spring cloud grpc均衡连接 spring cloud实现负载均衡

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落笔成诗 2024-03-31 00:27:55

文章标签 springcloud java spring springboot ribbon 文章分类 云原生云计算

1.简介

负载均衡是指将负载分摊至多个执行单元上，常见的负载均衡有如下两种

1.服务器负载均衡.如Nginx:通过Nginx负载均衡策略，将请求转发至后端服务,如下图所示

spring cloud grpc均衡连接 spring cloud实现负载均衡_springboot

2.客户端负载均衡:以代码的形式封装至服务消费者服务上，消费者维护一份服务提供者信息列表，通过负载均衡策略将分摊给多个服务提供者，从而达到负载均衡目的

spring cloud grpc均衡连接 spring cloud实现负载均衡_java_02

2.使用RestTemplate与Ribbon进行消费服务

在上一篇基础上完成该案例演示，服务具体信息如下表所示

服务名	服务端口	作用
eureka-server	8761	注册中心
eureka-client	8762,8763	服务提供者
eureka-ribbon-client	8764	负载均衡客户端

新建服务eureka-ribbon-client
引入依赖

<dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>

配置application.yml

spring:
  application:
    name: eureka-ribbon-client

server:
  port: 8764

eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

书写启动类

注意启动类中需加载RestTemplate类

@EnableEurekaClient
@SpringBootApplication
public class EurekaRibbonClientApplication {

  public static void main(String[] args) {
    SpringApplication.run(EurekaRibbonClientApplication.class, args);
  }

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

写一个Restful API接口，用于远程调用8762和8763两个服务

@Service
public class RibbonService {

  @Resource
  private RestTemplate restTemplate;

  public String hi(String name){
    return restTemplate.getForObject("http://eureka-client/hi?name={1}", String.class, name);
  }
}

启动注册中心、两个服务提供者以及ribbon-client-service服务，查看注册中心

spring cloud grpc均衡连接 spring cloud实现负载均衡_springcloud_03

访问ribbon-client-service服务,会轮流输出两个服务提供者信息,表示负载均衡起作用了

3.LoadBalancerClient介绍

负载均衡器的核心类为LoadBalancerClient，我们可以通过LoadBalancerClient控制访问的服务，在此，新增一接口"/testLoadBalancer",通过LoadBalancerClient访问服务提供者。

新增接口

@RestController
public class EurekaRibbonClient {

 @Resource
 private LoadBalancerClient loadBalancerClient;

 @GetMapping("/testLoadBalancer")
 public String testRibbon() {
   ServiceInstance instance = loadBalancerClient.choose("eureka-client");
   return instance.getHost() + ":" + instance.getPort();
 }
}

启动服务，访问http://localhost:8764/testLoadBalancer,输出结果如下

127.0.0.1:8762
127.0.0.1:8763

Ribbon禁止从Eureka注册中心获取服务注册信息，而是自己维护服务实例列表
(1)配置application.yml

ribbon: # 禁止Ribbon从Euraka获取注册信息
  eureka:
    enabled: false
stores: # 设置本地服务注册信息
  ribbon:
    listOfServers: example.com,goole.com

(2)书写程序

@RestController
public class EurekaRibbonClient {

  @Resource
  private LoadBalancerClient loadBalancerClient;

  @GetMapping("/testLoadBalancer")
  public String testRibbon() {
    ServiceInstance instance = loadBalancerClient.choose("stores");
    return instance.getHost() + ":" + instance.getPort();
  }
}

(3) 启动工程，访问http://localhost:8764/testLoadBalancer,结果展示如下

example.com:80
google.com:80

结论
(1) Ribbon通过LoadBalancerClient从注册中心获取所有注册服务信息，并缓存至Ribbon本地
(2) LoadBalancerClient的choose根据传入的serviceId从注册服务列表中获取服务实例信息(ip及端口)
(3) 如果禁止Ribbon从Eureka获取注册列表信息，则需自己维护一份服务注册列表信息，根据自己维护的注册列表信息，实现负载均衡

