教学目标

1）理解什么是微服务
2）能够说出服务发现的概念以及使用场景
3）了解主流的服务发现中心
4）掌握Nacos作为服务发现中心的快速入门方法
5）理解Nacos服务发现的核心概念及数据模型
6）掌握使用Nacos控制台管理服务的操作方法
7）了解Nacos服务发现API的使用方式
8）掌握Spring cloud alibaba实际项目架构案例
9）掌握Nacos与dubbo集成方式

1 概览

1.1 从单体架构到微服务

1.1.1 单体架构

Web应用程序发展的早期，大部分web工程师将所有的功能模块打包到一起并放在一个web容器中运行，所有功能模块使用同一个数据库，同时，它还提供API或者UI访问的web模块等。

QQ截图20200102145704.png

尽管也是模块化逻辑，但是最终它还是会打包并部署为单体式应用，这种将所有功能都部署在一个web容器中运行的系统就叫做单体架构（也叫：巨石型应用）。

单体架构有很多好处：
开发效率高：模块之间交互采用本地方法调用，并节省微服务之间的交互讨论时间与开发成本。
容易测试：IDE都是为开发单个应用设计的、容易测试——在本地就可以启动完整的系统。
容易部署：运维成本小，直接打包为一个完整的包，拷贝到web容器的某个目录下即可运行。

但是，上述的好处是有条件的，它适用于小型简单应用，对于大规模的复杂应用，就会展现出来以下的不足：
复杂性逐渐变高，可维护性逐渐变差 ：所有业务模块部署在一起，复杂度越来越高，修改时牵一发动全身。
版本迭代速度逐渐变慢：修改一个地方就要将整个应用全部编译、部署、启动时间过长、回归测试周期过长。
阻碍技术创新：若更新技术框架，除非你愿意将系统全部重写，无法实现部分技术更新。
无法按需伸缩：通过冗余部署完整应用的方式来实现水平扩展，无法针对某业务按需伸缩。

1.1.2 微服务

许多大型公司，通过采用微服务架构解决了上述问题。其思路不是开发一个巨大的单体式的应用，而是将应用分解为小的、互相连接的微服务。

一个微服务一般完成某个特定的功能，比如订单服务、用户服务等等。每一个微服务都是完整应用，都有自己的业务逻辑和数据库。一些微服务还会发布API给其它微服务和应用客户端使用。

比如，一个前面描述系统可能的分解如下：

QQ截图20200102150020.png

每一个业务模块都使用独立的服务完成，这种微服务架构模式也影响了应用和数据库之间的关系，不像传统多个业务模块共享一个数据库，微服务架构每个服务都有自己的数据库。

微服务架构的好处：

分而治之，职责单一；易于开发、理解和维护、方便团队的拆分和管理
可伸缩；能够单独的对指定的服务进行伸缩
局部容易修改，容易替换，容易部署，有利于持续集成和快速迭代
不会受限于任何技术栈

1.2 什么是服务发现

在微服务架构中，整个系统会按职责能力划分为多个服务，通过服务之间协作来实现业务目标。这样在我们的代码中免不了要进行服务间的远程调用，服务的消费方要调用服务的生产方，为了完成一次请求，消费方需要知道服务生产方的网络位置(IP地址和端口号)。

我们的代码可以通过读取配置文件的方式读取服务生产方网络位置，如下：

QQ截图20200102150236.png

我们通过Spring boot技术很容易实现：
Service B（服务生产者）
Service B是服务的生产方，暴露/service服务地址，实现代码如下：

@SpringBootApplication
@RestController
public class SpringRestProviderBootstrap {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringRestProviderBootstrap.class, args);
}
@GetMapping(value = "/service") //暴露服务
public String service(){
return "provider invoke";
}
}

配置文件：

server.port = 56010

Service A（服务消费者）
实现代码：

@SpringBootApplication
@RestController
public class SpringRestConsumerBootstrap {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringRestConsumerBootstrap.class, args);
}
@Value("${provider.address}")
private String providerAddress;
@GetMapping(value = "/service")
public String service(){
RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();
//调用服务
String providerResult = restTemplate.getForObject("http://" + providerAddress +
"/service",String.class);
return "consumer invoke | " + providerResult;
}
}

配置文件：

server.port = 56020
# 服务生产方地址
provider.address = 127.0.0.1:56010

访问http://127.0.0.1:56020/service，输出以下内容：

consumer invoke | provider invoke

看上去很完美，但是，仔细考虑以下，此方案对于微服务应用而言行不通。

首先，微服务可能是部署在云环境的，服务实例的网络位置或许是动态分配的。另外，每一个服务一般会有多个实例来做负载均衡，由于宕机或升级，服务实例网络地址会经常动态改变。再者，每一个服务也可能应对临时访问压力增加新的服务节点。正如下图所示：

