一篇文章帶你深入了解Dubbo分布式服務框架

一、產(chǎn)生的背景

企業(yè)建站必須是能夠以充分展現(xiàn)企業(yè)形象為主要目的，是企業(yè)文化與產(chǎn)品對外擴展宣傳的重要窗口，一個合格的網(wǎng)站不僅僅能為公司帶來巨大的互聯(lián)網(wǎng)上的收集和信息發(fā)布平臺，成都創(chuàng)新互聯(lián)面向各種領(lǐng)域：成都廣告制作等網(wǎng)站設(shè)計、全網(wǎng)營銷推廣解決方案、網(wǎng)站設(shè)計等建站排名服務。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)站應用的規(guī)模不斷擴大，常規(guī)的垂直應用架構(gòu)已無法應對，分布式服務架構(gòu)以及流動計算架構(gòu)勢在必行，亟需一個治理系統(tǒng)確保架構(gòu)有條不紊的演進。下面我們用一個圖來具體說明架構(gòu)和開發(fā)框架的演進過程。

單一應用架構(gòu)
當網(wǎng)站流量很小時，只需一個應用，將所有功能都部署在一起，以減少部署節(jié)點和成本。此時，用于簡化增刪改查工作量的數(shù)據(jù)訪問框架(ORM)是關(guān)鍵。

垂直應用架構(gòu)
當訪問量逐漸增大，單一應用增加機器帶來的加速度越來越小，將應用拆成互不相干的幾個應用，以提升效率。此時，用于加速前端頁面開發(fā)的Web框架(MVC)是關(guān)鍵。

分布式服務架構(gòu)
當垂直應用越來越多，應用之間交互不可避免，將核心業(yè)務抽取出來，作為獨立的服務，逐漸形成穩(wěn)定的服務中心，使前端應用能更快速的響應多變的市場需求。此時，用于提高業(yè)務復用及整合的分布式服務框架(RPC)是關(guān)鍵。

流動計算架構(gòu)
當服務越來越多，容量的評估，小服務資源的浪費等問題逐漸顯現(xiàn)，此時需增加一個調(diào)度中心基于訪問壓力實時管理集群容量，提高集群利用率。此時，用于提高機器利用率的資源調(diào)度和治理中心(SOA)是關(guān)鍵。
二、服務治理的需求

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

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

在大規(guī)模服務化之前，應用可能只是通過 RMI 或 Hessian 等工具，簡單的暴露和引用遠程服務，通過配置服務的URL地址進行調(diào)用，通過 F5 等硬件進行負載均衡。

當服務越來越多時，服務 URL 配置管理變得非常困難，F(xiàn)5 硬件負載均衡器的單點壓力也越來越大。此時需要一個服務注冊中心，動態(tài)的注冊和發(fā)現(xiàn)服務，使服務的位置透明。并通過在消費方獲取服務提供方地址列表，實現(xiàn)軟負載均衡和 Failover，降低對 F5 硬件負載均衡器的依賴，也能減少部分成本。

當進一步發(fā)展，服務間依賴關(guān)系變得錯蹤復雜，甚至分不清哪個應用要在哪個應用之前啟動，架構(gòu)師都不能完整的描述應用的架構(gòu)關(guān)系。這時，需要自動畫出應用間的依賴關(guān)系圖，以幫助架構(gòu)師理清關(guān)系。

接著，服務的調(diào)用量越來越大，服務的容量問題就暴露出來，這個服務需要多少機器支撐?什么時候該加機器? 為了解決這些問題，第一步，要將服務現(xiàn)在每天的調(diào)用量，響應時間，都統(tǒng)計出來，作為容量規(guī)劃的參考指標。其次，要可以動態(tài)調(diào)整權(quán)重，在線上，將某臺機器的權(quán)重一直加大，并在加大的過程中記錄響應時間的變化，直到響應時間到達閾值，記錄此時的訪問量，再以此訪問量乘以機器數(shù)反推總?cè)萘俊?/p>

以上是 Dubbo 最基本的幾個需求。簡單的說，Dubbo就是個服務調(diào)用的框架，如果沒有分布式的需求，其實是不需要用的，只有在分布式的時候，才有使用Dubbo這樣的分布式服務框架的需求，并且本質(zhì)上是個服務調(diào)用的東東。其核心部分包含:

1. 遠程通訊：提供對多種基于長連接的NIO框架抽象封裝，包括多種線程模型、序列化以及“請求-響應”模式的信息交換方式。

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

3. 自動發(fā)現(xiàn)：基于注冊中心目錄服務，使服務消費方能動態(tài)的查×××提供方，使地址透明，使服務提供方可以平滑增加或減少機器。
   三、Dubbo的架構(gòu)和特點

說完產(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。

如上圖所示，Dubbo總體架構(gòu)設(shè)計一共劃分了10層，而最上面的Service層是留給實際想要使用Dubbo開發(fā)分布式服務的開發(fā)者實現(xiàn)業(yè)務邏輯的接口層。圖中左邊淡藍背景的為服務消費方使用的接口，右邊淡綠色背景的為服務提供方使用的接口，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，各個層次的設(shè)計要點：

1. 服務接口層(Service)：該層是與實際業(yè)務邏輯相關(guān)的，根據(jù)服務提供方和服務消費方的業(yè)務設(shè)計對應的接口和實現(xiàn)。

