Netflix之后，如何用Spring Cloud 新组件构建微服务架构？

作者 | Piotr Mińkowsk

译者 | 张卫滨

策划 | 万佳

不久前，Spring 正式发布新版本，该版本最大的变化是移除了多个之前处于维护模式的 Netflix 组件，如 Ribbon、Hystrix 和 Zuul。本文基于 Spring Cloud 新组件，阐述了如何构建微服务架构。

2020 年 12 月 22 日，Spring 在官方博客正式发布 2020.0.0 版本（即 Ilford），这是一个采用新命名规范的版本，但是， 更引人关注的是该版本移除了多个之前处于维护模式的 Netflix 组件，如 Ribbon、Hystrix 和 Zuul。唯一剩余的模块是Eureka 。这些变化对 Spring Cloud 来说是很重要的，因为从诞生之初，Spring Cloud 就因为与 Netflix 组件的集成得到广泛认可。此外，Spring Cloud Netflix 仍然是 GitHub 上最受欢迎的 Spring Cloud 项目（约有 4200 star）。

https://spring.io/blog/2020/12/22/spring-cloud-2020-0-0-aka-ilford-is-available

在将 Netflix 组件转入维护模式的同时，Spring 团队已经开始着手准备替代方案了。因此，Ribbon 将被 Spring Cloud Load Balancer 取代，Hystrix 将被建立在 Resilience4J 库之上的 Spring Cloud Circuit Breaker 取代。Spring Cloud Gateway 是 Zuul 的竞争解决方案，目前已是一个很受欢迎的项目，在 Ilford 版本后，它将是 API 网关方面的唯一方案。

本文的主要目的是指导你使用新的 Spring Cloud 组件构建微服务架构，替换废弃的 Netflix 项目。示例应用的源码可以在 GitHub 上的仓库中找到。

https://github.com/piomin/course-spring-microservices.git

1 架构

下图展现了我们样例系统的架构。在这里，我们包含了微服务的特征元素，如 API 网关、服务发现server以及配置server。接下来，我会展示如何使用提供了这些模式的 Spring Cloud 组件。目前，向系统中添加 API 网关的主要组件是 Spring Cloud Gateway 。

Spring Cloud 提供了与多个可用作服务发现服务器的方案的集成，包括 Netflix Eureka、HashiCorp Consul、Alibaba Nacos 和 Apache ZooKeeper。其中，最流行的是前两者。 Spring Cloud Netflix Eureka 专门用于服务发现，而 Spring Cloud Consul 可同时通过 Consul Services 实现服务发现，通过 Consul Key/Value 引擎实现分布式跟踪特性。

Spring Cloud Config 只负责提供一个配置管理的机制。但是，它也可以与第三方工具集成，如来自 HashiCorp 的 Vault。以两个简单的 Spring Boot 应用 callme-service 和 caller-service 为例，我们阐述如何将应用与服务发现和配置服务器进行集成。我们还会在 caller-service 上使用 Spring Cloud Load Balancer 启用客户端负载均衡，并使用基于 Resilience4J 构建的 Spring Cloud Circuit Breaker 启用断路器功能。

2 服务发现

借助 Spring Cloud 的 DiscoveryClient 抽象，在客户端切换不同的服务发现服务器非常容易。这种切换只需要替换 Maven pom.xml 文件中的一个依赖项。如果你想要使用 Eureka 的话，只需要添加如下的 starter 到微服务中。

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

而如果你想要使用 Consul 的话，那么需要添加如下的 starter 到微服务中。

<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-consul-discovery</artifactId>
</dependency>

如果你想要为服务发现的客户端定义一些非默认的配置的话，那情况就有点复杂了。在这种情况下，你需要使用特定于 Eureka 或 Consul 的属性。例如，如果你想要在同一个主机上运行同一个应用的多个实例，并启用动态 HTTP 服务器端口（选项 server.port=0 ），那么你需要为每个实例设置一个唯一的 id。如下是 Eureka 客户端中所使用的属性。

  instance:
    instanceId: ${spring.cloud.client.hostname}:${spring.application.name}:${random.value}

对 Consul 客户端来说，相同的配置如下所示。

  cloud:
    consul:
      discovery:
        instanceId: ${spring.cloud.client.hostname}:${spring.application.name}:${random.value}

