Dubbo集群模块的目的是将集群Invokers构造一个透明的Invoker对象，其中包含了容错机制、负载均衡、目录服务（服务地址集合）、路由机制等，为RPC层提供高可用、高并发、自动发现、可治理的SOA特性。
本文我们主要讨论以下八个问题：
一、集群模块的需求功能点有哪些？
二、集群模块的总体设计框架是什么样的？
三、Dubbo提供了哪些容错机制？如何实现的？
四、Dubbo提供了哪些负载均衡机制？如何实现的？
五、Dubbo目录服务是干什么的？提供了哪几种类型的目录服务？
六、Dubbo提供了哪些路由机制？如何实现的？
七、总结集群模块如何带来高可用、自动发现、可治理的特性？
一、集群模块的需求功能点有哪些？
基于文章开头讨论的目标内容，我认为集群模块的需求功能点主要有以下几点：
1、将集群Invokers构造一个透明的Invoker对象提供给Rpc模块调用；
2、提供容错机制，包括Failover（失败自动切换，尝试其他服务器）、Failfast（失败立即返回并抛出异常）、Failsafe（失败忽略异常）、Failback（失败自动恢复，记录日志并定时重试）、Forking(并行调用多个服务，一个成功立即返回)、Broadcast(广播调用所有提供者，任意一个报错则报错)；
3、提供负载均衡机制，包括Random(带权重的随机访问)、RoundRobin（带权重的轮训访问）、LeastActive（选择最少活跃者）、ConsistentHash(一致性哈希，相同参数的请求总是发到同一提供者)；
4、提供目录服务，包括静态目录服务（将调用地址存到本地）、注册中心注册目录服务两种方式；
5、提供路由机制，包括条件路由（在URL配置条件表达式）和脚本路由（使用脚本语言编写脚本，返回路由结果）；
二、集群模块的总体设计框架是什么样的？
调用关系如下图所示：
接口声明如下图所示：
Cluster接口：声明join()方法，从Directory实例中的Invoker列表中返回一个Invoker；
Directory接口：list()方法，可查询Invoker列表；
LoadBalance接口：select()方法，可从一个Invoker集合中结合负载均衡策略选择一个Invoker返回；
Router接口：route()方法，从给定的Invoker集合路由选择一个Invoker返回；
Merger接口：merge(T)方法，将多个调用返回的结果合并起来返回；
Configurator接口：configure(URL)方法，配置加工URL参数并返回；
三、Dubbo提供了哪些集群容错机制？如何实现的？
由于篇幅过程，我将其内容单独写了一篇博客，详见 《集群容错机制》。
四、Dubbo提供了哪些负载均衡机制？如何实现的?
由于篇幅过长，我又将内容拆分到另一片博客，见《集群负载均衡》。
五、Dubbo目录服务是干什么的？提供了哪几种类型的目录服务？
dubbo目录服务提供了获取提供者服务地址列表的功能，目录服务的调用者是com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.Cluster的join()方法。目前dubbo提供了静态目录服务和注册中心目录服务。静态目录服务实现了一个静态的地址列表本地内存缓存。注册中心目录服务提供了分布式注册检索服务地址的功能。在提供目录服务返回服务地址的时候，调用dubbo的路由服务，实现了请求服务的路由功能。接下来，我们来讨论目录服务的实现细节。
1、Directory接口
Directory接口中，
Class<T> getInterface()方法返回服务的接口类；
list(Invocation invocation)就是获取服务地址列表的方法；
父接口Node中，
getUrl()方法返回了服务声明的URL信息，
isAvailable()方法判断目录服务是否可用，或者是否存在可用的服务提供者；
destroy()销毁目录服务及所有提供者服务。
2、AbstractDirectory，目录服务的默认实现抽象类；
（1）将路由对象引入目录服务，方法setRouters()设置了路由对象，实现见如下代码：
1 protected void setRouters(List<Router> routers) { 2 // copy list 3 routers = routers == null ? new ArrayList<Router>() : new ArrayList<Router>(routers); 4 // append url router 5 String routerkey = url.getParameter(Constants.ROUTER_KEY); 6 if (routerkey != null && routerkey.length() > 0) {
//通过SPI实例化配置的路由对象工厂对象 7 RouterFactory routerFactory = ExtensionLoader.getExtensionLoader(RouterFactory.class).getExtension(routerkey); 8 routers.add(routerFactory.getRouter(url)); 9 } 10 // append mock invoker selector 11 routers.add(new MockInvokersSelector()); 12 Collections.sort(routers); 13 this.routers = routers; 14 }
（2）得到服务对象列表，主要通过doList()实现得到服务列表，此方法由子类实现，然后依次调用router列表做路由筛选，实现如下：