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

3. 服務代理層(Proxy)：服務接口透明代理，生成服務的客戶端Stub和服務器端Skeleton，以ServiceProxy為中心，擴展接口為ProxyFactory。

4. 服務注冊層(Registry)：封裝服務地址的注冊與發(fā)現(xiàn)，以服務URL為中心，擴展接口為RegistryFactory、Registry和RegistryService?？赡軟]有服務注冊中心，此時服務提供方直接暴露服務。

5. 集群層(Cluster)：封裝多個提供者的路由及負載均衡，并橋接注冊中心，以Invoker為中心，擴展接口為Cluster、Directory、Router和LoadBalance。將多個服務提供方組合為一個服務提供方，實現(xiàn)對服務消費方透明，只需要與一個服務提供方進行交互。

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

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

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

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

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

從上圖可以看出，Dubbo對于服務提供方和服務消費方，從框架的10層中分別提供了各自需要關(guān)心和擴展的接口，構(gòu)建整個服務生態(tài)系統(tǒng)(服務提供方和服務消費方本身就是一個以服務為中心的)。

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

節(jié)點角色說明：

調(diào)用關(guān)系說明：
0：服務容器負責啟動，加載，運行服務提供者。

1：服務提供者在啟動時，向注冊中心注冊自己提供的服務。

2：服務消費者在啟動時，向注冊中心訂閱自己所需的服務。

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

4：服務消費者，從提供者地址列表中，基于軟負載均衡算法，選一臺提供者進行調(diào)用，如果調(diào)用失敗，再選另一臺調(diào)用。

5：服務消費者和提供者，在內(nèi)存中累計調(diào)用次數(shù)和調(diào)用時間，定時每分鐘發(fā)送一次統(tǒng)計數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心。

Dubbo架構(gòu)采用的是一種非常簡單的模型，要么是提供方提供服務，要么是消費方消費服務，所以基于這一點可以抽象出服務提供方(Provider)和服務消費方(Consumer)兩個角色。另外Dubbo架構(gòu)還具有以下幾個特點，連通性、健壯性、伸縮性、升級性，有關(guān)注冊中心、協(xié)議支持、服務監(jiān)控等內(nèi)容，也在特點里有詳細的描述。

連通性(服務消費者和服務提供者的關(guān)聯(lián))

1. 注冊中心負責服務地址的注冊與查找，相當于目錄服務，服務提供者和消費者只在啟動時與注冊中心交互，注冊中心不轉(zhuǎn)發(fā)請求，壓力較小。

2. 監(jiān)控中心負責統(tǒng)計各服務調(diào)用次數(shù)，調(diào)用時間等，統(tǒng)計先在內(nèi)存匯總后每分鐘一次發(fā)送到監(jiān)控中心服務器，并以報表展示。

3. 服務提供者向注冊中心注冊其提供的服務，并匯報調(diào)用時間到監(jiān)控中心，此時間不包含網(wǎng)絡開銷。

4. 服務消費者向注冊中心獲取服務提供者地址列表，并根據(jù)負載算法直接調(diào)用提供者，同時匯報調(diào)用時間到監(jiān)控中心，此時間包含網(wǎng)絡開銷。

5. 注冊中心，服務提供者，服務消費者三者之間均為長連接，監(jiān)控中心除外。

6. 注冊中心通過長連接感知服務提供者的存在，服務提供者宕機，注冊中心將立即推送事件通知消費者。

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

8. 注冊中心和監(jiān)控中心都是可選的，服務消費者可以直連服務提供者。

健壯性(任意節(jié)點宕掉后，服務仍然可用)

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)庫宕掉后，注冊中心仍能通過緩存提供服務列表查詢，但不能注冊新服務。

3. 注冊中心對等集群，任意一臺宕掉后，將自動切換到另一臺。

4. 注冊中心全部宕掉后，服務提供者和服務消費者仍能通過本地緩存通訊。

5. 服務提供者無狀態(tài)，任意一臺宕掉后，不影響使用。

6. 服務提供者全部宕掉后，服務消費者應用將無法使用，并無限次重連等待服務提供者恢復。

伸縮性(節(jié)點可以自動增加)

1. 注冊中心為對等集群，可動態(tài)增加機器部署實例，所有客戶端將自動發(fā)現(xiàn)新的注冊中心。

2. 服務提供者無狀態(tài)，可動態(tài)增加機器部署實例，注冊中心將推送新的服務提供者信息給消費者。

升級性(可平滑升級)
當服務集群規(guī)模進一步擴大，帶動IT治理結(jié)構(gòu)進一步升級，需要實現(xiàn)動態(tài)部署，進行流動計算，不會給現(xiàn)有分布式服務架構(gòu)帶來阻力。下圖是未來可能的一種調(diào)用架構(gòu)：

節(jié)點角色說明：

四、總結(jié)

Dubbo是Alibaba開源的分布式服務框架，并被廣泛應用于各互聯(lián)網(wǎng)公司。Dubbo只需要通過Spring配置的方式即可完成服務化，對于應用無***，其框架本身的成熟度以及文檔的完善程度，基本都能滿足各互聯(lián)網(wǎng)公司的業(yè)務需求。

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。另外一款開源分布式服務框架Spring Cloud 發(fā)展到現(xiàn)在，幾乎考慮了服務治理的方方面面，開發(fā)起來非常的便利和簡單。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)來解決業(yè)務問題，不管是Dubbo還是Spring Cloud都是實現(xiàn)微服務有效的工具。

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