在微服务架构中，我们可以很容易地通过 Spring Cloud Netflix Eureka Server 模块配置和运行 Eureka 服务发现。只需要创建包含该模块的 Spring Boot 应用即可。

<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
</dependency>

我们还需要为应用启用 Eureka，只需在主类上添加 @EnableEurekaServer 注解。

@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
class DiscoveryServerApplication
fun main(args: Array<String>) {
    runApplication<DiscoveryServerApplication>(*args)
}

在本地机器上运行 Consul 的最简便方式是使用它的 Docker 镜像。我们可以通过执行如下命令以开发模式在 Docker 容器中运行 Consul：

$ docker run -d --name=consul -e CONSUL_BIND_INTERFACE=eth0 -p 8500:8500 consul:1.7.2

3 使用 Spring cloud 进行分布式配置

在我们的架构中，下一个重要的元素就是配置服务器。在 Spring Cloud 中，能提供分布式配置机制的最流行方案就是 Spring Cloud Config。Spring Cloud Config 为分布式系统中的外部化配置提供了服务器端和客户端的支持。

借助配置服务器，我们能有一个中心化的位置管理应用在所有环境下的外部属性。有一些其他的方案可用作基于微服务的架构的配置服务器，如 Consul、ZooKeeper 和 Alibaba Nacos。但是，从严格意义上来讲，所有的这些方案都不是专门的分布式配置，它们也可以用作服务发现的服务器。Spring Cloud Config 可能会集成不同的工具来存储数据。服务器存储后端的默认实现是使用 git，但是我们也能使用像 HashiCorp Vault 这样的工具来管理 secret 和保护敏感数据，也可以使用简单的文件系统。在一个配置服务器应用中，可能会将不同的后端组合在一起。我们只需要在应用属性文件中通过 spring.profiles.active 激活对应的 profile 即可。我们可以覆盖一些默认值，比如修改 Vault 服务器的地址或设置认证 token。

spring:
  application:
    name: config-server
  profiles:
    active: native,vault
  cloud:
    config:
      server:
        native:
          searchLocations: classpath:/config-repo
        vault:
          host: 192.168.99.100
          authentication: TOKEN
          token: spring-microservices-course

对 Consul 来讲，同样如此，在开发模式下，我们应该使用 Docker 来运行 Vault 实例。我们可以使用环境变量 VAULT_DEV_ROOT_TOKEN_ID 设置一个静态的根 token 用于进行认证：

$ docker run -d --name vault --cap-add=IPC_LOCK -e 'VAULT_DEV_ROOT_TOKEN_ID=spring-microservices-course' -p 8200:8200 vault:1.4.0

当 Spring Cloud Config 与服务发现一起使用时，我们可以在两种可用的方式间做出选择，即 Config First Bootstrap 和 Discovery First Bootstrap。在 Discovery First Bootstrap 中，配置服务器会将自身注册到发现服务中。借助这一点，每个微服务都能基于配置服务器的注册 id 找到它。

因为配置是在引导阶段注入的，我们需要使用 bootstrap.yml 在客户端设置属性。为了在客户端启用配置服务器的“发现”功能，我们需要将 spring.cloud.config.discovery.enabled 属性设置为 true 。如果配置服务器的注册服务 id 与自动配置的 configserver （在我们的样例中是 config-server ）不同的话，我们还应该覆盖它。当然，还可以使用 Consul 作为配置属性源。

spring:
  application:
    name: callme-service
  cloud:
    config:
      discovery:
        enabled: true
        serviceId: config-server
    consul:
      host: 192.168.99.100
      config:


        format: YAML

4 服务间通信

目前，有三种基于 HTTP 的 Spring 组件可用于服务间的通信，它们都与服务发现进行了集成：同步的 RestTemplate 、反应式的 WebClient 以及声明式的 REST 客户端 OpenFeign。 RestTemplate 组件可以通过 Spring Web 模块获取， WebClient 能通过 Spring WebFlux 模块获取。要包含 Spring Cloud OpenFeign 的话，我们需要一个专门的 starter。

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-webflux</artifactId>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
</dependency>