1 public List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException { 2 if (destroyed) { 3 throw new RpcException("Directory already destroyed .url: " + getUrl()); 4 } 5 List<Invoker<T>> invokers = doList(invocation); 6 List<Router> localRouters = this.routers; // local reference 7 if (localRouters != null && localRouters.size() > 0) { 8 for (Router router : localRouters) { 9 try { 10 if (router.getUrl() == null || router.getUrl().getParameter(Constants.RUNTIME_KEY, false)) { 11 invokers = router.route(invokers, getConsumerUrl(), invocation); 12 } 13 } catch (Throwable t) { 14 logger.error("Failed to execute router: " + getUrl() + ", cause: " + t.getMessage(), t); 15 } 16 } 17 } 18 return invokers; 19 }
3、StaticDirectory静态目录服务，doList()将构造方法中传入的invoker列表原样返回。
4、RegistryDirectory 类整合了注册中心和目录服务，具体实现实在dubbo-register模块，我将另外写一篇博客讨论。
六、Dubbo提供了哪些路由机制？如何实现的？
路由机制为用户提供了灵活可配置的服务筛选功能，通过用户自定义配置路由规则，决定一次 dubbo 服务调用的目标服务器。使用场景例如：提供差异化服务，给重要的请求提供性能好的服务器，反之给次要的服务提供性能差的服务器；读写分离，根据方法名字add,update,delete等分为一组，查询方法分为一组，分别映射到不同的服务器上；对客户端设置白名单、黑名单；更多场景及具体的应用说明详见dubbo用户手册路由规则篇。
dubbo提供了两种路由机制：条件路由和脚本路由。
1、向注册中心写入路由规则，通常由监控中心或服务治理页面完成，代码实现主要在dubb-register模块：
1 RegistryFactory registryFactory = ExtensionLoader.getExtensionLoader(RegistryFactory.class).getAdaptiveExtension(); 2 Registry registry = registryFactory.getRegistry(URL.valueOf("zookeeper://10.20.153.10:2181")); 3 registry.register(URL.valueOf("condition://0.0.0.0/com.foo.BarService?category=routers&dynamic=false&rule=" + URL.encode("host = 10.20.153.10 => host = 10.20.153.11") + "));
其中：
condition://表示路由规则的类型，支持条件路由规则和脚本路由规则，可扩展，必填。0.0.0.0表示对所有 IP 地址生效，如果只想对某个 IP 的生效，请填入具体 IP，必填。com.foo.BarService表示只对指定服务生效，必填。category=routers表示该数据为动态配置类型，必填。dynamic=false表示该数据为持久数据，当注册方退出时，数据依然保存在注册中心，必填。enabled=true覆盖规则是否生效，可不填，缺省生效。force=false当路由结果为空时，是否强制执行，如果不强制执行，路由结果为空的路由规则将自动失效，可不填，缺省为flase。runtime=false是否在每次调用时执行路由规则，否则只在提供者地址列表变更时预先执行并缓存结果，调用时直接从缓存中获取路由结果。如果用了参数路由，必须设为true，需要注意设置会影响调用的性能，可不填，缺省为flase。priority=1路由规则的优先级，用于排序，优先级越大越靠前执行，可不填，缺省为0。rule=URL.encode("host = 10.20.153.10 => host = 10.20.153.11")表示路由规则的内容，必填。
2、条件路由
基于条件表达式的路由规则，如：host = 10.20.153.10 => host = 10.20.153.11。=>左边的表达式表示消费端信息（matchWhen），右边的表达式表示服务提供者的服务信息(matchThen)。
代码实现中，解析=>左右的条件表达式，左侧消费端条件表达式解析成when，右侧服务端条件表达式解析成then，封装matchWhen()和matchThen()分别匹配消费端和服务端表达式。
我们看看源码如何实现路由逻辑的。
条件路由实现主要靠两个类，ConditionRouterFactory，实现了ConditionRouter实例化的过程；ConditionRouter，实现了具体的路由机制，其中route方法实现如下，实现主要靠解析和匹配条件表达式。
1 public <T> List<Invoker<T>> route(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) 2 throws RpcException { 3 if (invokers == null || invokers.size() == 0) { 4 return invokers; 5 } 6 try {
