一篇文章帶你深入了解Dubbo分布式服務(wù)框架

一、產(chǎn)生的背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)站應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)大，常規(guī)的垂直應(yīng)用架構(gòu)已無(wú)法應(yīng)對(duì)，分布式服務(wù)架構(gòu)以及流動(dòng)計(jì)算架構(gòu)勢(shì)在必行，亟需一個(gè)治理系統(tǒng)確保架構(gòu)有條不紊的演進(jìn)。下面我們用一個(gè)圖來(lái)具體說(shuō)明架構(gòu)和開(kāi)發(fā)框架的演進(jìn)過(guò)程。

單一應(yīng)用架構(gòu)
當(dāng)網(wǎng)站流量很小時(shí)，只需一個(gè)應(yīng)用，將所有功能都部署在一起，以減少部署節(jié)點(diǎn)和成本。此時(shí)，用于簡(jiǎn)化增刪改查工作量的數(shù)據(jù)訪問(wèn)框架(ORM)是關(guān)鍵。

垂直應(yīng)用架構(gòu)
當(dāng)訪問(wèn)量逐漸增大，單一應(yīng)用增加機(jī)器帶來(lái)的加速度越來(lái)越小，將應(yīng)用拆成互不相干的幾個(gè)應(yīng)用，以提升效率。此時(shí)，用于加速前端頁(yè)面開(kāi)發(fā)的Web框架(MVC)是關(guān)鍵。

分布式服務(wù)架構(gòu)
當(dāng)垂直應(yīng)用越來(lái)越多，應(yīng)用之間交互不可避免，將核心業(yè)務(wù)抽取出來(lái)，作為獨(dú)立的服務(wù)，逐漸形成穩(wěn)定的服務(wù)中心，使前端應(yīng)用能更快速的響應(yīng)多變的市場(chǎng)需求。此時(shí)，用于提高業(yè)務(wù)復(fù)用及整合的分布式服務(wù)框架(RPC)是關(guān)鍵。

流動(dòng)計(jì)算架構(gòu)
當(dāng)服務(wù)越來(lái)越多，容量的評(píng)估，小服務(wù)資源的浪費(fèi)等問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，此時(shí)需增加一個(gè)調(diào)度中心基于訪問(wèn)壓力實(shí)時(shí)管理集群容量，提高集群利用率。此時(shí)，用于提高機(jī)器利用率的資源調(diào)度和治理中心(SOA)是關(guān)鍵。
二、服務(wù)治理的需求

微服務(wù)架構(gòu)是互聯(lián)網(wǎng)很熱門(mén)的話題，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。它提倡將單體應(yīng)用程序劃分成一組若干小的服務(wù)，服務(wù)之間互相協(xié)調(diào)、互相配合，為用戶(hù)提供最終價(jià)值。

單體應(yīng)用程序拆分成微服務(wù)后，服務(wù)治理是關(guān)鍵。那么有沒(méi)有好的服務(wù)治理方案呢?答案是有的，而且很多人都在用這個(gè)框架，它就是Dubbo。Dubbo是一個(gè)帶有服務(wù)治理功能的RPC框架，提供了一套較為完整的服務(wù)治理方案，所以企業(yè)如果要實(shí)現(xiàn)服務(wù)化的話，Dubbo 是很好的一個(gè)選擇。這里簡(jiǎn)單介紹一下Dubbo服務(wù)治理的幾個(gè)基本需求。

在大規(guī)模服務(wù)化之前，應(yīng)用可能只是通過(guò) RMI 或 Hessian 等工具，簡(jiǎn)單的暴露和引用遠(yuǎn)程服務(wù)，通過(guò)配置服務(wù)的URL地址進(jìn)行調(diào)用，通過(guò) F5 等硬件進(jìn)行負(fù)載均衡。

當(dāng)服務(wù)越來(lái)越多時(shí)，服務(wù) URL 配置管理變得非常困難，F(xiàn)5 硬件負(fù)載均衡器的單點(diǎn)壓力也越來(lái)越大。此時(shí)需要一個(gè)服務(wù)注冊(cè)中心，動(dòng)態(tài)的注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)服務(wù)，使服務(wù)的位置透明。并通過(guò)在消費(fèi)方獲取服務(wù)提供方地址列表，實(shí)現(xiàn)軟負(fù)載均衡和 Failover，降低對(duì) F5 硬件負(fù)載均衡器的依賴(lài)，也能減少部分成本。

