，框架只基于客户端模板化http请求调用。这种情况下需接口定义与服务端controller协商一致，这样客户端直接引用接口发起调用即可。

XML

使用私有rpc协议的都会选择xml配置的方式来描述接口，比较高效，例如dubbo、motan等。

同样服务端如上定义接口并实现接口，服务端通过server.xml将文件接口暴露出去。服务消费者则通过client.xml引用需要调用的接口。

但这种方式对业务代码入侵较高，xml配置有变更时候，服务消费者和服务提供者都需要更新。

IDL

IDL是接口描述语言，常用于跨语言之间的调用，最常用的IDL包括Thrift协议以及gRpc协议。例如gRpc协议使用Protobuf来定义接口，写好一个proto文件后，利用语言对应的protoc插件生成对应server端与client端的代码，便可直接使用。

但是如果参数字段非常多，proto文件会显得非常大难以维护。并且如果字段经常需要变更，例如删除字段，PB就无法做到向前兼容。

一些tips

不管哪种方式，在接口变更的时候都需要通知服务消费者。消费者对api的强依赖性是很难避免的，接口变更引起的各种调用失败也十分常见。所以如果有变更，尽量使用新增接口的方式，或者给每个接口定义好版本号吧。

在使用上，大多数人的选择是对外Restful，对内Xml，跨语言IDL。

一些问题

在实际的服务发布与引用的落地上，还会存在很多问题，大多和配置信息相关。例如一个简单的接口调用超时时间配置，这个配置应该配在服务级别还是接口级别？是放在服务提供者这边还是服务消费者这边？

在实践中，大多数服务消费者会忽略这些配置，所以服务提供者自身提供默认的配置模板是有必要的，相当于一个预定义的过程。每个服务消费者在继承服务提供者预定义好的配置后，还需要能够进行自定义的配置覆盖。

但是，比方说一个服务有100个接口，每个接口都有自身的超时配置，而这个服务又有100个消费者，当服务节点发生变更的时候，就会发生100*100次注册中心的消息通知，这是比较可怕的，就有可能引起网络风暴。

服务的注册与发现

假设你已经发布了服务，并在一台机器上部署了服务，那么消费者该怎样找到你的服务的地址呢？

也许有人会说是DNS，但DNS有许多缺陷：

• 维护麻烦，更新延迟
• 无法在客户端做负载均衡
• 不能做到端口级别的服务发现

其实在分布式系统中，有个很重要的角色，叫注册中心，便是用于解决该问题。

使用注册中心寻址并调用的过程如下:

• 服务启动时，向注册中心注册自身，并定期发送心跳汇报存活状态。
• 客户端调用服务时，向注册中心订阅服务，并将节点列表缓存至本地，再与服务端建立连接(当然这儿可以lazy load)。发起调用时，在本地缓存节点列表中，基于负载均衡算法选取一台服务端发起调用。
• 当服务端节点发生变更，注册中心能感知到后通知到客户端。

注册中心的实现主要需要考虑以下这些问题:

• 自身一致性与可用性
• 注册方式
• 存储结构
• 服务健康监测
• 状态变更通知

一致性与可用性

一个老旧的命题，即分布式系统中的CAP(一致性、可用性、分区容错性)。我们知道同时满足CAP是不可能的，那么便需要有取舍。常见的注册中心大致分为CP注册中心以及AP注册中心。

CP注册中心

比较典型的就是zookeeper、etcd以及consul了，牺牲可用性来保证了一致性，通过zab协议或者raft协议来保证一致性。

AP注册中心

牺牲一致性来保证可用性，感觉只能列出eureka了。eureka每个服务器单独保存节点列表，可能会出现不一致的情况。

从理论上来说，仅用于注册中心，AP型是远比CP型合适的。可用性的需求远远高于一致性，一致性只要保证最终一致即可，而不一致的时候还可以使用各种容错策略进行弥补。

保障高可用性其实还有很多办法，例如集群部署或者多IDC部署等。Consul就是多IDC部署保障可用性的典型例子，它使用了wan gossip来保持跨机房状态同步。

