分布式RPC框架Apache Dubbo

Jlo_
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1. 软件架构的演进过程

软件架构的发展经历了由单体架构、垂直架构、SOA架构到微服务架构的演进过程，下面我们分别了解 一下这几个架构。

1.1 单体架构

image.png

  • 架构说明： 全部功能集中在一个项目内（All in one）。
  • 架构优点： 架构简单，前期开发成本低、开发周期短，适合小型项目。
  • 架构缺点： 全部功能集成在一个工程中，对于大型项目不易开发、扩展和维护。 技术栈受限，只能使用一种语言开发。 系统性能扩展只能通过扩展集群节点，成本高。

1.2 垂直架构

image.png

  • 架构说明： 按照业务进行切割，形成小的单体项目。
  • 架构优点： 技术栈可扩展（不同的系统可以用不同的编程语言编写）。
  • 架构缺点： 功能集中在一个项目中，不利于开发、扩展、维护。 系统扩张只能通过集群的方式。 项目之间功能冗余、数据冗余、耦合性强。

1.3 SOA架构

SOA全称为Service-Oriented Architecture，即面向服务的架构。它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件(服务)进行分布式部署、组合和使用。一个服务通常以独立的形式存在于操作系统进程中。
站在功能的角度，把业务逻辑抽象成可复用的服务，通过服务的编排实现业务的快速再生，目的：把原先固有的业务功能转变为通用的业务服务，实现业务逻辑的快速复用。

image.png

  • 架构说明：将重复功能或模块抽取成组件的形式，对外提供服务，在项目与服务之间使用ESB（企业服务总线）的形式作为通信的桥梁。
  • 架构优点：重复功能或模块抽取为服务，提高开发效率。可重用性高。可维护性高。
  • 架构缺点：各系统之间业务不同，很难确认功能或模块是重复的。抽取服务的粒度大。系统和服务之间耦合度高。

1.4 微服务架构

image.png

  • 架构说明：将系统服务层完全独立出来，抽取为一个一个的微服务。抽取的粒度更细，遵循单一原则。 采用轻量级框架协议传输。
  • 架构优点：服务拆分粒度更细，有利于提高开发效率。可以针对不同服务制定对应的优化方案。 适用于互联网时代，产品迭代周期更短。
  • 架构缺点：粒度太细导致服务太多，维护成本高。分布式系统开发的技术成本高，对团队的挑战大。

2. Apache Dubbo概述

2.1 Dubbo简介

Apache Dubbo是一款高性能的Java RPC框架。其前身是阿里巴巴公司开源的、轻量级的开源Java RPC框架，可以和Spring框架无缝集成，2018年阿里巴巴把这个框架捐献给了apache基金会
什么是RPC？
RPC全称为remote procedure call，即远程过程调用。比如两台服务器A和B，A服务器上部署一个应 用，B服务器上部署一个应用，A服务器上的应用想调用B服务器上的应用提供的方法，由于两个应用不在一个内存空间，不能直接调用，所以需要通过网络来表达调用的语义和传达调用的数据。
需要注意的是RPC并不是一个具体的技术，而是指整个网络远程调用过程。
RPC是一个泛化的概念，严格来说一切远程过程调用手段都属于RPC范畴。各种开发语言都有自己的 RPC框架。Java中的RPC框架比较多，广泛使用的有RMI、Hessian、Dubbo等。
Dubbo官网地址：dubbo.apache.org
Dubbo提供了三大核心能力：面向接口的远程方法调用，智能容错和负载均衡，以及服务自动注册和发现。

2.2 Dubbo架构

Dubbo架构图（Dubbo官方提供）如下：

image.png 节点角色说明：

节点角色名称
Provider暴露服务的服务提供方
Consumer调用远程服务的服务消费方
Registry服务注册与发现的注册中心
Monitor统计服务的调用次数和调用时间的监控中心
Container服务运行容器

虚线都是异步访问，实线都是同步访问 蓝色虚线:在启动时完成的功能 红色虚线(实线)都是程序运行过 程中执行的功能

调用关系说明:

    1. 服务容器负责启动，加载，运行服务提供者。
    1. 服务提供者在启动时，向注册中心注册自己提供的服务。
    1. 服务消费者在启动时，向注册中心订阅自己所需的服务。
    1. 注册中心返回服务提供者地址列表给消费者，如果有变更，注册中心将基于长连接推送变更数据给消费者。
    1. 服务消费者，从提供者地址列表中，基于软负载均衡算法，选一台提供者进行调用，如果调用失败，再选另一台调用。
    1. 服务消费者和提供者，在内存中累计调用次数和调用时间，定时每分钟发送一次统计数据到监控中心。

3. 服务注册中心Zookeeper

通过前面的Dubbo架构图可以看到，Registry（服务注册中心）在其中起着至关重要的作用。Dubbo官方推荐使用Zookeeper作为服务注册中心。

3.1 Zookeeper介绍

Zookeeper是Apache Hadoop的子项目，是一个树型的目录服务，支持变更推送，适合作为Dubbo服务的注册中心，工业强度较高，可用于生产环境，并推荐使用。 Zookeeper树型目录服务：

image.png 流程说明：

  • 服务提供者(Provider)启动时: 向/dubbo/com.foo.BarService/providers目录下写入自己的URL地址
  • 服务消费者(Consumer)启动时: 订阅/dubbo/com.foo.BarService/providers目录下的提供者URL地址。并向/dubbo/com.foo.BarService/consumers 目录下写入自己的URL地址
  • 监控中心(Monitor)启动时: 订阅/dubbo/com.foo.BarService目录下的所有提供者和消费者URL地址

3.2 安装Zookeeper

安装步骤：
第一步：安装jdk（略） 第二步：把 zookeeper的压缩包（zookeeper-3.4.6.tar.gz）上传到linux系统
第三步：解压缩压缩包 tar -zxvf zookeeper-3.4.6.tar.gz
第四步：进入zookeeper-3.4.6目录，创建data目录 mkdir data
第五步：进入conf目录，把zoo_sample.cfg 改名为zoo.cfg
第六步：打开zoo.cfg文件, 修改data属性：dataDir=/zookeeper/zookeeper3.4.6/data

3.3 启动、停止Zookeeper

  • 进入Zookeeper的bin目录，启动服务命令：./zkServer.sh start

image.png

  • 停止服务命令：./zkServer.sh stop
  • 查看服务状态： ./zkServer.sh status

image.png

  • 客户端连接：./zkCli.sh image.png

4. Dubbo快速入门

Dubbo作为一个RPC框架，其最核心的功能就是要实现跨网络的远程调用。这里是要创建两个应用，一个作为服务的提供方，一个作为服务的消费方。通过Dubbo来实现服务消费方远程调用服务提供方的方法。

4.1 服务提供方开发

开发步骤：

  1. 创建maven工程（打包方式为war）dubbodemo_provider，在pom.xml文件中导入如下坐标
<properties>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
    <spring.version>5.0.5.RELEASE</spring.version>
</properties>
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-context</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-beans</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-webmvc</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-jdbc</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-aspects</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-jms</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-context-support</artifactId>
        <version>${spring.version}</version>
    </dependency>
    <!-- dubbo相关 -->
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba</groupId>
        <artifactId>dubbo</artifactId>
        <version>2.6.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.zookeeper</groupId>
        <artifactId>zookeeper</artifactId>
        <version>3.4.7</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.github.sgroschupf</groupId>
        <artifactId>zkclient</artifactId>
        <version>0.1</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>javassist</groupId>
        <artifactId>javassist</artifactId>
        <version>3.12.1.GA</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba</groupId>
        <artifactId>fastjson</artifactId>
        <version>1.2.47</version>
    </dependency>
</dependencies>
<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
            <version>2.3.2</version>
            <configuration>
                <source>1.8</source>
                <target>1.8</target>
            </configuration>
        </plugin>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.tomcat.maven</groupId>
            <artifactId>tomcat7-maven-plugin</artifactId>
            <version>2.2</version>
            <configuration>
            <!-- 指定端口 -->
                <port>8081</port>
                <!-- 请求路径 -->
                <path>/</path>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>
  1. 配置web.xml文件
<context-param>
    <param-name>contextConfigLocation</param-name>
    <param-value>classpath*:applicationContext*.xml</param-value>
</context-param>