要使用 RestTemplate 或 WebClient 进行支持服务发现的通信，我们需要注册 bean 并为它们添加 @LoadBalanced 注解。我们最好还要为这样的通信设置恰当的超时时间，当不使用断路器的时候，更应如此。

@SpringBootApplication
@EnableFeignClients
class InterCallerServiceApplication {
    @Bean
    @LoadBalanced
    fun template(): RestTemplate = RestTemplateBuilder()
        .setReadTimeout(Duration.ofMillis(100))
        .setConnectTimeout(Duration.ofMillis(100))
        .build()
    @Bean
    @LoadBalanced
    fun clientBuilder(): WebClient.Builder {
        val tcpClient: TcpClient = TcpClient.create()
            .option(ChannelOption.CONNECT_TIMEOUT_MILLIS, 100)
            .doOnConnected { conn ->
                conn.addHandlerLast(ReadTimeoutHandler(100, TimeUnit.MILLISECONDS))
            }
        val connector = ReactorClientHttpConnector(HttpClient.from(tcpClient))
        return WebClient.builder().clientConnector(connector)
    }
}

Spring Cloud LoadBalancer 提供了自己的抽象和实现。为了实现负载均衡机制，Spring Cloud 添加了 ReactiveLoadBalancer 接口，并支持基于 Round-Robin 和 Random 的实现。

目前，对于负载均衡的定制化并没有太多的选项。不过，选项之一就是配置客户端缓存的能力。默认情况下，每个客户端缓存目标服务的列表并且每隔 30 秒刷新一次。在你的场景下，这样的间隔可能会有些长。在配置中，我们可以很容易地修改它，如下面的样例，我们将其设置成 1 秒。如果你的负载均衡器与 Eureka 服务发现进行集成的话，还需要减少获取注册表的时间间隔，默认它是 30 秒钟。在修改配置之后，这两个对客户端的变更能几乎立即刷新当前运行的服务的列表。

spring:
  cloud:
    loadbalancer:
      cache:
        ttl: 1s
      ribbon:
        enabled: false
eureka:
  client:


    registryFetchIntervalSeconds: 1

5 断路器

断路器是微服务架构中一个很流行的设计模式。它被设计用来探测失败并封装阻止失败不断重复出现的逻辑。Spring Cloud 提供了一个使用不同断路器的实现。针对 Resilience4J，有两个实现，分别用于反应式应用和非反应式应用。要启用非反应式的实现，我们要包含如下的依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-circuitbreaker-resilience4j</artifactId>
</dependency>

如下是负责注册 Customizer bean 的代码，这个 bean 配置了断路器的行为。

@Bean
fun defaultCustomizer(): Customizer<Resilience4JCircuitBreakerFactory> {
  return Customizer { factory: Resilience4JCircuitBreakerFactory ->
    factory.configureDefault { id: String? ->
      Resilience4JConfigBuilder(id)
        .timeLimiterConfig(TimeLimiterConfig.custom()
          .timeoutDuration(Duration.ofMillis(500))
          .build())
        .circuitBreakerConfig(CircuitBreakerConfig.custom()
          .slidingWindowSize(10)
          .failureRateThreshold(33.3F)
          .slowCallRateThreshold(33.3F)
        .build())
      .build()
    }
  }
}

断路器的设置通过如下图片进行了可视化。滑动窗口的大小设置了用于计算错误率的请求数。如果我们在大小为 10 的窗口中出现了 3 个以上的错误，那么断路器就会打开。

下一步，我们需要使用 Resilience4JCircuitBreakerFactory 创建一个断路器实例并为 HTTP 客户端启用它，如下所示。

@RestController
@RequestMapping("/caller")
class CallerController(private val template: RestTemplate, private val factory: Resilience4JCircuitBreakerFactory) {
  private var id: Int = 0
  @PostMapping("/random-send/{message}")
  fun randomSend(@PathVariable message: String): CallmeResponse? {
    val request = CallmeRequest(++id, message)
    val circuit = factory.create("random-circuit")
    return circuit.run { template.postForObject("http://inter-callme-service/callme/random-call",
      request, CallmeResponse::class.java) }
  }


