Spring Cloud应用框架简介

1. Spring Cloud简介

Spring Cloud是一系列框架的有序集合。它利用Spring Boot的开发便利性巧妙地简化了分布式系统基础设施的开发,如服务发现注册、配置中心、消息总线、负载均衡、断路器、数据监控等,都可以用Spring Boot的开发风格做到一键启动和部署。Spring并没有重复制造轮子,它只是将目前各家公司开发的比较成熟、经得起实际考验的服务框架组合起来,通过Spring Boot风格进行再封装屏蔽掉了复杂的配置和实现原理,最终给开发者留出了一套简单易懂、易部署和易维护的分布式系统开发工具包。

Spring Cloud组件结构

1.1 为什么考虑Spring Cloud

  • Spring Cloud来源于Spring,质量、稳定性、持续性都可以得到保证

  • Spirng Cloud天然支持Spring Boot,更加便于业务落地。

  • Spring Cloud发展非常的快,从16年开始接触的时候相关组件版本为1.x,到现在将要发布2.x系列

  • Spring Cloud是Java领域最适合做微服务的框架。

  • 相比于其它框架,Spring Cloud对微服务周边环境的支持力度最大。

  • 对于中小企业来讲,使用门槛较低。

1.2 Spring Cloud的特性

  • 分布式/版本化配置
  • 服务注册和发现
  • 服务路由
  • 服务和服务之间的调用
  • 负载均衡
  • 服务熔断与服务降级
  • 分布式消息传递(MQ)

Spring Cloud的这些特性都是由不同的组件来完成,在架构的演进过程中扮演着重要的角色,接下来我们一起看看。

2. Spring Cloud体系工具框架

Spring Cloud共集成了19个子项目,里面都包含一个或者多个第三方的组件或者框架!

Spring Cloud 体系包含以下工具框架:

1、Spring Cloud Config 配置中心,利用git集中管理程序的配置。
2、Spring Cloud Netflix 集成众多Netflix的开源软件
3、Spring Cloud Bus 消息总线,利用分布式消息将服务和服务实例连接在一起,用于在一个集群中传播状态的变化
4、Spring Cloud for Cloud Foundry 利用Pivotal Cloudfoundry集成你的应用程序
5、Spring Cloud Cloud Foundry Service Broker 为建立管理云托管服务的服务代理提供了一个起点。
6、Spring Cloud Cluster 基于Zookeeper, Redis, Hazelcast, Consul实现的领导选举和平民状态模式的抽象和实现。
7、Spring Cloud Consul 基于Hashicorp Consul实现的服务发现和配置管理。
8、Spring Cloud Security 在Zuul代理中为OAuth2 rest客户端和认证头转发提供负载均衡
9、Spring Cloud Sleuth SpringCloud应用的分布式追踪系统,和Zipkin,HTrace,ELK兼容。
10、Spring Cloud Data Flow 一个云本地程序和操作模型,组成数据微服务在一个结构化的平台上。
11、Spring Cloud Stream 基于Redis,Rabbit,Kafka实现的消息微服务,简单声明模型用以在Spring Cloud应用中收发消息。
12、Spring Cloud Stream App Starters 基于Spring Boot为外部系统提供spring的集成
13、Spring Cloud Task 短生命周期的微服务,为SpringBooot应用简单声明添加功能和非功能特性。
14、Spring Cloud Task App Starters
15、Spring Cloud Zookeeper 服务发现和配置管理基于Apache Zookeeper。
16、Spring Cloud for Amazon Web Services 快速和亚马逊网络服务集成。
17、Spring Cloud Connectors 便于PaaS应用在各种平台上连接到后端像数据库和消息经纪服务。
18、Spring Cloud Starters (项目已经终止并且在Angel.SR2后的版本和其他项目合并)
19、Spring Cloud CLI 插件用Groovy快速的创建Spring Cloud组件应用。

下面将会介绍几个Spring Cloud体系中的重要组件。

2.1 Spring Cloud Netflix Eureka

Eureka是Netflix开源的一款提供服务注册和发现的产品,它提供了完整的Service Registry和Service Discovery实现。也是Spring Cloud体系中最重要最核心的组件之一。

Eureka是Spring Cloud体系的服务中心,将所有的可以提供的服务都注册到它这里来管理,其它各调用者需要的时候去注册中心获取,然后再进行调用,避免了服务之间的直接调用,方便后续的水平扩展、故障转移等。如下图:

