分布式架构与Dubbo基础入门与实践

【1】分布式系统

① 什么是分布式系统

《分布式系统原理与范型》定义：“分布式系统是若干独立计算机的集合，这些计算机对于用户来说就像单个相关系统”。

分布式系统（distributed system）是建立在网络之上的软件系统。

随着互联网的发展，网站应用的规模不断扩大，常规的垂直应用架构已无法应对，分布式服务架构以及流动计算架构势在必行，亟需一个治理系统确保架构有条不紊的演进。

② 架构发展演变

如下图所示：

• 单一应用架构

当网站流量很小时，只需一个应用，将所有功能都部署在一起，以减少部署节点和成本。此时，用于简化增删改查工作量的数据访问框架(ORM)是关键。

适用于小型网站，小型管理系统，将所有功能都部署到一个功能里，简单易用。

缺点： 1、性能扩展比较难 ；2、协同开发问题； 3、不利于升级维护。

• 垂直应用架构

当访问量逐渐增大，单一应用增加机器带来的加速度越来越小，将应用拆成互不相干的几个应用，以提升效率。此时，用于加速前端页面开发的Web框架(MVC)是关键。

通过切分业务来实现各个模块独立部署，降低了维护和部署的难度，团队各司其职更易管理，性能扩展也更方便，更有针对性。

缺点： 公用模块无法重复利用，开发性的浪费。

• 分布式服务架构

当垂直应用越来越多，应用之间交互不可避免，将核心业务抽取出来，作为独立的服务，逐渐形成稳定的服务中心，使前端应用能更快速的响应多变的市场需求。此时，用于提高业务复用及整合的分布式服务框架(RPC)是关键。

• 流动计算架构

当服务越来越多，容量的评估，小服务资源的浪费等问题逐渐显现，此时需增加一个调度中心基于访问压力实时管理集群容量，提高集群利用率。此时，用于提高机器利用率的资源调度和治理中心(SOA)[ Service Oriented Architecture]是关键。

即，通常分布式应用就是面向服务的分布式架构。

③ RPC

• 什么叫RPC

RPC(Remote Procedure Call)是指远程过程调用，是一种进程间通信方式，他是一种技术的思想，而不是规范。它允许程序调用另一个地址空间（通常是共享网络的另一台机器上）的过程或函数，而不用程序员显式编码这个远程调用的细节。即程序员无论是调用本地的还是远程的函数，本质上编写的调用代码基本相同。

• RPC基本原理

时序图如下：

可以发现RPC两个核心模块：通讯和序列化。

常见的RPC框架有：Dubbo、GRPC(谷歌)、Thrift(Facebook)、HSF(High Speed Service Framework 阿里)、JSF(京东)及Motan(新浪)。

【2】Dubbo

Apache Dubbo (incubating) 是一款高性能、轻量级的开源Java RPC框架，它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。

官网地址：http://dubbo.apache.org/

官网开发文档：http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/user/preface/

Dubbo的官方用户文档提供了很详细的使用说明与实例，遇到问题请一定参考官网文档！

① 结构示意图

如下所示(012345表示执行顺序，实线表示同步，虚线表示异步)：

特性如下：

• 面向接口代理的高性能RPC调用：提供高性能的基于代理的远程调用能力，服务以接口为粒度，为开发者屏蔽远程调用底层细节。
• 智能负载均衡：内置多种负载均衡策略，智能感知下游节点健康状况，显著减少调用延迟，提高系统吞吐量。
• 服务自动注册与发现：支持多种注册中心服务，服务实例上下线实时感知。
• 高度可扩展能力：遵循微内核+插件的设计原则，所有核心能力如Protocol、Transport、Serialization被设计为扩展点，平等对待内置实现和第三方实现。
• 运行期流量调度：内置条件、脚本等路由策略，通过配置不同的路由规则，轻松实现灰度发布，同机房优先等功能。
• 可视化的服务治理与运维：提供丰富服务治理、运维工具–随时查询服务元数据、服务健康状态及调用统计，实时下发路由策略、调整配置参数。

② 几个概念

服务提供者（Provider）：暴露服务的服务提供方，服务提供者在启动时，向注册中心注册自己提供的服务。

服务消费者（Consumer）: 调用远程服务的服务消费方，服务消费者在启动时，向注册中心订阅自己所需的服务。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。

注册中心（Registry）：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。

监控中心（Monitor）：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 调用关系说明

• 服务容器负责启动，加载，运行服务提供者。
• 服务提供者在启动时，向注册中心注册自己提供的服务。
• 服务消费者在启动时，向注册中心订阅自己所需的服务。
• 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。
• 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。

• 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(monitor)。

【3】Zookeeper注册中心

Dubbo推荐使用Zookeeper作为注册中心，当然Dubbo还支持其他作为注册中心如Multicast 注册中心，Redis注册中心和Simple 注册中心(本身就是一个普通的 Dubbo 服务)。