<listener>
    <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
</listener>
  1. 创建服务接口
public interface HelloService {
    public String sayHello(String name);
}
  1. 创建服务实现类
@Service
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
    public String sayHello(String name) {
        return "hello " + name;
    }
}

注意：服务实现类上使用的Service注解是Dubbo提供的，用于对外发布服务

  1. 在src/main/resources下创建applicationContext-service.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:dubbo="http://code.alibabatech.com/schema/dubbo"
       xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
        http://www.springframework.org/schema/mvc
        http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc.xsd
        http://code.alibabatech.com/schema/dubbo
        http://code.alibabatech.com/schema/dubbo/dubbo.xsd
        http://www.springframework.org/schema/context
        http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">

    <!-- 当前应用名称，用于注册中心计算应用间依赖关系，注意：消费者和提供者应用名不要一样 -->
    <dubbo:application name="dubbodemo_provider" />
    <!-- 连接服务注册中心zookeeper ip为zookeeper所在服务器的ip地址-->
    <dubbo:registry address="zookeeper://10.0.0.102:2181"/>
    <!-- 注册 协议和port -->
    <dubbo:protocol name="dubbo" port="20881"></dubbo:protocol>
    <!-- 扫描指定包，加入@Service注解的类会被发布为服务 -->
    <dubbo:annotation package="com.lxs.service.impl" />

</beans>
  1. 启动服务

image.png

  1. 在Zookeeper查看

image.png

4.2 服务消费方开发

开发步骤：

  1. 创建maven工程（打包方式为war）dubbodemo_consumer，pom.xml配置和上面服务提供者相同，只需要将Tomcat插件的端口号改为8082即可。
  2. 配置web.xml文件
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"
         version="4.0">
    <context-param>
        <param-name>contextConfigLocation</param-name>
        <param-value>classpath*:applicationContext*.xml</param-value>
    </context-param>

    <listener>
        <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
    </listener>

    <servlet>
        <servlet-name>springmvc</servlet-name>
        <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet</servlet-class>
        <init-param>
            <param-name>contextConfigLocation</param-name>
            <param-value>classpath:applicationContext-web.xml</param-value>
        </init-param>
    </servlet>
    
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>springmvc</servlet-name>
        <url-pattern>/</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>
  1. 将服务提供者工程中的HelloService接口复制到当前工程
  2. 编写Controller
@RestController
@RequestMapping("/demo")
public class HelloController {

    @Reference
    private HelloService helloService;

    @RequestMapping("/hello")
    public String sayHello(String name){
        //远程调用
        String result = helloService.sayHello(name);
        System.out.println(result);
        return result;
    }

}

注意@Refeience导的包是import com.alibaba.dubbo.config.annotation.Reference，而不是jdk.nashorn.internal.ir.annotations.Reference

  1. 在src/main/resources下创建applicationContext-web.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:dubbo="http://code.alibabatech.com/schema/dubbo"
       xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
        http://www.springframework.org/schema/mvc
        http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc.xsd
        http://code.alibabatech.com/schema/dubbo
        http://code.alibabatech.com/schema/dubbo/dubbo.xsd
        http://www.springframework.org/schema/context
        http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">

    <!-- 当前应用名称，用于注册中心计算应用间依赖关系，注意：消费者和提供者应用名不要一样 -->
    <dubbo:application name="dubbodemo_consumer" />
    <!-- 连接服务注册中心zookeeper ip为zookeeper所在服务器的ip地址-->
    <dubbo:registry address="zookeeper://10.0.0.102:2181"/>
    <!-- 扫描指定包，加入@Service注解的类会被发布为服务 -->
    <dubbo:annotation package="com.lxs.controller"/>

</beans>
  1. 运行测试 tomcat7:run启动，先启动provider再启动consumer 在浏览器输入http://localhost:8082/demo/hello?name=huh ,查看浏览器输出结果

image.png

在zookeeper中查看

image.png

5. Dubbo管理控制台

我们在开发时，需要知道Zookeeper注册中心都注册了哪些服务，有哪些消费者来消费这些服务。我们 可以通过部署一个管理中心来实现。其实管理中心就是一个web应用，部署到tomcat即可。