//消费端条件不匹配规则，就全部返回 7 if (!matchWhen(url, invocation)) { 8 return invokers; 9 } 10 List<Invoker<T>> result = new ArrayList<Invoker<T>>(); 11 if (thenCondition == null) { 12 logger.warn("The current consumer in the service blacklist. consumer: " + NetUtils.getLocalHost() + ", service: " + url.getServiceKey()); 13 return result; 14 } 15 for (Invoker<T> invoker : invokers) {
//遍历invokers，找到匹配规则的invoker(服务端)加入result 16 if (matchThen(invoker.getUrl(), url)) { 17 result.add(invoker); 18 } 19 } 20 if (result.size() > 0) { 21 return result; 22 } else if (force) { //如果结果为空，force=true，则返回空的列表，否则返回所有的invokers（不执行route规则） 23 logger.warn("The route result is empty and force execute. consumer: " + NetUtils.getLocalHost() + ", service: " + url.getServiceKey() + ", router: " + url.getParameterAndDecoded(Constants.RULE_KEY)); 24 return result; 25 } 26 } catch (Throwable t) { 27 logger.error("Failed to execute condition router rule: " + getUrl() + ", invokers: " + invokers + ", cause: " + t.getMessage(), t); 28 } 29 return invokers; 30 }
3、脚本路由
通过配置脚本或脚本文件设置路由规则rule，程序编译执行脚本函数，得到脚本筛选后的invokers数组。具体逻辑很简单，就是加载脚本，加载对应脚本引擎，执行脚本，得到结果后转换输出的过程。
1 public <T> List<Invoker<T>> route(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) throws RpcException { 2 try { 3 List<Invoker<T>> invokersCopy = new ArrayList<Invoker<T>>(invokers); 4 Compilable compilable = (Compilable) engine; 5 Bindings bindings = engine.createBindings(); 6 bindings.put("invokers", invokersCopy); 7 bindings.put("invocation", invocation); 8 bindings.put("context", RpcContext.getContext()); 9 CompiledScript function = compilable.compile(rule); 10 Object obj = function.eval(bindings); 11 if (obj instanceof Invoker[]) { 12 invokersCopy = Arrays.asList((Invoker<T>[]) obj); 13 } else if (obj instanceof Object[]) { 14 invokersCopy = new ArrayList<Invoker<T>>(); 15 for (Object inv : (Object[]) obj) { 16 invokersCopy.add((Invoker<T>) inv); 17 } 18 } else { 19 invokersCopy = (List<Invoker<T>>) obj; 20 } 21 return invokersCopy; 22 } catch (ScriptException e) { 23 //fail then ignore rule .invokers. 24 logger.error("route error , rule has been ignored. rule: " + rule + ", method:" + invocation.getMethodName() + ", url: " + RpcContext.getContext().getUrl(), e); 25 return invokers; 26 } 27 }
七、总结集群模块如何带来高可用、自动发现、可治理的特性？
集群模块在dubbo中非常重要，提供了基于RPC功能的高可用特性，此特性主要是通过集群容错和负载均衡策略支持的，在服务提供者出现异常时，可配置的容错特性确保服务能按照配置的策略返回，或切换到其他服务并重试，或立即抛出异常，满足了不同服务不同场景的异常后处理需要。可配置的负载均衡策略满足了不同场景、需求的服务实现负载均衡，在不同场景下均匀的分摊负载，在负载不够用的情况下灵活的增加机器节点承担多余的负载，保证了集群的高可用特性。并且可以灵活配置节点的权重，实现针对不同配置的服务节点承担的请求不同。
可配置的路由功能满足了很多场景下的灵活路由需求，如读写分离，消费端请求的白名单、黑名单，针对不同配置的服务提供给不同的消费者等等。由于可配置性强，可以针对不同的需求做不同的配置，可提供很灵活的功能特性。通过配置规则，实现服务降级，可以屏蔽有问题的服务，并定义服务响应。这些都体现了Dubbo可治理的特性。
目录服务简单的定义了对服务地址列表的查询功能，配合dubb-register注册中心模块功能可以实现服务注册、自动发现功能。详见注册中心模块的源码分析章节。
集群模块就讨论到这里了，如有不当之处，欢迎大家提出异议和宝贵的意见，这样有助于我技术上的提升。