QQ截图20200102150654.png

基于以上的问题，服务之间如何相互感知？服务如何管理？这就是服务发现的问题了。如下图：

QQ截图20200102150724.png

上图中服务实例本身并不记录服务生产方的网络地址，所有服务实例内部都会包含服务发现客户端。
（1）在每个服务启动时会向服务发现中心上报自己的网络位置。这样，在服务发现中心内部会形成一个服务注册表，服务注册表是服务发现的核心部分，是包含所有服务实例的网络地址的数据库。
（2）服务发现客户端会定期从服务发现中心同步服务注册表 ，并缓存在客户端。
（3）当需要对某服务进行请求时，服务实例通过该注册表，定位目标服务网络地址。若目标服务存在多个网络地址，则使用负载均衡算法从多个服务实例中选择出一个，然后发出请求。

总结一下，在微服务环境中，由于服务运行实例的网络地址是不断动态变化的，服务实例数量的动态变化，因此无法使用固定的配置文件来记录服务提供方的网络地址，必须使用动态的服务发现机制用于实现微服务间的相互感知。各服务实例会上报自己的网络地址，这样服务中心就形成了一个完整的服务注册表，各服务实例会通过服务发现中心来获取访问目标服务的网络地址，从而实现服务发现的机制。

1.3 主流服务发现与配置中心对比

目前市面上用的比较多的服务发现中心有：Nacos、Eureka、Consul和Zookeeper。

QQ截图20200102151120.png

从上面对比可以了解到，Nacos作为服务发现中心，具备更多的功能支持项，且从长远来看Nacos在以后的版本会支持SpringCLoud+Kubernetes的组合，填补 2 者的鸿沟，在两套体系下可以采用同一套服务发现和配置管理的解决方案，这将大大的简化使用和维护的成本。另外，Nacos 计划实现 Service Mesh，也是未来微服务发展的趋势。

1.4 Nacos简介

2 Nacos 服务发现快速入门

本小节，我们将演示如何使用Spring Cloud Alibaba Nacos Discovery为Spring cloud 应用程序与 Nacos 的无缝集成。通过一些原生的spring cloud注解，我们可以快速来实现Spring cloud微服务的服务发现机制，并使用Nacos Server作为服务发现中心，统一管理所有微服务。

2.1 Spring Cloud服务协作流程

现在，我们对Spring cloud内的一些组件还不了解，为了能够完全理解快速入门程序，我们需要学习以下内容。
Spring Cloud 常见的集成方式是使用Feign+Ribbon技术来完成服务间远程调用及负载均衡的，如下图：

QQ截图20200102151450.png

（1）在微服务启动时，会向服务发现中心上报自身实例信息，这里ServiceB 包含多个实例。
每个实例包括：IP地址、端口号信息。
（2）微服务会定期从Nacos Server(服务发现中心)获取服务实例列表。
（3）当ServiceA调用ServiceB时，ribbon组件从本地服务实例列表中查找ServiceB的实例，如获取了多个实例如Instance1、Instance2。这时ribbon会通过用户所配置的负载均衡策略从中选择一个实例。
（4）最终，Feign组件会通过ribbon选取的实例发送http请求。采用Feign+Ribbon的整合方式，是由Feign完成远程调用的整个流程。而Feign集成了Ribbon，Feign使用Ribbon完成调用实例的负载均衡。

2.1.1 负载均衡的概念

在SpringCloud服务协议流程中，ServiceA通过负载均衡调用ServiceB，下边来了解一下负载均衡：
负载均衡就是将用户请求（流量）通过一定的策略，分摊在多个服务实例上执行，它是系统处理高并发、缓解网络压力和进行服务端扩容的重要手段之一。它分为服务端负载均衡和客户端负载均衡。

服务器端负载均衡：

QQ截图20200102151750.png

在负载均衡器中维护一个可用的服务实例清单，当客户端请求来临时，负载均衡服务器按照某种配置好的规则(负载均衡算法)从可用服务实例清单中选取其一去处理客户端的请求。这就是服务端负载均衡。

例如Nginx，通过Nginx进行负载均衡，客户端发送请求至Nginx，Nginx通过负载均衡算法，在多个服务器之间选择一个进行访问。即在服务器端再进行负载均衡算法分配。

客户端服务负载均衡：

QQ截图20200102152052.png

我们接下来要讲的Ribbon，就属于客户端负载均衡。在ribbon客户端会有一个服务实例地址列表，在发送请求前通过负载均衡算法选择一个服务实例，然后进行访问，这是客户端负载均衡。即在客户端就进行负载均衡算法分配。