當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展，服務(wù)間依賴(lài)關(guān)系變得錯(cuò)蹤復(fù)雜，甚至分不清哪個(gè)應(yīng)用要在哪個(gè)應(yīng)用之前啟動(dòng)，架構(gòu)師都不能完整的描述應(yīng)用的架構(gòu)關(guān)系。這時(shí)，需要自動(dòng)畫(huà)出應(yīng)用間的依賴(lài)關(guān)系圖，以幫助架構(gòu)師理清關(guān)系。

接著，服務(wù)的調(diào)用量越來(lái)越大，服務(wù)的容量問(wèn)題就暴露出來(lái)，這個(gè)服務(wù)需要多少機(jī)器支撐?什么時(shí)候該加機(jī)器? 為了解決這些問(wèn)題，第一步，要將服務(wù)現(xiàn)在每天的調(diào)用量，響應(yīng)時(shí)間，都統(tǒng)計(jì)出來(lái)，作為容量規(guī)劃的參考指標(biāo)。其次，要可以動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重，在線上，將某臺(tái)機(jī)器的權(quán)重一直加大，并在加大的過(guò)程中記錄響應(yīng)時(shí)間的變化，直到響應(yīng)時(shí)間到達(dá)閾值，記錄此時(shí)的訪問(wèn)量，再以此訪問(wèn)量乘以機(jī)器數(shù)反推總?cè)萘俊?/p>

以上是 Dubbo 最基本的幾個(gè)需求。簡(jiǎn)單的說(shuō)，Dubbo就是個(gè)服務(wù)調(diào)用的框架，如果沒(méi)有分布式的需求，其實(shí)是不需要用的，只有在分布式的時(shí)候，才有使用Dubbo這樣的分布式服務(wù)框架的需求，并且本質(zhì)上是個(gè)服務(wù)調(diào)用的東東。其核心部分包含:

1. 遠(yuǎn)程通訊：提供對(duì)多種基于長(zhǎng)連接的NIO框架抽象封裝，包括多種線程模型、序列化以及“請(qǐng)求-響應(yīng)”模式的信息交換方式。

2. 集群容錯(cuò)：提供基于接口方法的透明遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用，包括多協(xié)議支持以及軟負(fù)載均衡，失敗容錯(cuò)、地址路由、動(dòng)態(tài)配置等集群支持。

3. 自動(dòng)發(fā)現(xiàn)：基于注冊(cè)中心目錄服務(wù)，使服務(wù)消費(fèi)方能動(dòng)態(tài)的查×××提供方，使地址透明，使服務(wù)提供方可以平滑增加或減少機(jī)器。
   三、Dubbo的架構(gòu)和特點(diǎn)

說(shuō)完產(chǎn)生的背景和需求后，下面具體談下Dubbo的總體架構(gòu)以及Dubbo的特點(diǎn)。

如上圖所示，Dubbo總體架構(gòu)設(shè)計(jì)一共劃分了10層，而最上面的Service層是留給實(shí)際想要使用Dubbo開(kāi)發(fā)分布式服務(wù)的開(kāi)發(fā)者實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的接口層。圖中左邊淡藍(lán)背景的為服務(wù)消費(fèi)方使用的接口，右邊淡綠色背景的為服務(wù)提供方使用的接口，位于中軸線上的為雙方都用到的接口。

下面，結(jié)合Dubbo官方文檔，理解一下總體架構(gòu)分層中，各個(gè)層次的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1. 服務(wù)接口層(Service)：該層是與實(shí)際業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的，根據(jù)服務(wù)提供方和服務(wù)消費(fèi)方的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的接口和實(shí)現(xiàn)。

2. 配置層(Config)：對(duì)外配置接口，以ServiceConfig和ReferenceConfig為中心，可以直接new配置類(lèi)，也可以通過(guò)Spring解析配置生成配置類(lèi)。

3. 服務(wù)代理層(Proxy)：服務(wù)接口透明代理，生成服務(wù)的客戶(hù)端Stub和服務(wù)器端Skeleton，以ServiceProxy為中心，擴(kuò)展接口為ProxyFactory。

4. 服務(wù)注冊(cè)層(Registry)：封裝服務(wù)地址的注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)，以服務(wù)URL為中心，擴(kuò)展接口為RegistryFactory、Registry和RegistryService?？赡軟](méi)有服務(wù)注冊(cè)中心，此時(shí)服務(wù)提供方直接暴露服務(wù)。

5. 集群層(Cluster)：封裝多個(gè)提供者的路由及負(fù)載均衡，并橋接注冊(cè)中心，以Invoker為中心，擴(kuò)展接口為Cluster、Directory、Router和LoadBalance。將多個(gè)服務(wù)提供方組合為一個(gè)服務(wù)提供方，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)消費(fèi)方透明，只需要與一個(gè)服務(wù)提供方進(jìn)行交互。