注册方式

有两种与注册中心交互的方式，一种是通过应用内集成sdk，另一种则是通过其他方式在应用外间接与注册中心交互。

应用内

这应该就是最常见的方式了，客户端与服务端都集成相关sdk与注册中心进行交互。例如选择zookeeper作为注册中心，那么就可以使用curator sdk进行服务的注册与发现。

应用外

consul提供了应用外注册的解决方案，consul agent或者第三方Registrator可以监听服务状态，从而负责服务提供者的注册或销毁。而Consul Template则可以做到定时从注册中心拉取节点列表，并刷新LB配置（例如通过nginx的upstream），这样就相当于完成了服务消费者端的负载均衡。

存储结构

注册中心存储相关信息一般采取目录化的层次结构，一般分为服务-接口-节点信息。

同时注册中心一般还会进行分组，分组的概念很广，可以是根据机房划分也可以根据环境划分。

节点信息主要会包括节点的地址(ip和端口号)，还有一些节点的其他信息，比如请求失败的重试次数、超时时间的设置等等。

当然很多时候，其实可能会把接口这一层给去掉，因为考虑到接口数量很多的情况下，过多的节点会造成很多问题，比如之前说的网络风暴。

服务健康监测

服务存活状态监测也是注册中心的一个必要功能。在zookeeper中，每个客户端都会与服务端保持一个长连接，并生成一个session，在session过期周期内，通过客户端定时向服务端发送心跳包来检测链路是否正常，服务端则重置下次session的过期时间，如果session过期周期内都没有检测到客户端的心跳包，那么就会认为它已经不可用了，将其从节点列表中移除。

状态变更通知

在注册中心具备服务健康检测能力后，还需要将状态变更通知到客户端。在zookeeper中，可以通过监听器watcher的process方法来获取服务变更。

服务的远程通信

在上面，服务消费者已经正确引用了服务，并发现了该服务的地址，那么如何向这个地址发起请求呢？要解决服务间的远程通信问题，我们需要考虑一些问题：

• 网络I/O的处理
• 传输协议
• 序列化方式

网络I/O的处理

简单来说，就是客户端是怎么处理请求？服务端又是怎么处理请求的？

先从客户端来说，我们创建连接的时机可以是从注册中心获取到节点信息的时候，但更多时候，我们会选择在第一次请求发起调用的时候去创建连接。此外，我们往往会为该节点维护一个连接池，进行连接复用。

如果是异步的情况下，我们还需要为每一个请求编号，并维护一个请求池，从而在响应返回时找到对应的请求。当然这并不是必须的，很多框架会帮我们干好这些事情，比如rxNetty。

从服务端来说，处理请求的方式就可以追溯到unix的5种IO模型了。我们可以直接使用Netty、MINA等网络框架来处理服务端请求，或者如果你有十分的兴趣，可以自己实现一个通信框架。

传输协议

最常见的当然是直接使用Http协议，使用双方无需关注和了解协议内容，方便直接，但自然性能上会有所折损。

还有就是目前比较火热的http2协议，拥有二进制数据、头部压缩、多路复用等许多优良特性。但从自身的实践上看，http2要走到生产仍有一段距离，一个最简单的例子，升级到http2后所有的header names都变成小写，同时不是case-insenstive了，这时候就会有兼容性问题。

当然如果追求更高效与可控的传输，可以定制私有协议并基于tcp进行传输。私有协议的定制需要通信双方都了解其特性，设计上还需要注意预留好扩展字段，以及处理好粘包分包等问题。

序列化方式

在网络传输的前后，往往都需要在发送端进行编码，在服务端进行解码，这样主要是为了在网络传输时候减少数据传输量。

常用的序列化方式包括文本类的，例如XML/JSON，还有二进制类型的，例如Protobuf/Thrift等。在选择序列化的考虑上，一是性能，Protobuf的压缩大小和压缩速度都会比JSON快很多，性能也更好。二是兼容性上，相对来说，JSON的前后兼容性会强一些，可以用于接口经常变化的场景。

在此还是需要强调，使用每一种序列化都需要了解过其特性，并在接口变更的时候拿捏好边界。例如jackson的FAIL_ON_UNKNOW_PROPERTIES属性、kryo的CompatibleFieldSerializer、jdk序列化会严格比较serialVersionUID等等。

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