Ribbon是一个客户端负载均衡器，它的责任是从一组实例列表中挑选合适的实例，如何挑选？取决于负载均衡策略。

Ribbon核心组件IRule是负载均衡策略接口，它有如下实现，大家仅做了解：

RoundRobinRule(默认):轮询，即按一定的顺序轮换获取实例的地址。
RandomRule:随机，即以随机的方式获取实例的地址。
AvailabilityFilteringRule: 会先过滤掉由于多次访问故障而处于断路器跳闸状态的服务,以及并发的连接数量超过阈值的服务,然后对剩余的服务列表按照轮询策略进行访问;
WeightedResponseTimeRule: 根据平均响应时间计算所有服务的权重,响应时间越快,服务权重越大,被选中的机率越高;
刚启动时,如果统计信息不足,则使用RoundRobinRule策略,等统计信息足够时,会切换到WeightedResponseTimeRule
RetryRule: 先按照RoundRobinRule的策略获取服务,如果获取服务失败,则在指定时间内会进行重试,获取可用的服务;
BestAvailableRule: 会先过滤掉由于多次访问故障而处于断路器跳闸状态的服务,然后选择一个并发量最小的服务;
ZoneAvoidanceRule: 默认规则,复合判断server所在区域的性能和server的可用性选择服务器;

可通过下面方式在spring boot 配置文件中修改默认的负载均衡策略：

account‐service.ribbon.NFLoadBalancerRuleClassName=com.netflix.loadbalancer.RandomRule

account-service 是调用的服务的名称，后面的组成部分是固定的。

2.1.2 Feign 介绍

Feign是Netflix开发的声明式、模板化的HTTP客户端， Feign可以帮助我们更快捷、优雅地调用HTTP API。Feign的英文表意为“假装，伪装，变形”，可以理解为将HTTP报文请求方式伪装为简单的java接口调用方式。

参考第1章节的ServiceA调用ServiceB的例子，我们使用Feign实现这个过程，代码如下：
Service B暴露"/service"服务端点，如下：

@SpringBootApplication
@RestController
public class SpringRestProviderBootstrap {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringRestProviderBootstrap.class, args);
}
@GetMapping(value = "/service") //暴露服务
public String service(){
return "provider invoke";
}
}

Feign调用方式如下：
（1）声明Feign客户端

@FeignClient(value = "serviceB")
public interface ServiceBAgent {
/**
* 根据用户名查询账号信息
* @param username 用户名
* @return 账号信息
*/
@GetMapping(value = "/service")
public String service();
}

（2）业务调用

@Autowired
private ServiceBAgent serviceBAgent;
//....略
serviceBAgent.service();
//....略

是不是非常简单？并且在业务调用时，减少了与业务无关的http请求相关代码的编写，使业务逻辑清晰。咱们分析一下Feign帮我们做了哪些事儿：

在声明Feign客户端之后，Feign会根据@FeignClient注解使用java的动态代理技术生成代理类，在这里我们指定@FeignClient value为serviceB，则说明这个类的远程目标为spring cloud的服务名称为serviceB的微服务。
serviceB的具体访问地址，Feign会交由ribbon获取，若该服务有多个实例地址，ribbon会采用指定的负载均衡策略选取实例。
Feign兼容spring的web注解（如：@GetMapping），它会分析声明Feign客户端方法中的Spring注解，得出Http请求method、参数信息以及返回信息结构。
当业务调用Feign客户端方法时，会调用代理类，根据以上分析结果，由代理类完成实际的参数封装、远程http请求，返回结果封装等操作。

另外，别忘了，若在在Spring cloud中使用Feign，需要引入以下依赖：

<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring‐cloud‐starter‐openfeign</artifactId>
</dependency>

Feign默认集成了Ribbon，可以直接使用。

还需要在spring cloud 启动类中标注@EnableFeignClients，表明此项目开启Feign客户端:

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
@EnableFeignClients
public class SpringRestConsumerBootstrap {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(SpringRestConsumerBootstrap.class, args);
}
...

总结：通过上面的学习，我们已经了解Spring cloud的微服务是如何协作的，通过哪些组件的配合能够完成服务间协作？我们了解了什么是负载均衡，Feign用于服务间Http调用，Ribbon用于执行负载均衡算法选取访问实例，而Ribbon的实例列表来源是由Spring cloud的服务发现中心提供（当前实现为Nacos），更详细的内容请学习Spring Cloud的相关课程。

Nacos - 服务发现(1)