① 核心概念

Zookeeper 是 Apacahe 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。

官网地址：http://zookeeper.apache.org/

下载地址：https://archive.apache.org/dist/zookeeper/

② 流程说明：

• 服务提供者启动时: 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 支持以下功能：

• 当提供者出现断电等异常停机时，注册中心能自动删除提供者信息；
• 当注册中心重启时，能自动恢复注册数据，以及订阅请求；
• 当会话过期时，能自动恢复注册数据，以及订阅请求；
• 当设置 <dubbo:registry check="false" />时，记录失败注册和订阅请求，后台定时重试；
• 可通过 <dubbo:registry username="admin" password="1234" /> 设置 zookeeper 登录信息
• 可通过 <dubbo:registry group="dubbo" /> 设置 zookeeper 的根节点，不设置将使用无根树
• 支持 *号通配符<dubbo:reference group="*" version="*" />，可订阅服务的所有分组和所有版本的提供者

更多详情参考：Dubbo官网文档。

④ Windows下简单搭建Zookeeper

将下载好的Zookeeper解压到本地目录下，并修改zoo.cfg配置文件。

步骤如下：

• 解压运行bin/zkServer.cmd ，初次运行会报错，没有zoo.cfg配置文件；
  
• 将conf下的zoo_sample.cfg复制一份改名为zoo.cfg即可。
  

注意几个重要位置：

dataDir=./   临时数据存储的目录（可写相对路径）
clientPort=2181   zookeeper的默认端口号

• 修改完成后再次启动zookeeper
  
• 使用zkCli.cmd测试
  

ls /：列出zookeeper根下保存的所有节点
create –e  /myzookeeper 123：创建一个myzookeeper 节点，值为123
get /myzookeeper ：获取/myzookeeper 节点的值

服务端启动示意图如下：

客户端测试如下：

【4】Windows下安装Dubbo管理控制台

dubbo本身并不是一个服务软件。它其实就是一个jar(2.6之后为jar,之前为war需要在Tomcat下运行)包能够帮你的java程序连接到zookeeper，并利用zookeeper消费、提供服务。所以你不用在Linux上启动什么dubbo服务。

但是为了让用户更好的管理监控众多的dubbo服务，官方提供了一个可视化的监控程序，不过这个监控即使不装也不影响使用。

安装步骤如下：

• 进入Dubbo的GitHub项目项目地址；
  
• 在最下方Dubbo eco system中点击进入Dubbo-OPS；
• Download ZIP并解压到本地

进入目录，修改dubbo-admin配置

修改 src\main\resources\application.properties 指定zookeeper地址：

dubbo.registry.address=zookeeper://127.0.0.1:2181

打包dubbo-adminmvn clean package -Dmaven.test.skip=true

D:\Java_Tomcat_MySQL_jdk_zip\incubator-dubbo-ops-master\dubbo-admin>mvn clean package -Dmaven.test.skip=true
//D:\Java_Tomcat_MySQL_jdk_zip\incubator-dubbo-ops-master 为项目路径

打包成功如下图所示：

• 使用命令运行jarjava -jar dubbo-admin-0.0.1-SNAPSHOT.jar
• 浏览器访问(http://localhost:7001/)默认用户名密码root/root
  

Dubbo OPS项目与管理后台jar包下载：点击下载。

【5】服务器提供者/消费者项目简单实践

① 简单需求

某个电商系统，订单服务需要调用用户服务获取某个用户的所有地址。

我们现在 需要创建两个服务模块进行测试 ：

测试预期结果：订单服务模块在A服务器，用户服务模块在B服务器，A可以远程调用B的功能。

② 创建服务提供者和消费者

如下所示，创建两个maven工程，分别表示provider和consumer：

那消费者如何调用provider的方法呢？这里如果将provider依赖进consumer，则就成了单体应用。

或者可以这样，将provider的bean和service拷贝到consumer中，如下所示：

该种方式项目实例参考SpringBoot整合Dubbo和Zookeeper。

这种方式是有问题：第一，暂且不说现在OrderServiceImpl调用UserService肯定失败(实现类在另外一个项目)；第二，UserService可能会被多个模块调用，原则上不应该每个调用UserService的模块都添加bean和UserService接口，添麻烦。而且也不符合Dubbo的服务化最佳实践。

这里将bean和接口抽离出来放在一个公共API项目中，provider和consumer依赖该项目。如下所示：

现在需要解决的问题就是远程调用，OrderServiceImpl如何调用userService.getUserAddressList(userId);。

③ Dubbo改造服务提供者

第一步：引入依赖：

<!-- 引入dubbo -->
  <!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.alibaba/dubbo -->
  <dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>dubbo</artifactId>
    <version>2.6.2</version>
  </dependency>
  <!-- 注册中心使用的是zookeeper，引入操作zookeeper的客户端端 -->
  <dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
  </dependency>

dubbo 2.6以前的版本引入zkclient操作zookeeper ，dubbo 2.6及以后的版本引入curator操作zookeeper。

下面两个zk客户端根据dubbo版本2选1即可：

<dependency>
  <groupId>com.101tec</groupId>
  <artifactId>zkclient</artifactId>
  <version>0.10</version>
</dependency>
<!-- curator-framework -->
<dependency>
  <groupId>org.apache.curator</groupId>
  <artifactId>curator-framework</artifactId>
  <version>2.12.0</version>
</dependency>

