Spring Cloud Alibaba微服务生态的基础实践

一、背景
二、初识Spring Cloud Alibaba
三、Nacos的基础实践
四、Sentinel的基础实践

一、背景

身为Java程序员，微服务是必须要掌握的一种架构。Spring Cloud作为提供微服务架构的完整技术生态链，给我们提供了非常多的框架与组件。其中的重要成员Spring Cloud Netflix也形成了一系列的技术栈：包括服务注册与发现（Eureka），断路器（Hystrix），智能路由（Zuul）和客户端负载平衡（Ribbon）等。
但不幸的是Spring Cloud Netflix的技术栈相继宣布进行维护阶段：

二、初识Spring Cloud Alibaba

做为国内互联网大厂的阿里巴巴，在开源领域的成就有目共睹。

2016 年，阿里全面拥抱 Spring Boot；
2017 年 12 月，Spring Cloud Alibaba 立项并顺利进入 Spring Cloud 孵化器。
2019 月 10 月 3 日，Spring Cloud Alibaba 正式 "挂牌" Spring 官方。
关于Spring Cloud Alibaba的孵化过程具体可参考：《Spring Cloud Alibaba 从孵化到 "挂牌" 之旅》

同 Spring Cloud 一样，Spring Cloud Alibaba 也是一套微服务解决方案，包含开发分布式应用微服务的必需组件，方便开发者通过 Spring Cloud 编程模型轻松使用这些组件来开发分布式应用服务。
（图片来源：阿里云云栖号）

做为微服务生态圈中冉冉升起的一颗新星，我们有理由去了解并掌握Spring Cloud Alibaba的各个技术栈。本文也将通过项目工程演练的方式对Spring Cloud Alibaba中的服务治理组件Nacos与高可用防护组件Sentinel进行基础实践。

三、Nacos的基础实践

在2018年 6 月份 Aliware 技术行上海站 Dubbo 开发者沙龙上，阿里巴巴高级技术专家郭平 (坤宇) 宣布了阿里巴巴的一个新开源项目 Nacos。

Nacos 支持几乎所有主流类型的“服务”的发现、配置和管理：

Kubernetes Serviceg

RPC & Dubbo RPC Service

Spring Cloud RESTful Service
Nacos生态图(来自Nacos官网)

3.1 安装Nacos并启动服务

获取Nacos安装文件并进行解压

# 下载nacos最新版
 wget https://github.com/alibaba/nacos/releases/download/1.3.2/nacos-server-1.3.2.tar.gz
# 解压文件
 tar -xvf  nacos-server-1.3.2.tar.gz
# 通过nacos-mysql.sql脚本建立数据库
 cd nacos/conf
 vim nacos-mysql.sql

建立Nacos配置数据库

 /******************************************/
/*   数据库全名 = nacos_config   */
/*   表名称 = config_info   */
/******************************************/
CREATE TABLE `config_info` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'id',
  `data_id` varchar(255) NOT NULL COMMENT 'data_id',
  `group_id` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `content` longtext NOT NULL COMMENT 'content',
  `md5` varchar(32) DEFAULT NULL COMMENT 'md5',
  `gmt_create` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `gmt_modified` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改时间',
  `src_user` text COMMENT 'source user',
  `src_ip` varchar(20) DEFAULT NULL COMMENT 'source ip',
  `app_name` varchar(128) DEFAULT NULL,
  `tenant_id` varchar(128) DEFAULT '' COMMENT '租户字段',
  `c_desc` varchar(256) DEFAULT NULL,
  `c_use` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `effect` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `type` varchar(64) DEFAULT NULL,
  `c_schema` text,
  PRIMARY KEY (`id`),
...

在这里插入图片描述

修改配置文件

 cd nacos/conf
 # 编辑配置文件
 vim application.properties

#*************** Spring Boot Related Configurations ***************#
### Default web context path:
server.servlet.contextPath=/nacos
### Default web server port:
server.port=8848

#*************** Network Related Configurations ***************#
### If prefer hostname over ip for Nacos server addresses in cluster.conf:
# nacos.inetutils.prefer-hostname-over-ip=false

### Specify local server's IP:
# nacos.inetutils.ip-address=


#*************** Config Module Related Configurations ***************#
### If use MySQL as datasource:
 spring.datasource.platform=mysql

### Count of DB:
 db.num=1

### Connect URL of DB:
 db.url.0=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/nacos_config?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true&useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=UTC
 db.user=root
 db.password=root

运行nacos

cd nacos/bin
# 单机运行
sh startup.sh -m standalone

登录nacos控制台

3.2 建立微服务并向Nacos注册服务

建立微服务工程项目
勾选Nacos Service Discovery依赖
打开pom.xml，下载依赖

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.2.9.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>nacos.democonsumer</groupId>
    <artifactId>sentinel</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>sentinel</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
        <spring-cloud-alibaba.version>2.2.1.RELEASE</spring-cloud-alibaba.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>
    </dependencies>