4.Ribbon源码简单分析

Ribbon负载均衡过程
(1) 通过LoadBalancerAutoConfiguration类中如下代码，维护一个RestTemplate列表,同时初始化时，给每个restTemplate对象增加一个拦截器

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

(2) 拦截器主要对每个请求路径进行解析,最后将解析出的serviceId（serviceName）将给LoadBalancerClient处理

@Override
	public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
			final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
		final URI originalUri = request.getURI();
		String serviceName = originalUri.getHost();
		Assert.state(serviceName != null,
				"Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);
		return this.loadBalancer.execute(serviceName,
				this.requestFactory.createRequest(request, body, execution));
	}

(3) LoadBalancerClient则会根据传入的serviceId获取服务注册列表、缓存服务注册列表、检测服务注册列表是否变化、ping下游服务是否可用、根据配置的负载均衡策略进行服务调用

LoadBalancerClient实现功能过程
(1) 核心类LoadBalancerClient的choose()最终通过ILoadBalancer的实现类DynamicServerListLoadBalancer实现
(2) DynamicServerListLoadBalancer构造方法中需要初始:IClientConfig、IRule、IPing、ServerList、ServerListFilter五个属性

属性类	作用
IClientConfig	获取配置负载均衡客户端
IRule	配置负载均衡策略
IPing	检测负载均衡的服务是否可用
ServerList	获取注册中心服务注册列表
ServerListFilter	根据配置去过滤或动态获取符合条件的server列表方法

(3) 负载均衡策略

负载均衡策略的选择是根据IRule子类完成的，默认走的是轮询策略，常见的几个实现类如下表所示:

类名	作用
BestAvailableRule	选择最小请求数
ClientConfigEnabledRoundRobinRule	轮询
RandomRule	随机
RetryRule	根据轮询方式重试
WeightedResponseTimeRule	根据响应时间分配权重，权重越低，被选择可能性越低
ZoneAvoidanceRule	根据server的zone区域和可用性来轮训选择

IRule有3个方法，分别是choose(serviceId),setLoadBalancer(),getLoadBalancer()三个方法，分别是根据servcieId获取服务实例信息，设置和获取ILoadBalancer

(4) 检测要负载均衡的服务是否可用(IPing),Iping通过其子类完成服务检测，主要由如下几个子类实现:

类名	作用
PingUrl	真实地去ping某个url
PingConstant	固定返回某个服务是否可用，默认为true
NoOpPing	不去ping,直接返回true,即可用
DummyPing	直接返回true,并实现了initWithNiwsConfig方法
NIWSDiscoveryPing	根据DiscoveryEnabledServer的instanceInfo的InstanceStatus去判断，如果InstanceStatus.UP，则可用，否则不可用

(5) 获取注册服务列表(serverList)

方法名	作用
DynamicServerListLoadBalancer构造函数	初始化上述所需属性
DynamicServerListLoadBalancer->initWithNiwsConfig()	初始化信息
initWithNiwsConfig->restOfInit->updateListOfServers()	获取服务注册列表
updateListOfServers->serverListImpl.getUpdatedListOfServers()	具体获取注册列表服务实现
serverListImpl实现ServerList，实现类DiscoveryEnabledServer->obtainServersViaDiscovery->eurekaClientProvider.get()	获取Eureka中注册的服务
LegacyEurekaClientProvider->get()	具体实现

最终获取服务列表代码

class LegacyEurekaClientProvider implements Provider<EurekaClient> {

    private volatile EurekaClient eurekaClient;

    @Override
    public synchronized EurekaClient get() {
        if (eurekaClient == null) {
            eurekaClient = DiscoveryManager.getInstance().getDiscoveryClient();
        }

        return eurekaClient;
    }
}

(6) 负载均衡获取服务服务注册时间
BaseLoadBalancer构造函数中有一方法setupPingTask(),方法具体实现如下,根据如下代码可知，每隔10秒向EurekaClient发送一次心跳检测。

void setupPingTask() {
    if (canSkipPing()) {
        return;
    }
    if (lbTimer != null) {
        lbTimer.cancel();
    }
    lbTimer = new ShutdownEnabledTimer("NFLoadBalancer-PingTimer-" + name,
                                       true);
    lbTimer.schedule(new PingTask(), 0, pingIntervalSeconds * 1000);
    forceQuickPing();
}