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当然服务中心这么重要的组件一但挂掉将会影响全部服务,因此需要搭建Eureka集群来保持高可用性,生产中建议最少两台。随着系统的流量不断增加,需要根据情况来扩展某个服务,Eureka内部已经提供均衡负载的功能,只需要增加相应的服务端实例既可。那么在系统的运行期间某个实例挂了怎么办?Eureka内容有一个心跳检测机制,如果某个实例在规定的时间内没有进行通讯则会自动被剔除掉,避免了某个实例挂掉而影响服务。

因此使用了Eureka就自动具有了注册中心、负载均衡、故障转移的功能。

2.2 Spring Cloud Hystrix 熔断器

在微服务架构中通常会有多个服务层调用,基础服务的故障可能会导致级联故障,进而造成整个系统不可用的情况,这种现象被称为服务雪崩效应。服务雪崩效应是一种因“服务提供者”的不可用导致“服务消费者”的不可用,并将不可用逐渐放大的过程。

如下图所示:A作为服务提供者,B为A的服务消费者,C和D是B的服务消费者。A不可用引起了B的不可用,并将不可用像滚雪球一样放大到C和D时,雪崩效应就形成了。

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在这种情况下就需要整个服务机构具有故障隔离的功能,避免某一个服务挂掉影响全局。在Spring Cloud 中Hystrix组件就扮演这个角色。

Hystrix是Spring Cloud体系中的一个分布式系统限流、降级、熔断框架,Hystrix会在某个服务连续调用N次不响应的情况下,立即通知调用端调用失败,避免调用端持续等待而影响了整体服务。Hystrix间隔时间会再次检查此服务,如果服务恢复将继续提供服务。

image.png

Hystrix断路器可以防止一个应用程序多次试图执行一个操作,即很可能失败,允许它继续而不等待故障恢复或者浪费 CPU 周期,而它确定该故障是持久的。断路器模式也使应用程序能够检测故障是否已经解决。如果问题似乎已经得到纠正,应用程序可以尝试调用操作。

2.3 Spring Cloud Config

Spring Cloud Config是一个解决分布式系统的配置管理方案。它包含了Client和Server两个部分,Server提供配置文件的存储、以接口的形式将配置文件的内容提供出去,Client通过接口获取数据、并依据此数据初始化自己的应用。

Config配置中心

其实就是Server端将所有的配置文件服务化,需要配置文件的服务实例去Config Server获取对应的数据。将所有的配置文件统一整理,避免了配置文件碎片化。

如果服务运行期间改变配置文件,服务是不会得到最新的配置信息,需要解决这个问题就需要引入Refresh。可以在服务的运行期间重新加载配置文件。

当所有的配置文件都存储在配置中心的时候,配置中心就成为了一个非常重要的组件。如果配置中心出现问题将会导致灾难性的后果,因此在生产中建议对配置中心做集群,来支持配置中心高可用性。

2.4 Spring Cloud Zuul

Spring Cloud Zuul是Netflix开源的微服务网关,他可以和Eureka,Ribbon,Hystrix等组件配合使用。Zuul组件的核心是一系列的过滤器,这些过滤器可以完成以下功能:

  • 身份认证和安全: 识别每一个资源的验证要求,并拒绝那些不符的请求
  • 审查与监控
  • 动态路由:动态将请求路由到不同后端集群
  • 压力测试:逐渐增加指向集群的流量,以了解性能
  • 负载分配:为每一种负载类型分配对应容量,并弃用超出限定值的请求
  • 静态响应处理:边缘位置进行响应,避免转发到内部集群
  • 多区域弹性:跨域AWS Region进行请求路由,旨在实现ELB(ElasticLoad Balancing)使用多样化
Spring Cloud Zuul服务网关

2.5 Spring Cloud Ribbon

Spring Cloud Ribbon组件主要用于提供客户侧的软件负载均衡算法。

Spring Cloud Ribbon软负载

Ribbon客户端组件提供一系列完善的配置选项,比如连接超时、重试、重试算法等。Ribbon内置可插拔、可定制的负载均衡组件。下面是用到的一些负载均衡策略:

  • 简单轮询负载均衡
  • 加权响应时间负载均衡
  • 区域感知轮询负载均衡
  • 随机负载均衡

Ribbon中还包括以下功能:

  • 易于与服务发现组件(比如Netflix的Eureka)集成
  • 使用Archaius完成运行时配置
  • 使用JMX暴露运维指标,使用Servo发布
  • 多种可插拔的序列化选择
  • 异步和批处理操作(即将推出)
  • 自动SLA框架(即将推出)
  • 系统管理/指标控制台(即将推出)

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