6. 監(jiān)控層(Monitor)：RPC調(diào)用次數(shù)和調(diào)用時(shí)間監(jiān)控，以Statistics為中心，擴(kuò)展接口為MonitorFactory、Monitor和MonitorService。

7. 遠(yuǎn)程調(diào)用層(Protocol)：封將RPC調(diào)用，以Invocation和Result為中心，擴(kuò)展接口為Protocol、Invoker和Exporter。Protocol是服務(wù)域，它是Invoker暴露和引用的主功能入口，它負(fù)責(zé)Invoker的生命周期管理。Invoker是實(shí)體域，它是Dubbo的核心模型，其他模型都向它靠擾，或轉(zhuǎn)換成它，它代表一個(gè)可執(zhí)行體，可向它發(fā)起invoke調(diào)用。它有可能是一個(gè)本地的實(shí)現(xiàn)，也可能是一個(gè)遠(yuǎn)程的實(shí)現(xiàn)，也可能是一個(gè)集群實(shí)現(xiàn)。

8. 信息交換層(Exchange)：封裝請(qǐng)求響應(yīng)模式，同步轉(zhuǎn)異步，以Request和Response為中心，擴(kuò)展接口為Exchanger、ExchangeChannel、ExchangeClient和ExchangeServer。

9. 網(wǎng)絡(luò)傳輸層(Transport)：抽象mina和netty為統(tǒng)一接口，以Message為中心，擴(kuò)展接口為Channel、Transporter、Client、Server和Codec。

10. 數(shù)據(jù)序列化層(Serialize)：可復(fù)用的一些工具，擴(kuò)展接口為Serialization、 ObjectInput、ObjectOutput和ThreadPool。

從上圖可以看出，Dubbo對(duì)于服務(wù)提供方和服務(wù)消費(fèi)方，從框架的10層中分別提供了各自需要關(guān)心和擴(kuò)展的接口，構(gòu)建整個(gè)服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)(服務(wù)提供方和服務(wù)消費(fèi)方本身就是一個(gè)以服務(wù)為中心的)。

下圖是從Dubbo官網(wǎng)直接拿來(lái)的，看一下基于RPC層，服務(wù)提供方和服務(wù)消費(fèi)方之間的調(diào)用關(guān)系，如圖所示：

節(jié)點(diǎn)角色說(shuō)明：

調(diào)用關(guān)系說(shuō)明：
0：服務(wù)容器負(fù)責(zé)啟動(dòng)，加載，運(yùn)行服務(wù)提供者。

1：服務(wù)提供者在啟動(dòng)時(shí)，向注冊(cè)中心注冊(cè)自己提供的服務(wù)。

2：服務(wù)消費(fèi)者在啟動(dòng)時(shí)，向注冊(cè)中心訂閱自己所需的服務(wù)。

3：注冊(cè)中心返回服務(wù)提供者地址列表給消費(fèi)者，如果有變更，注冊(cè)中心將基于長(zhǎng)連接推送變更數(shù)據(jù)給消費(fèi)者。

4：服務(wù)消費(fèi)者，從提供者地址列表中，基于軟負(fù)載均衡算法，選一臺(tái)提供者進(jìn)行調(diào)用，如果調(diào)用失敗，再選另一臺(tái)調(diào)用。

5：服務(wù)消費(fèi)者和提供者，在內(nèi)存中累計(jì)調(diào)用次數(shù)和調(diào)用時(shí)間，定時(shí)每分鐘發(fā)送一次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心。

Dubbo架構(gòu)采用的是一種非常簡(jiǎn)單的模型，要么是提供方提供服務(wù)，要么是消費(fèi)方消費(fèi)服務(wù)，所以基于這一點(diǎn)可以抽象出服務(wù)提供方(Provider)和服務(wù)消費(fèi)方(Consumer)兩個(gè)角色。另外Dubbo架構(gòu)還具有以下幾個(gè)特點(diǎn)，連通性、健壯性、伸縮性、升級(jí)性，有關(guān)注冊(cè)中心、協(xié)議支持、服務(wù)監(jiān)控等內(nèi)容，也在特點(diǎn)里有詳細(xì)的描述。

連通性(服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)提供者的關(guān)聯(lián))

1. 注冊(cè)中心負(fù)責(zé)服務(wù)地址的注冊(cè)與查找，相當(dāng)于目錄服務(wù)，服務(wù)提供者和消費(fèi)者只在啟動(dòng)時(shí)與注冊(cè)中心交互，注冊(cè)中心不轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，壓力較小。