    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud-alibaba.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

设置项目配置文件：application.yml

# 端口
server:
  port: 8083

spring:
  application:
    name: goods-service
  cloud:
    # nacos服务注册
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848

通过 Spring Cloud Alibaba原生注解 @EnableDiscoveryClient 开启服务注册发现功能

// 通过 Spring Cloud 原生注解 @EnableDiscoveryClient 开启服务注册发现功能
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {

        SpringApplication.run(DemoServiceApplication.class, args);
    }

}

建立HTTP接口的商品信息微服务,模拟返回商品列表

/**
 * 商品信息微服务-模拟返回商品列表
 */
@RestController
@RequestMapping("api/goods")
public class GoodsService {
    public static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(GoodsService.class);
    // 返回商品列表
    @GetMapping
    public List<Goods> getAllGoods(HttpServletRequest httpServletRequest) {
        List<Goods> goods = new ArrayList<>();
        goods.add(new Goods("电脑", 10));
        goods.add(new Goods("手机", 20));
        goods.add(new Goods("书籍", 30));
        logger.info("服务被调用:"+httpServletRequest.getRequestURI());
        return goods;
    }

}

启动微服务程序
查看Nacos控制台的服务中心列表，可以看到商品信息微服务已在Nacos注册成功

3.3 建立微服务消费者进行服务调用

仿照以上3.2小节建立微服务提供者步骤，建立服务消费者工程项目；
打开pom.xml，下载依赖

...
 <!-- 加入Nacos Discovery Client 依赖 -->
  		<dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
        </dependency>
...

项目配置：application.yml

# 端口
server:
  port: 8090
# Spring配置
spring:
  application:
    name: user-consumer
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
        enabled: true

# 调用微服务超时时间设置
ribbon:
  ConnectTimeout: 5000
  ReadTimeout: 5000

# feign日志以什么级别监控哪个接口
logging:
  level:
    nacos.democonsumer.GoodService : debug
# 商品微服务地址
service：
  url=http://goods-service/

通过 Spring Cloud Alibaba原生注解 @EnableDiscoveryClient 开启服务发现功能，并向Spring注册一个RestTemplate Bean

@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoConsumerApplication {

    // 向Spring注册一个RestTemplate Bean
    @Bean
    // 负载均衡
    @LoadBalanced
    RestTemplate restTemplate(){
        return new RestTemplate();
    }

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

创建Restful测试接口，通过该测试接口可发现并调用Nacos中注册的商品信息微服务

/**
 * 用户消费者--调用nacos服务中心的商品信息微服务，并对外提供RestFul接口测试
 */
@RestController
@RequestMapping("user/")
public class UserConsumer {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @Value("${service.url}")
    private String url;

    @GetMapping("/goods")
    public User getUserGoods() {
        User user = new User();
        // 调用商品微服务
        Object response = restTemplate.getForEntity(url + "api/goods", Object.class).getBody();
        try {
            user.setName("jack");
            user.setGoods((List<GoodsDTO>) response);
        } catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
        return user;
    }
}

运行服务消费者程序，并打开HttpClient工具进行测试

在这里插入图片描述

3.4 Nacos小结

Spring Cloud Alibaba 的Nacos组件可以完美取代Eureka做为微服务发现及注册的基础框架。
通过Nacos特性大图中，我们还可以了解到，Nacos除了服务发现的框架，还能做到配置管理，DNS服务等功能。

四、Sentinel的基础实践

在这里插入图片描述

4.1 安装Sentinel监控

通过https://github.com/alibaba/Sentinel/releases下载jar包

 # 下载服务端
 wget https://github.com/alibaba/Sentinel/releases/download/v1.8.0/sentinel- dashboard-1.8.0.jar
 # 启动服务（默认端口为8080）
 java -jar sentinel-dashboard-1.8.0.jar

登录控制台，默认用户名与密码为sentinel

4.2 通过Sentinel对微服务提供方进行流量控制

对原有商品信息微服务提供者增加Sentinel依赖

<project>
		...
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
        </dependency>
        ...
</project>

修改项目配置文件application.yml增加Sentinel控制台地址

server:
  port: 8083

spring:
  application:
    name: goods-service
  cloud:
    # nacos服务注册
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
    # sentinel服务
    sentinel:
      transport:
        dashboard: 172.16.109.118:8080

运行微服务程序，通过Nacos控制台观察微服务注册信息
我们再通过HttpClient工具访问一下微服务的Api端口，并进入Sentinel控制台进行监控：在控制台中，我们发现了服务名称，及该服务下的各种规则设置菜单。

