Spring Cloud 总结 - 调用远程服务的三种方式及原理分析

时间：2022-12-19 20:53:34

一个简单的微服务架构图

本文设计的 Spring Cloud 版本以及用到的 Spring Cloud 组件

  • Spring Cloud Hoxton.SR5
  • eureka
  • feign
  • ribbon

Spring Cloud 总结 - 调用远程服务的三种方式及原理分析

后面的内容都将围绕上面的图来分析.

调用远程服务的三种方式

在 Spring Cloud 服务架构中, 一个服务可能部署多个实例, 通常情况下, 这个时候请求一个服务接口, 是需要通过 服务名 去调用的, 比如: http://user-service/getUser.

然后在 外力 的帮助下, 通过服务名拿到多个实例的地址列表, 再借助负载均衡算法, 从地址列表中选择一个具体的地址, 发送 HTTP 请求.

具体的做法分为如下三种:

一、基于 RestTemplate 和 @LoadBalanced 注解

RestTemplate 是 spring-web 包提供的, 用来调用 HTTP 接口的工具类, 它提供了 GET、POST 等常用的请求方法.使用方式如下:

  1. 添加到 spring 容器
@Bean
public RestTemplate restTemplate() {
  return new RestTemplate();
}
  1. 使用前注入依赖
@Autowired
private RestTemplate restTemplate;
  1. 常用 API
// 发送 GET 请求
restTemplate.getForObject(...)

// 发送 POST 请求
restTemplate.postForObject(...)
  
// 自定义
restTemplate.execute(...)

按照上面那种简单的写法, 我们只能调用有明确 IP 和 端口 的接口, 要想实现我们的需求, 至少要做两件事情:

  1. 根据服务名拿到服务实例的信息

  2. 负载均衡算法

RestTemplate 提供了拦截器的功能 ClientHttpRequestInterceptor, 开发者可以 手动编码 实现上面两个功能. Spring Cloud 已经帮我们实现了这个功能.使用方式如下:

  1. 在原有基础上加上 @LoadBalanced 注解
@Bean
@LoadBalanced
public RestTemplate restTemplate() {
  return new RestTemplate();
}
  1. 调用接口时,传入服务名称
User user = restTemplate.getForObject("http://user-service/getUser", User.class);

一个注解就帮我们完成了负载均衡.

二、基于 DiscoveryClient

org.springframework.cloud.client.discovery.DiscoveryClient 可以帮我们实现服务发现的功能, 只要我们拿到服务对应的实例信息, 后面 负载均衡 可以手动编码实现.

  1. 注入依赖
@Autowired
private DiscoveryClient discoveryClient;
  1. 获取注册中心服务实例列表
List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances("user-service");
  1. 选取一个实例的地址信息, 发送请求

三、基于 Feign 的声明式调用

  1. 在启动类上加对应的注解.
@EnableFeignClients
  1. 声明接口
@FeignClient("user-service")
public interface UserFeignClient {

    @GetMapping("/getUser")
    User getUser();
}

原理分析

关于源码分析部分, 本文并不会逐行分析, 只会把 关键方法 注释说明(如果读者自行 debug, 是不会迷路的.), 中间很多无聊的方法跳转的过程都省略了.

RestTemplate 与 @LoadBalanced 注解的带来的 “化学反应”

先看一下大致的实现思路.

Spring Cloud 总结 - 调用远程服务的三种方式及原理分析

1. 以 @LoadBalanced 为入口开启源码之旅

源码注释的大概意思是, 在 RestTemplate 上加上这个注解, 就能使用 LoadBalancerClient 接口做一些事情, 通过查看这个接口的注释, 它能提供的能力跟负载均衡相关.

所以,到这里我们已经清楚的了解到 @LoadBalanced 注解能为我们提供 负载均衡 的能力, 下面就需要弄清楚底层是如何实现负载均衡的.

Annotation to mark a RestTemplate or WebClient bean to be configured to use a LoadBalancerClient

通过查看源代码, 我们在如下两个地方看到了 @LoadBalanced 的使用, 通过调试发现, 断点根本没有走到第二个地方.

public class LoadBalancerAutoConfiguration {

	@LoadBalanced
	@Autowired(required = false)
	private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();
}

public class LoadBalancerWebClientBuilderBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

	@Override
	public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName)
			throws BeansException {
		if (bean instanceof WebClient.Builder) {
			if (context.findAnnotationOnBean(beanName, LoadBalanced.class) == null) {
				return bean;
			}
			((WebClient.Builder) bean).filter(exchangeFilterFunction);
		}
		return bean;
	}

}

所以我们还是要把目光聚焦到下面的源代码:

public class LoadBalancerAutoConfiguration {

	@LoadBalanced
	@Autowired(required = false)
	private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();
}

这里我通过描述这块代码的逻辑, 来引出一个有趣的 Spring 相关的知识点(关于这个知识点原理, 可以先直接跳到文末 Spring @Qualifier 注解的妙用):

首先, 我们应该知道, 通过如下方式, 我们可以把 Spring 容器中的所有 RestTemplate 类型的 Bean 对象添加到下面的集合中.

