分布式服務框架設計

分布式服務框架一般可以分為以下幾個部分，

(1)RPC基礎層：

包括底層通信框架，如NIO框架、通信協議，序列化和反序列化協議，
以及在這幾部分上的封裝，屏蔽底層通信細節和序列化方式差異

(2)服務發布/消費：

服務提供者根據消費者請求消息中的接口名，方法名，參數列表等信息，通過Java反射，調用本地的接口實現類；
服務消費者將服務提供者發布的接口封裝成遠程服務調用；

(3)服務調用鏈：

在服務調用的職責鏈中，通過在調用鏈切面的編碼完成相關的監控和擴展，如負載均衡，服務調用性能統計，調用完成通知，
失敗重發等功能

(4)服務注冊中心：

注冊中心負責服務的發布和通知，需要支持服務的平滑上線下線等

(5)服務治理中心：

服務治理中心是一個可視化的模塊，提供對服務的可視化分析和維護，包括服務運行狀態，調用關系和健康度等

下面以Dubbo為例來分析分布式服務框架的結構。

Dubbo的設計角色

(1)系統角色

Provider: 暴露服務的服務提供方。
Consumer: 調用遠程服務的服務消費方。
Registry: 服務注冊與發現的注冊中心。
Monitor: 統計服務的調用次調和調用時間的監控中心。
Container: 服務運行容器。

(2)調用關系

服務容器負責啟動，加載，運行服務提供者。
服務提供者在啟動時，向注冊中心注冊自己提供的服務。
服務消費者在啟動時，向注冊中心訂閱自己所需的服務。
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據給消費者。
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用，如果調用失敗，再選另一臺調用。
服務消費者和提供者，在內存中累計調用次數和調用時間，定時每分鐘發送一次統計數據到監控中心

Dubbo是如何架構的

Dubbo的總體架構如圖所示：

框架分層架構中，各個層次的設計要點：

服務接口層(Service)：該層是與實際業務邏輯相關的，根據服務提供方和服務消費方的業務設計對應的接口和實現。
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。
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。
服務注冊層(Registry)：封裝服務地址的注冊與發現，以服務URL為中心，擴展接口為RegistryFactory、Registry和RegistryService。可能沒有服務注冊中心，此時服務提供方直接暴露服務。
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，實現對服務消費方來透明，只需要與一個服務提供方進行交互。
監控層(Monitor)：RPC調用次數和調用時間監控，以Statistics為中心，擴展接口為MonitorFactory、Monitor和MonitorService。
遠程調用層(Protocol)：封將RPC調用，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，其它模型都向它靠擾，或轉換成它，它代表一個可執行體，可向它發起invoke調用，它有可能是一個本地的實現，也可能是一個遠程的實現，也可能一個集群實現。
信息交換層(Exchange)：封裝請求響應模式，同步轉異步，以Request和Response為中心，擴展接口為Exchanger、ExchangeChannel、ExchangeClient和ExchangeServer。
網絡傳輸層(Transport)：抽象mina和netty為統一接口，以Message為中心，擴展接口為Channel、Transporter、Client、Server和Codec。
數據序列化層(Serialize)：可復用的一些工具，擴展接口為Serialization、 ObjectInput、ObjectOutput和ThreadPool。

Dubbo的底層實現

(1)協議支持

Dubbo支持多種協議，如下所示：
Dubbo協議 Hessian協議
HTTP協議 RMI協議
WebService協議
Thrift協議 Memcached協議 Redis協議在通信過程中，不同的服務等級一般對應著不同的服務質量，那么選擇合適的協議便是一件非常重要的事情。你可以根據你應用的創建來選擇。例如，使用RMI協議，一般會受到防火墻的限制，所以對于外部與內部進行通信的場景，就不要使用RMI協議，而是基于HTTP協議或者Hessian協議。

(2)默認使用Dubbo協議

連接個數：單連接
連接方式：長連接
傳輸協議：TCP
傳輸方式：NIO異步傳輸
序列化：Hessian二進制序列化
適用范圍：傳入傳出參數數據包較小(建議小于100K)，消費者比提供者個數多，單一消費者無法壓滿提供者，盡量不要使用dubbo協議傳輸大文件或超大字符串
使用場景：常規遠程服務方法調用
從上面的適用范圍總結，dubbo適合小數據量大并發的服務調用，以及消費者機器遠大于生產者機器數的情況，不適合傳輸大數據量的服務比如文件、視頻等，除非請求量很低。

(3)Dubbo源碼模塊圖

Dubbo以包結構來組織各個模塊，各個模塊及其關系，如圖所示：

可以通過Dubbo的代碼(使用Maven管理)組織，與上面的模塊進行比較。簡單說明各個包的情況：
dubbo-common 公共邏輯模塊，包括Util類和通用模型。
dubbo-remoting 遠程通訊模塊，相當于Dubbo協議的實現，如果RPC用RMI協議則不需要使用此包。
dubbo-rpc 遠程調用模塊，抽象各種協議，以及動態代理，只包含一對一的調用，不關心集群的管理。
dubbo-cluster 集群模塊，將多個服務提供方偽裝為一個提供方，包括：負載均衡、容錯、路由等，集群的地址列表可以是靜態配置的，也可以是由注冊中心下發。
dubbo-registry 注冊中心模塊，基于注冊中心下發地址的集群方式，以及對各種注冊中心的抽象。
dubbo-monitor 監控模塊，統計服務調用次數，調用時間的，調用鏈跟蹤的服務。
dubbo-config 配置模塊，是Dubbo對外的API，用戶通過Config使用Dubbo，隱藏Dubbo所有細節。
dubbo-container 容器模塊，是一個Standalone的容器，以簡單的Main加載Spring啟動，因為服務通常不需要Tomcat/JBoss等Web容器的特性，沒必要用Web容器去加載服務。

服務暴露和消費的詳細過程

(1)服務提供者暴露一個服務的詳細過程

服務提供者暴露服務的主過程：

首先ServiceConfig類拿到對外提供服務的實際類ref(如：HelloWorldImpl),然后通過ProxyFactory類的getInvoker方法使用ref生成一個AbstractProxyInvoker實例，

到這一步就完成具體服務到Invoker的轉化。接下來就是Invoker轉換到Exporter的過程。

Dubbo處理服務暴露的關鍵就在Invoker轉換到Exporter的過程(如上圖中的紅色部分)，下面我們以Dubbo和RMI這兩種典型協議的實現來進行說明：

Dubbo的實現

Dubbo協議的Invoker轉為Exporter發生在DubboProtocol類的export方法，它主要是打開socket偵聽服務，并接收客戶端發來的各種請求，通訊細節由Dubbo自己實現。

RMI的實現

RMI協議的Invoker轉為Exporter發生在RmiProtocol類的export方法，
它通過Spring或Dubbo或JDK來實現RMI服務，通訊細節這一塊由JDK底層來實現，這就省了不少工作量。

(2)服務消費者消費一個服務的詳細過程

服務消費的主過程：

首先ReferenceConfig類的init方法調用Protocol的refer方法生成Invoker實例(如上圖中的紅色部分)，這是服務消費的關鍵。

接下來把Invoker轉換為客戶端需要的接口(如：HelloWorld)。

整理自?

Dubbo官方文檔

Dubbo架構設計詳解

阿里架構之旅(二)——Dubbo解析

總結

以上是生活随笔為你收集整理的分布式服务框架原理（一）设计和实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。