}

6 Spring Cloud API 网关

在我们微服务架构中，缺失的最后一个元素就是 API 网关。Spring Cloud Gateway 能帮助我们实现这一组件。目前，它是 Spring Cloud 中仅次于 Spring Cloud Netflix，欢迎程度排在第二名的项目。在 GitHub 上它有 2800+star。它构建在 Spring WebFlux 和 Reactor 项目之上，它以反应式的方式运行，需要 Netty 作为运行时框架。

API 网关的主要目标是提供一个有效的方式路由至 API，从而为外部客户端隐藏微服务系统的复杂性，但是它也能解决一些安全性和可靠性相关的问题。用来配置 Spring Cloud Gateway 的主要组件是路由。

它由一个 ID、一个目标 URI、一个断言的集合和一个过滤器的集合组成。如果断言聚合为 true 的话，则会匹配路由。通过过滤器，我们则可以在发送下游请求之前或之后修改请求和响应。

通过预定义的网关过滤器集合，我们可以实现路径重写、速率限制、发现客户端、断路器、fallback 或路由指标等机制。为了在网关上启用所有这些功能，我们首先需要包含以下依赖关系。

<dependency>
   <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
   <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.jetbrains.kotlin</groupId>
   <artifactId>kotlin-reflect</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.jetbrains.kotlin</groupId>
   <artifactId>kotlin-stdlib</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
   <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-data-redis-reactive</artifactId>
</dependency>
<dependency>
   <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
   <artifactId>spring-cloud-starter-circuitbreaker-reactor-resilience4j</artifactId>
</dependency>

为实现上述所列的所有特性，我们并不需要编写太多的代码。几乎所有的内容都是通过应用属性配置的。

spring:
  application:
    name: api-gateway
  cloud:
    gateway:
      discovery:
        locator:
          enabled: true 
          lowerCaseServiceId: true
      routes:
        - id: inter-callme-service
          uri: lb://inter-callme-service
          predicates:
            - Path=/api/callme/**
          filters:
            - RewritePath=/api(?/?.*), $\{path}
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                redis-rate-limiter.replenishRate: 20
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 40
            - name: CircuitBreaker
              args:
                name: sampleSlowCircuitBreaker
                fallbackUri: forward:/fallback/test
        - id: inter-caller-service
          uri: lb://inter-caller-service
          predicates:
            - Path=/api/caller/**
          filters:
            - StripPrefix=1
            - name: RequestRateLimiter
              args:
                redis-rate-limiter.replenishRate: 20
                redis-rate-limiter.burstCapacity: 40
    loadbalancer:
      ribbon:
        enabled: false
  redis:
    host: 192.168.99.100
management:
  endpoints.web.exposure.include: '*'
  endpoint:
    health:
      show-details: always

有些设置依然需要在代码中进行配置，也就是断路器的配置，它基于 Resilience4J 项目，我们需要注册 Customizer<reactiveresilience4jcircuitbreakerfactory></reactiveresilience4jcircuitbreakerfactory> bean。此外，我们还需要定义一个速率限制的 key，它用来设置为限制计数选择请求的策略。

@SpringBootApplication
class ApiGatewayApplication {
  @Bean
  fun keyResolver(): KeyResolver = KeyResolver { _ -> Mono.just("1") }
  @Bean
  fun defaultCustomizer(): Customizer<ReactiveResilience4JCircuitBreakerFactory> {
    return Customizer { factory: ReactiveResilience4JCircuitBreakerFactory ->
      factory.configureDefault { id: String? ->
        Resilience4JConfigBuilder(id)
          .timeLimiterConfig(TimeLimiterConfig.custom()
            .timeoutDuration(Duration.ofMillis(500))
            .build())
          .circuitBreakerConfig(CircuitBreakerConfig.custom()
            .slidingWindowSize(10)
            .failureRateThreshold(33.3F)
            .slowCallRateThreshold(33.3F)
            .build())
          .build()
      }
    }
  }
}
fun main(args: Array<String>) {
   runApplication<ApiGatewayApplication>(*args)


}

7 小结

在本文中，我们快速了解了如何使用最新的 Spring Cloud 组件构建微服务架构。关于这些组件的更多详情，读者可以阅读 Spring Cloud 的最新文档。

https://docs.spring.io/spring-cloud/docs/2020.0.0/reference/html/

原文链接：

https://piotrminkowski.com/2020/05/01/a-new-era-of-spring-cloud/

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