4.2.1 通过JMeter模拟高并发流量

设置20000个并发请求
设置HTTP请求地址：
设置报告输出
启动JMeter，观察Sentinel控制台,可以看到QPS的实时状况。

4.2.2 设置流控规则进行流量控制

对Sentinel控制台中服务的资源增加流量控制规则
给微服务接口的QPS设置阈值
再次启动JMeter进行高并发测试，在控制台中进行观察，可以看到服务接口的QPS被限制在阈值以下。
JMeter结果列表中可以观察到异常信息。

4.2.3 设置降级规则进行流量控制

对Sentinel控制台中服务的资源增加熔断降级规则

慢调用比例 (SLOW_REQUEST_RATIO)：选择以慢调用比例作为阈值，需要设置允许的慢调用 RT（即最大的响应时间），请求的响应时间大于该值则统计为慢调用。当单位统计时长（statIntervalMs）内请求数目大于设置的最小请求数目，并且慢调用的比例大于阈值，则接下来的熔断时长内请求会自动被熔断。经过熔断时长后熔断器会进入探测恢复状态（HALF-OPEN 状态），若接下来的一个请求响应时间小于设置的慢调用 RT 则结束熔断，若大于设置的慢调用 RT 则会再次被熔断。

在实时监控界面可以看到请求被拒绝，证明熔断降级规则生效
在JMeter结果表格中也出现了大量失败的调用请求

4.3 通过Sentinel对微服务调用方进行流量控制

Sentinel流程控制组件除了可以在微服务端进行必要的流量控制外，也可以在服务调用方的客户端进行控。，
微服务调用方加入OpenFeign组件

<-- pom.xml -->
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.springframework.cloud/spring-cloud-starter-openfeign -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
            <version>2.2.5.RELEASE</version>
        </dependency>

项目配置

server:
  port: 8090

spring:
  application:
    name: user-consumer
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 172.16.109.118:8848
        # sentinel服务
    sentinel:
      transport:
        dashboard: 172.16.109.118:8080


# 调用微服务超时时间设置
ribbon:
  ConnectTimeout: 5000
  ReadTimeout: 5000


# feign日志以什么级别监控哪个接口
logging:
  level:
    nacos.democonsumer.GoodService : debug

# 启用sentinel
feign:
  sentinel:
    enabled: true

主启动类增加注解

/**
 * 主启动类
 */
 // 启用Feign组件
@EnableFeignClients
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication
public class DemoConsumerApplication {
    
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoConsumerApplication.class, args);
    }
}

参照Nacos中注册的服务名，在服务调用者程序中映射微服务接口，并通过@FeignClient调用微服务，同时定义服务熔断时如何处理(fallback)

/**
 * 映射商品微服务接口
 */
@Component
// 增加服务容错处理,指定服务熔断时处理的类名
@FeignClient(value="goods-service",fallback =FallBackService.class )
public interface GoodService {

    @GetMapping(value="/api/goods")
    List<GoodsDTO> getGoods();

}

/**
 * 服务熔断处理：返回空值
 */
@Component
public class FallBackService implements GoodService {
    private final static Logger logger= LoggerFactory.getLogger(FallBackService.class) ;

    @Override
    public List<GoodsDTO> getGoods() {
        logger.info("服务已熔断...");
        return new ArrayList<>();
    }
}

服务调用者调用程序无需变化

/**
 * 用户消费者--调用nacos服务中心的商品服务，并对外提供RestFul接口测试
 */
@RestController
@RequestMapping("user/")
public class UserConsumer {
	// 注入商品微服务接品
    @Autowired
    private GoodService goodService;

    @GetMapping("/goods")
    public User getUserGoods() {
        User user = new User();
        // 通过GoodsService接口调用商品微服务
        try {
            List<GoodsDTO> goods = goodService.getGoods();
            user.setName("jack");
            user.setGoods(goods);
        } catch (Exception e){
            throw new RuntimeException(e.getMessage());
        }
        return user;
    }

}

接下来启动微服务调用者，通过HttpClient工具进行测试，调用正常
进入到Sentinel控制台，同样可以看到消费者的Api接口

4.3.1 对服务调用者中的服务提供方进行流量控制

对Sentinel控制台中服务的资源增加流量控制规则，在FeignClient中，Sentinel为Feign调用生成了资源名策略定义，定义规则为 [httpmethod :protocol://requesturl]（比如 GET:http://goods-service/api/goods）
为便于测试，故意将QPS的单机阈值设为0
使用HttpClient工具再次测试，由于我们在流量控制规则中已对QPS做了限制，服务调用请求已无法通过，故触发fallback，返回空值。
服务调用者日志信息提示服务已熔断..

4.4 Sentinel实践小结

Sentinel与Hystrix相比，更加轻量级：Sentinel对主流框架提供适配的 API，来定义需要保护的资源，并提供设施对资源进行实时统计和调用链路分析。
Sentinel 提供了更加多样化的流量控制，熔断降级和系统负载保护手段。
Sentine具备完善的实时监控和控制台。

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