2. 監(jiān)控中心負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)各服務(wù)調(diào)用次數(shù)，調(diào)用時(shí)間等，統(tǒng)計(jì)先在內(nèi)存匯總后每分鐘一次發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器，并以報(bào)表展示。

3. 服務(wù)提供者向注冊(cè)中心注冊(cè)其提供的服務(wù)，并匯報(bào)調(diào)用時(shí)間到監(jiān)控中心，此時(shí)間不包含網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。

4. 服務(wù)消費(fèi)者向注冊(cè)中心獲取服務(wù)提供者地址列表，并根據(jù)負(fù)載算法直接調(diào)用提供者，同時(shí)匯報(bào)調(diào)用時(shí)間到監(jiān)控中心，此時(shí)間包含網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。

5. 注冊(cè)中心，服務(wù)提供者，服務(wù)消費(fèi)者三者之間均為長(zhǎng)連接，監(jiān)控中心除外。

6. 注冊(cè)中心通過(guò)長(zhǎng)連接感知服務(wù)提供者的存在，服務(wù)提供者宕機(jī)，注冊(cè)中心將立即推送事件通知消費(fèi)者。

7. 注冊(cè)中心和監(jiān)控中心全部宕機(jī)，不影響已運(yùn)行的提供者和消費(fèi)者，消費(fèi)者在本地緩存了提供者列表。

8. 注冊(cè)中心和監(jiān)控中心都是可選的，服務(wù)消費(fèi)者可以直連服務(wù)提供者。

健壯性(任意節(jié)點(diǎn)宕掉后，服務(wù)仍然可用)

1. 監(jiān)控中心宕掉不影響使用，只是丟失部分采樣數(shù)據(jù)。

2. 數(shù)據(jù)庫(kù)宕掉后，注冊(cè)中心仍能通過(guò)緩存提供服務(wù)列表查詢(xún)，但不能注冊(cè)新服務(wù)。

3. 注冊(cè)中心對(duì)等集群，任意一臺(tái)宕掉后，將自動(dòng)切換到另一臺(tái)。

4. 注冊(cè)中心全部宕掉后，服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者仍能通過(guò)本地緩存通訊。

5. 服務(wù)提供者無(wú)狀態(tài)，任意一臺(tái)宕掉后，不影響使用。

6. 服務(wù)提供者全部宕掉后，服務(wù)消費(fèi)者應(yīng)用將無(wú)法使用，并無(wú)限次重連等待服務(wù)提供者恢復(fù)。

伸縮性(節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)增加)

1. 注冊(cè)中心為對(duì)等集群，可動(dòng)態(tài)增加機(jī)器部署實(shí)例，所有客戶(hù)端將自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新的注冊(cè)中心。

2. 服務(wù)提供者無(wú)狀態(tài)，可動(dòng)態(tài)增加機(jī)器部署實(shí)例，注冊(cè)中心將推送新的服務(wù)提供者信息給消費(fèi)者。

升級(jí)性(可平滑升級(jí))
當(dāng)服務(wù)集群規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，帶動(dòng)IT治理結(jié)構(gòu)進(jìn)一步升級(jí)，需要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)部署，進(jìn)行流動(dòng)計(jì)算，不會(huì)給現(xiàn)有分布式服務(wù)架構(gòu)帶來(lái)阻力。下圖是未來(lái)可能的一種調(diào)用架構(gòu)：

節(jié)點(diǎn)角色說(shuō)明：

四、總結(jié)

Dubbo是Alibaba開(kāi)源的分布式服務(wù)框架，并被廣泛應(yīng)用于各互聯(lián)網(wǎng)公司。Dubbo只需要通過(guò)Spring配置的方式即可完成服務(wù)化，對(duì)于應(yīng)用無(wú)***，其框架本身的成熟度以及文檔的完善程度，基本都能滿(mǎn)足各互聯(lián)網(wǎng)公司的業(yè)務(wù)需求。

如果你需要使用配置中心、分布式跟蹤這些內(nèi)容則需要自己去集成，有一些定制化難度。另外一款開(kāi)源分布式服務(wù)框架Spring Cloud 發(fā)展到現(xiàn)在，幾乎考慮了服務(wù)治理的方方面面，開(kāi)發(fā)起來(lái)非常的便利和簡(jiǎn)單。因此，企業(yè)需要根據(jù)自身的研發(fā)水平和所處階段選擇合適的架構(gòu)來(lái)解決業(yè)務(wù)問(wèn)題，不管是Dubbo還是Spring Cloud都是實(shí)現(xiàn)微服務(wù)有效的工具。