微服务注册中的负载均衡

背景

随着互联网行业的发展，对服务的要求也越来越高，服务架构也从单体架构逐渐演变为现在流行的微服务架构。这些架构之间有怎样的差别呢？

单体架构：简单方便，高度耦合，扩展性差，适合小型项目。例如：学生管理系统
分布式架构：松耦合，扩展性好，但架构复杂，难度大。适合大型互联网项目，例如：京东、淘宝
- 微服务：一种良好的分布式架构方案
  
  ①优点：拆分粒度更小、服务更独立、耦合度更低
  
  ②缺点：架构非常复杂，运维、监控、部署难度提高
SpringCloud是微服务架构的一站式解决方案，集成了各种优秀微服务功能组件

现有微服务userservice,orderservice，orderservice需要发起服务间远程调用userservice来获取用户的信息，目前userservice服务部署了多个实例，对外暴露的端口分别是8081、8082、8083，存在以下几个问题：

order-service在发起远程调用的时候，该如何得知user-service实例的ip地址和端口？
有多个user-service实例地址，order-service调用时该如何选择？
order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康，是不是已经宕机？

服务注册中心Eureka

回答之前的各个问题。

问题1：order-service如何得知user-service实例地址？

获取地址信息的流程如下：

user-service服务实例启动后，将自己的信息注册到eureka-server（Eureka服务端）。这个叫服务注册
eureka-server保存服务名称到服务实例地址列表的映射关系
order-service根据服务名称，拉取实例地址列表。这个叫服务发现或服务拉取

问题2：order-service如何从多个user-service实例中选择具体的实例？

order-service从实例列表中利用负载均衡算法选中一个实例地址
向该实例地址发起远程调用

问题3：order-service如何得知某个user-service实例是否依然健康，是不是已经宕机？

user-service会每隔一段时间（默认30秒）向eureka-server发起请求，报告自己状态，称为心跳
当超过一定时间没有发送心跳时，eureka-server会认为微服务实例故障，将该实例从服务列表中剔除
order-service拉取服务时，就能将故障实例排除了

在解决上述问题时候我们看到，Eureka通过负载均衡算法实现了从众多实例中选中一个实例，实际上SpringCloud底层其实是利用了一个名为Ribbon的组件，来实现负载均衡功能的。
在这里插入图片描述

源码跟踪

LoadBalancerInterceptor.class

这个类会在对RestTemplate的请求进行拦截，然后从Eureka根据服务id获取服务列表，随后利用负载均衡算法得到真实的服务地址信息，替换服务id。

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

继续跟踪this.loadBalancer.execute方法

RibbonLoadBalancerClient.class

public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request, Object hint) throws IOException {
        ILoadBalancer loadBalancer = this.getLoadBalancer(serviceId); // 根据服务名获取该服务的一个负载均衡器
        Server server = this.getServer(loadBalancer, hint);
        if (server == null) {
            throw new IllegalStateException("No instances available for " + serviceId);
        } else {
            RibbonServer ribbonServer = new RibbonServer(serviceId, server, this.isSecure(server, serviceId), this.serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server));
            return this.execute(serviceId, (ServiceInstance)ribbonServer, (LoadBalancerRequest)request);
        }
    }

其中：loadBalancer包含allServerList，从这三个服务列表中，按照负载均衡规则选择一台实例执行业务逻辑
在这里插入图片描述
继续跟踪this.getServer(loadBalancer, hint)方法，默认使用ZoneAwareLoadBalancer，但是由于我们的区域设置都是default，因此跳转到其父类执行choose方法，在choose方法中，执行this.rule.choose(key)，可以看到是按照某种规则来执行选择的，定义规则的接口即IRule。

public Server chooseServer(Object key) {
        if (this.counter == null) {
            this.counter = this.createCounter();
        }

        this.counter.increment();
        if (this.rule == null) {
            return null;
        } else {
            try {
                return this.rule.choose(key);
            } catch (Exception var3) {
                logger.warn("LoadBalancer [{}]:  Error choosing server for key {}", new Object[]{this.name, key, var3});
                return null;
            }
        }
    }

发现protected IRule rule = DEFAULT_RULE; private final static IRule DEFAULT_RULE = new RoundRobinRule();可以指定轮询规则。

内置负载均衡规则类**	规则描述
RoundRobinRule	简单轮询服务列表来选择服务器。它是Ribbon默认的负载均衡规则。
AvailabilityFilteringRule	对以下两种服务器进行忽略：（1）在默认情况下，这台服务器如果3次连接失败，这台服务器就会被设置为“短路”状态。短路状态将持续30秒，如果再次连接失败，短路的持续时间就会几何级地增加。（2）并发数过高的服务器。如果一个服务器的并发连接数过高，配置了AvailabilityFilteringRule规则的客户端也会将其忽略。并发连接数的上限，可以由客户端的..ActiveConnectionsLimit属性进行配置。
WeightedResponseTimeRule	为每一个服务器赋予一个权重值。服务器响应时间越长，这个服务器的权重就越小。这个规则会随机选择服务器，这个权重值会影响服务器的选择。
ZoneAvoidanceRule	以区域可用的服务器为基础进行服务器的选择。使用Zone对服务器进行分类，这个Zone可以理解为一个机房、一个机架等。而后再对Zone内的多个服务做轮询【默认规则】
BestAvailableRule	忽略那些短路的服务器，并选择并发数较低的服务器。
RandomRule	随机选择一个可用的服务器。
RetryRule	重试机制的选择逻辑

总结

SpringCloudRibbon的底层采用了一个拦截器，拦截了RestTemplate发出的请求，对地址做了修改。

基本流程如下：

拦截我们的RestTemplate请求http://userservice/user/1
RibbonLoadBalancerClient会从请求url中获取服务名称，也就是user-service
DynamicServerListLoadBalancer根据user-service到eureka拉取服务列表
eureka返回列表，localhost:8081、localhost:8082
IRule利用内置负载均衡规则，从列表中选择一个，例如localhost:8081
RibbonLoadBalancerClient修改请求地址，用localhost:8081替代userservice，得到http://localhost:8081/user/1，发起真实请求

服务注册中心Nacos

在这里插入图片描述

Nacos与eureka的共同点
- 都支持服务注册和服务拉取
- 都支持服务提供者心跳方式做健康检测
Nacos与Eureka的区别
- Nacos支持服务端主动检测提供者状态：临时实例采用心跳模式，非临时实例采用主动检测模式
- 临时实例心跳不正常会被剔除，非临时实例则不会被剔除
- Nacos支持服务列表变更的消息推送模式，服务列表更新更及时
- Nacos集群默认采用AP方式，当集群中存在非临时实例时，采用CP模式；Eureka采用AP方式