第二步，配置服务

在provider类路径下添加配置文件provider.xml：

  <!-- 1、指定当前服务/应用的名字（同样的服务名字相同，不要和别的服务同名） -->
  <dubbo:application name="user-service-provider"></dubbo:application>
  <!-- 2、指定注册中心的位置 -->
  <!-- <dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"></dubbo:registry> -->
  <dubbo:registry protocol="zookeeper" address="127.0.0.1:2181"></dubbo:registry>
  <!-- 3、指定通信规则（通信协议？通信端口） -->
  <dubbo:protocol name="dubbo" port="20882"></dubbo:protocol>
  <!-- 4、暴露服务   ref：指向服务的真正的实现对象 -->
  <dubbo:service interface="com.web.gmall.service.UserService" 
    ref="userServiceImpl" >
    <dubbo:method name="getUserAddressList" timeout="1000"></dubbo:method>
  </dubbo:service>
  <!--统一设置服务提供方的规则  -->
  <dubbo:provider timeout="1000"></dubbo:provider>
  <!-- 服务的实现 -->
  <bean id="userServiceImpl" class="com.web.gmall.service.impl.UserServiceImpl"></bean>

第三步，编写主类进行测试

public class MainApplication {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    ClassPathXmlApplicationContext ioc = new ClassPathXmlApplicationContext("provider.xml");
    ioc.start();
    System.in.read();
  }
}

使用Dubbo Admin管理后台查看，可以发现已经新增了一个服务提供者：

④ Dubbo改造服务消费者

第一步：引入依赖：

<!-- 引入dubbo -->
  <!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.alibaba/dubbo -->
  <dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>dubbo</artifactId>
    <version>2.6.2</version>
  </dependency>
  <!-- 注册中心使用的是zookeeper，引入操作zookeeper的客户端端 -->
  <dependency>
    <groupId>org.apache.curator</groupId>
    <artifactId>curator-framework</artifactId>
    <version>2.12.0</version>
  </dependency>

第二步，配置服务

在消费者class资源路径下配置consumer.xml：

    <context:component-scan base-package="com.web.gmall.service.impl"></context:component-scan>
  <dubbo:application name="order-service-consumer"></dubbo:application>
  <dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"></dubbo:registry>
  <!--声明需要调用的远程服务的接口；生成远程服务代理  -->
  <dubbo:reference interface="com.web.gmall.service.UserService" 
    id="userService" >
  </dubbo:reference>

第三步，编写主类进行测试

public class MainApplication {
  @SuppressWarnings("resource")
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    ClassPathXmlApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("consumer.xml");
    OrderService orderService = applicationContext.getBean(OrderService.class);
    orderService.initOrder("1");
    System.out.println("调用完成....");
    System.in.read();
  }
}

在保证Zookeeper服务端，Dubbo Admin和服务器提供者启动并正常运行前提下，运行该消费者主类，将会从服务提供者那里获取数据！

使用Dubbo Admin后台查看：

截止现在，Dubbo+Zookeeper简单整合实践，源码下载地址。

【6】安装Monitor监控中心

Simple Monitor 挂掉不会影响到 Consumer 和 Provider 之间的调用，所以用于生产环境不会有风险。

Simple Monitor 采用磁盘存储统计信息，请注意安装机器的磁盘限制，如果要集群，建议用mount共享磁盘。

① 安全并运行Monitor

和安装Dubbo Admin时步骤类似，进入incubator-dubbo-ops-master\dubbo-monitor-simple目录下，使用maven命令进行打包：

mvn clean package -Dmaven.test.skip=true

这里运行jar前，需要查看一下配置文件。将dubbo-monitor-simple-2.0.0-assembly.tar.gz复制并解压到指定文件夹下，查看其conf目录下的配置文件：

// Zookeeper注册中心地址
dubbo.registry.address=zookeeper://127.0.0.1:2181
//监控中心于其他服务通信端口
dubbo.protocol.port=7070
//监控中心web页面访问端口
dubbo.jetty.port=8080

之后，进入dubbo-monitor-simple-2.0.0\assembly.bin目录，运行start.bat。

进入浏览器查看监控中心：

此时监控中心还没有消费者。

② 修改服务提供者/消费者配置

在consumer.xml中添加如下配置：

<dubbo:monitor protocol="registry"></dubbo:monitor>

在provider.xml中如下配置：

<dubbo:monitor address="127.0.0.1:7070"></dubbo:monitor>

这两种有什么区别？参考官方文档：

重新启动provider和consumer，提供者向消费者索取服务再次查看Monitor，将会发现com.alibaba.dubbo.monitor.MonitorService对应的consumer有两个：provider和consumer都是MonitorService的消费者！

项目GitHub地址：点击下载