@Autowired
private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();

而我们在上面的基础上再加上 @LoadBalanced 注解, 那么这个集合收集的元素就加了一层限制条件, 集合中的 Bean 不仅要是 RestTemplate 类型, 而且 Bean 在声明时, 必须加上 @LoadBalanced 注解, 比如下面的声明方式:

@Bean
@LoadBalanced
public RestTemplate restTemplate() {
  return new RestTemplate();
}

然后我们接着看 Spring Cloud 如何对 RestTemplate 进行加工的

public class LoadBalancerAutoConfiguration {

	@LoadBalanced
	@Autowired(required = false)
	private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();

	@Autowired(required = false)
	private List<LoadBalancerRequestTransformer> transformers = Collections.emptyList();

  // 第一步: 遍历 restTemplates 集合
	@Bean
	public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializerDeprecated(
			final ObjectProvider<List<RestTemplateCustomizer>> restTemplateCustomizers) {
		return () -> restTemplateCustomizers.ifAvailable(customizers -> {
			for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {
        // RestTemplateCustomizer#customize
				for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {
					customizer.customize(restTemplate);
				}
			}
		});
	}


	@Configuration(proxyBeanMethods = false)
	@ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
	static class LoadBalancerInterceptorConfig {

    // 第二步: 进行自定义操作, 也就是把 LoadBalancerInterceptor 这个我们文章开头提到的拦截器设置进去.
		@Bean
		@ConditionalOnMissingBean
		public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(
				final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {
			return restTemplate -> {
				List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(
						restTemplate.getInterceptors());
				list.add(loadBalancerInterceptor);
				restTemplate.setInterceptors(list);
			};
		}

	}

到此为止, 程序启动前的一些关键步骤已经搞清楚了, 下面继续分析调用流程.

2. 请求调用流程

源码入口:

User user = restTemplate.getForObject("http://user-service/getUser", User.class);

顺着 getForObject 进到关键方法

public class RestTemplate  {
  
  // doExecute
  protected <T> T doExecute(URI url, @Nullable HttpMethod method, @Nullable RequestCallback requestCallback,
			@Nullable ResponseExtractor<T> responseExtractor) throws RestClientException {

    	// 创建请求对象
      // 这里最终其实通过 InterceptingClientHttpRequestFactory#createRequest 方法
      // 创建了 InterceptingClientHttpRequest 
			ClientHttpRequest request = createRequest(url, method);
			response = request.execute();
		
	}
}

紧接着 看 InterceptingClientHttpRequest 的 execute 方法

class InterceptingClientHttpRequest extends AbstractBufferingClientHttpRequest {


  // 第一步: 执行完父类的 execute 方法后, 会来到这里.
	@Override
	protected final ClientHttpResponse executeInternal(HttpHeaders headers, byte[] bufferedOutput) throws IOException {
		InterceptingRequestExecution requestExecution = new InterceptingRequestExecution();
		return requestExecution.execute(this, bufferedOutput);
	}


	private class InterceptingRequestExecution implements ClientHttpRequestExecution {

		private final Iterator<ClientHttpRequestInterceptor> iterator;

		public InterceptingRequestExecution() {
			this.iterator = interceptors.iterator();
		}
		 
    // 第二步: 先 执行前面设置的拦截器 LoadBalancerInterceptor 通过 服务名, + 负载均衡 , 拿到其中一个实例的请求地址.
    // 然后根据真实的地址, 发送 http 请求.
		@Override
		public ClientHttpResponse execute(HttpRequest request, byte[] body) throws IOException {
        // 先 执行前面设置的拦截器 LoadBalancerInterceptor 通过 服务名, + 负载均衡 , 拿到其中一个实例的请求地址.
				nextInterceptor.intercept(request, body, this);  
        // 然后根据真实的地址, 发送 http 请求.  AbstractClientHttpRequest#execute      
				return delegate.execute();
			}
		}
	}

}

LoadBalancerInterceptor 的负载均衡处理

到这里, 我们就可以回答开头提到的问题: @LoadBalanced 是如何给 RestTemplate 提供负载均衡能力的, 众所周知 Ribbon 的能力就 负载均衡.

源码再往后看就是 Ribbon 的领域了, 我们不再继续深究. 后面可以单独写一篇文章对 Ribbon 的原理和源码进行分析.

public class LoadBalancerInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {

  // 看到这里, 我们应该回想到一开始说的, @LoadBalanced 注解的相关注释说明.
  // 加上 @LoadBalanced 注解, 我们就能给 RestTemplate 赋予负载均衡的能力.
	private LoadBalancerClient loadBalancer;

	@Override
	public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
			final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
		
    // 因为我们集成了 Ribbon、 所以这里 loadBalancer 就是 RibbonLoadBalancerClient
		return this.loadBalancer.execute(serviceName,
				this.requestFactory.createRequest(request, body, execution));
	}

}

Spring @Qualifier 注解的妙用

/**
 * This annotation may be used on a field or parameter as a qualifier for
 * candidate beans when autowiring. It may also be used to annotate other
 * custom annotations that can then in turn be used as qualifiers.
 */
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.METHOD, ElementType.PARAMETER, ElementType.TYPE, ElementType.ANNOTATION_TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
@Documented
public @interface Qualifier {

	String value() default "";

}

不管是根据上面的注释, 还是我们的使用经验来讲, 我们都应该知道 @Qualifier这个注解：它起到的是限定, “精确匹配”Bean 的作用，比如: 当同一类型的 Bean 有多个不同实例时，可通过此注解来做 筛选或匹配。

然后再来看下这个注解的一段注释:

It may also be used to annotate other custom annotations that can then in turn be used as qualifiers.

简单翻一下就是: @Qualifier 可以注解其他 自定义的注解, 然后这些 自定义注解 就可以反过来为我们注入 Bean 时, 起到限定的作用(上面已经讲过它限定了什么).

于是我们再回过头看下 @LoadBalanced 注解源码:

@Target({ ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Qualifier
public @interface LoadBalanced {

}

从上可以看出, 这个自定义注解上是包含 @Qualifier, 所以 @LoadBalanced 注解是可以在我们注入 bean 时, 起到限定作用的.

关于 @Qualifier详细的源码和原理分析 可以围绕 QualifierAnnotationAutowireCandidateResolver 这个类做检索, 这里不再详细阐述.

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