(7) 查看定时任务代码，分析心跳检测具体实现
查看pingTask()方法，主要实现逻辑在runPinger(),而在runPinger()方法中通过pingerStrategy.pingServers(ping, allServers)获取服务可用性，检测是否与之前相同，如果相同则不拉取，如果不同则调用notifyServerStatusChangeListener(changedServers);向注册中心拉取服务列表，最终实现本地服务注册列表的更新

class PingTask extends TimerTask {
    public void run() {
        try {
            new Pinger(pingStrategy).runPinger();
        } catch (Exception e) {
            logger.error("LoadBalancer [{}]: Error pinging", name, e);
        }
    }
}
----------------------------------------------------------------------------------------
 public void runPinger() throws Exception {
    	...省略
        results = pingerStrategy.pingServers(ping, allServers);

        final List<Server> newUpList = new ArrayList<Server>();
        final List<Server> changedServers = new ArrayList<Server>();

        for (int i = 0; i < numCandidates; i++) {
            boolean isAlive = results[i];
            Server svr = allServers[i];
            boolean oldIsAlive = svr.isAlive();

            svr.setAlive(isAlive);

            if (oldIsAlive != isAlive) {
                changedServers.add(svr);
                logger.debug("LoadBalancer [{}]:  Server [{}] status changed to {}", 
                             name, svr.getId(), (isAlive ? "ALIVE" : "DEAD"));
            }

            if (isAlive) {
                newUpList.add(svr);
            }
        }
        upLock = upServerLock.writeLock();
        upLock.lock();
        upServerList = newUpList;
        upLock.unlock();

        notifyServerStatusChangeListener(changedServers);
    } finally {
        pingInProgress.set(false);
    }
}

5.Ribbon配置

5.1 设置全局策略

1.创建配置类
2.根据需求创建所需策略类

public class RibbonConfiguration{
	@Bean
	public IRule ribbonRule(){
	 	return new RandomRule();
}
}

5.2 定制化策略

1.创建配置类
2.自定义注解
3.启动类中排除自定义配置类

配置类

@Configuration
@AvoidScan
public class RibbonConfiguration {

  @Bean
  public IRule ribbonRule(){
    return new RandomRule();
  }
}

启动类，排除自定义配置

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
@EnableFeignClients
@RibbonClient(name="provider-service",configuration = RibbonConfiguration.class)
@ComponentScan(excludeFilters = {@ComponentScan.Filter(type= FilterType.ANNOTATION,value = {AvoidScan.class})})
public class RibbonFeignApplication {

  public static void main(String[] args) {
    SpringApplication.run(RibbonFeignApplication.class, args);
  }
}

5.3 配置方式配置策略

下表为配置策略相关类

配置项	说明
clientName.ribbon.NFLoadBalancerClassName	指定ILoadBalancer的实现类
clientName.ribbon.NFLoadBalancerRuleClassName	指定IRule的实现类
clientName.ribbon.NFLoadBalancerPingClassName	指定IPing的实现类
clientName.ribbon.NFWSServerListClassName	指定ServerList的实现类
clientName.ribbon.NIWSServerListFilterClassName	指定ServerListFilter的实现类

provider-service:
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule
    ConnectTimeout: 30000
    ReadTimeout: 30000
    MaxAutoRetries: 1 #对第一次请求的服务重试次数
    MaxAutoRetriesNextServer: 1 #要重试的下一个服务的最大数量(不包括第一个服务)
    OkToRetryOnAllOperations: true
ribbon:
  eager-load: # ribbon的饥饿加载，应对第一次调用加载时间长，超时而调用不成功情况
    enabled: true
    clients: provider-service