5.1 安装

安装步骤：
（1）将dubbo-admin-2.6.0.war文件复制到tomcat的webapps目录下
（2）启动tomcat，此war文件会自动解压
（3）修改WEB-INF下的dubbo.properties文件，注意dubbo.registry.address对应的值需要对应当前使用的Zookeeper的ip地址和端口号
dubbo.registry.address=zookeeper://10.0.0.102:2181
dubbo.admin.root.password=root
dubbo.admin.guest.password=guest
（4）重启tomcat

5.2 使用

操作步骤： （1）访问http://localhost:8080/dubbo-admin-2.6.0/ ，输入用户名(root)和密码(root)

image.png （2）启动服务提供者工程和服务消费者工程，可以在查看到对应的信息

image.png

image.png

6. Dubbo相关配置说明

6.1 包扫描

<dubbo:annotation package="com.lxs.service.impl" />

服务提供者和服务消费者都需要配置，表示包扫描，作用是扫描指定包(包括子包)下的类。 如果不使用包扫描，也可以通过如下配置的方式来发布服务：

<bean id="helloService" class="com.lxs.service.impl.HelloServiceImpl" />
<dubbo:service interface="com.lxs.api.HelloService" ref="helloService" />

作为服务消费者，可以通过如下配置来引用服务：

<!-- 生成远程服务代理，可以和本地bean一样使用helloService -->
<dubbo:reference id="helloService" interface="com.lxs.api.HelloService" />

上面这种方式发布和引用服务，一个配置项(dubbo:service、dubbo:reference)只能发布或者引用一个 服务，如果有多个服务，这种方式就比较繁琐了。推荐使用包扫描方式。

6.2 协议

<dubbo:protocol name="dubbo" port="20881"></dubbo:protocol>

一般在服务提供者一方配置，可以指定使用的协议名称和端口号。
其中Dubbo支持的协议有：dubbo、rmi、hessian、http、webservice、rest、redis等。推荐使用的是dubbo协议。
dubbo协议采用单一长连接和 NIO 异步通讯，适合于小数据量大并发的服务调用，以及服务消费者机器数远大于服务提供者机器数的情况。不适合传送大数据量的服务，比如传文件，传视频等，除非请求量很低。也可以在同一个工程中配置多个协议，不同服务可以使用不同的协议，例如：

<!-- 多协议配置 -->
<dubbo:protocol name="dubbo" port="20880" />
<dubbo:protocol name="rmi" port="1099" />
<!-- 使用dubbo协议暴露服务 -->
<dubbo:service interface="com.lxs.api.HelloService" ref="helloService"
protocol="dubbo" />
<!-- 使用rmi协议暴露服务 -->
<dubbo:service interface="com.lxs.api.DemoService" ref="demoService"
protocol="rmi" />

6.3 负载均衡

负载均衡（Load Balance）：其实就是将请求分摊到多个操作单元上进行执行，从而共同完成工作任务。

在集群负载均衡时，Dubbo 提供了多种均衡策略（包括随机、轮询、最少活跃调用数、一致性 Hash），缺省为random随机调用。
配置负载均衡策略，既可以在服务提供者一方配置，也可以在服务消费者一方配置，如下：

@RestController
@RequestMapping("/demo")
public class HelloController {

    @Reference(check = false,loadbalance = "random")
    private HelloService helloService;

    @RequestMapping("/hello")
    public String sayHello(String name){
        //远程调用
        String result = helloService.sayHello(name);
        System.out.println(result);
        return result;
    }
}

@Service(loadbalance = "random")
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
    public String sayHello(String name) {
        return "hello " + name;
    }
}

可以通过启动多个服务提供者来观察Dubbo负载均衡效果。 注意：因为我们是在一台机器上启动多个服务提供者，所以需要修改tomcat的端口号和Dubbo服务的 端口号来防止端口冲突。 在实际生产环境中，多个服务提供者是分别部署在不同的机器上，所以不存在端口冲突问题。

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