SpringCloud（五）：客户端负载均衡器—Ribbon

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SpringCloud

负载均衡 SpringCloud 客户端负载均衡 Ribbon Netflix Ribbon

（编写不易，转载请注明：http://shihlei.iteye.com/blog/2404997）

一概述

负载均衡，简单说即将 “负载” 按照一定策略分摊到不同的执行单元中执行。

服务的负载均衡目前主要实现策略：

1）服务器端反向代理：硬负载 F5，软负载 LVS，Nginx；可以透明接入，但要独立搭建高可用架构。

2）客户单端负载均衡器：lib形式提供，可以根据需要灵活控制策略，但需要客户端集成。

Ribbon 属于客户端负载均衡器，主要应用于服务消费者，支持RestTemplate，Feign等请求技术集成，支持从配置文件或从Eureka重拉取Server实例列表，其他需要原生开发。

负载均衡算法：

随机，轮询，响应时间加权等等

git：https://github.com/Netflix/ribbon

本文规划:

1）Ribbon 原生使用及自定义rule。

2）SpringCloud RestClient集成Ribbon及简要说明实现机制。

二 Ribbon demo

1) 原生demo

（1）添加依赖

<dependency>
            <groupId>com.netflix.ribbon</groupId>
            <artifactId>ribbon-loadbalancer</artifactId>
            <version>2.2.5</version>
</dependency>

（2）demo

package x.demo.netflix.ribbon;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

import com.netflix.loadbalancer.ILoadBalancer;
import com.netflix.loadbalancer.IPing;
import com.netflix.loadbalancer.IRule;
import com.netflix.loadbalancer.LoadBalancerBuilder;
import com.netflix.loadbalancer.NoOpPing;
import com.netflix.loadbalancer.RoundRobinRule;
import com.netflix.loadbalancer.Server;

/**
 * LoadBalancerDemo
 */
public class LoadBalancerDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 负载均衡规则
        IRule rule = new RoundRobinRule();
        // ping 规则
        IPing ping = new NoOpPing();

        // 添加Server 列表
        List<Server> serverList = Arrays.asList(
                new Server("server1"),
                new Server("server2"),
                new Server("server3"),
                new Server("server4"),
                new Server("server5")
        );

        //初始化LoadBalancer
        ILoadBalancer loadBalancer =
                LoadBalancerBuilder
                        .newBuilder()
                        .withRule(rule)
                        .withPing(ping)
                        .buildFixedServerListLoadBalancer(serverList);

        // 简单查看效果
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(loadBalancer.chooseServer(null));
        }
    }
}

2）Ribbon 结果简单分析

Ribbon 源码比较简单，结构也比较清晰，很方便看，主要体系：LoadBalancer，Rule，Ping 可以简单看看。

（1）LoadBalancer 体系：

【1】接口级别:

a）ILoadBalancer：定义LoadBalancer的基本行为，主要是从ServerList中根据策略选择一个Server实例进行请求。

核心方法：

addServers：向LoadBalancer增加Server实例。
chooseServer：通过某种策略，从ServerList选择一个Server实例。
markServerDown：通知LoadBalancer某个Server实例已Down，下次请求可以忽略。
getReachableServers：获取可用的Server实例列表。
getAllServers：获取所有Server实例列表。

b）AbstractLoadBalancer：抽象LoadBalancer的一般操作。

【2】实现级别:

c）BaseLoadBalancer：基础实现，把实现依赖抽象成如下几大块，做用户定制和扩展，

主要依赖：

IClientConfig：提供配置信息，如ping 超时时间等。
IRule：提供Server实例选择策略。
IPing：提供验证实例是否可用策略。

d）DynamicServerListLoadBalancer：可动态添加ServerList（yml文件等），并提供Filter过滤能力

e) ZoneAwareLoadBalancer：提供Zone 负载均衡

（2）Rule体系

【1】接口级别：

a）IRule：提供Server选择策略

核心方法：Server choose(in Object key)

b）AbstractLoadBalancerRule：抽象Rule的一般操作，主要维护一个ILoadBalancer实例，提供get，set方法，完成绑定，以便获得SeverList供选择使用

【2】实现级别：

d）RandomRule

e）RoundRobinRule(及ClientConfigEnabledRoundRobinRule)，

f）WeightedResponseTimeRule（返回时间权重规则）

g）BestAvailableRule（最低并发规则）

【3】其他包装类：

h）RetryRule：支持重试的规则

（3）Ping体系

【1】接口级别：

a）IPing：提供判读Sever实例是否可用的策略

核心方法：boolean isAlive(Server server)

b）AbstractLoadBalancerPing：主要维护一个ILoadBalancer实例，提供get，set方法，完成绑定，以便获得SeverList以便尝试时使用

【2】实现级别：

c）NoOpPing：无任何操作，永远返回true，有效。

d）DummyPing：也是永远返回true。

e）NIWSDiscoveryPing：基于发现的Ping规则

3）自定义一个Rule实现只使用第一个服务器

package x.demo.springcloud.webfront.service.impl.ribbon;

import java.util.List;

import com.netflix.client.config.IClientConfig;
import com.netflix.loadbalancer.AbstractLoadBalancerRule;
import com.netflix.loadbalancer.Server;

/**
 * 只请求第一台server
 *
 */
public class FirstServerRule extends AbstractLoadBalancerRule {

    @Override
    public Server choose(Object key) {
        List<Server> servers = getLoadBalancer().getReachableServers();
        return servers.get(0);
    }

    @Override
    public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) {
    
    }
}

三 SpringCloud Ribben + RestClient

1）概述

SpringCloud 对 LoadBalancer 进行了高层抽象，用于多种Http客户端获得负载均衡的能力。Ribbon作为一种基础实现，通过SpringCloud AutoConfiguration机制集成。

注：demo 默认使用《SpringCloud文章系列》的 “microservice-time” 时间微服务，作为服务提供者，为简化项目复杂度，禁用Eureka 服务发现能力。

具体项目环境可参见《SpringCloud（一）： SpringBoot 创建简单的微服务》

本文主要改造微服务客户端项目：

spring-cloud-webfront：服务调用者，调用“时间”微服务，返回当前时间。

2）集成使用Demo

（1）添加依赖

 <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
</dependency>

（2）RestClient 集成 Ribbon

只需要通过在@Configuration中添加创建RestTemplate的Bean，并使用@LoadBalanced进行注解即可

package x.demo.springcloud.webfront.service.impl.ribbon;

import org.springframework.cloud.client.loadbalancer.LoadBalanced;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

/**
 * RestTemplateRibbon
 *
 */
@Configuration
public class RestTemplateRibbonConfiguration {

    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplate(){
        return new RestTemplate();
    }
}

（3）配置服务器信息

a）yml 文件配置方式

spring:
  profiles: Standalone
  application:
    name: webfront

server:
  port: 20001

# 自定义配置
timeMisroService:
  v1:
    uri: http://microservice-time/time/v1

# Ribbon 负载均衡配置
# 取消eureka 依赖
ribbon:
  eureka:
    enabled: false
# microservice-time 相对于虚拟主机，RestTemplate 必须使用microservice-time 访问 才能走复杂均衡策略
microservice-time:
  ribbon:
    # LoadBalancer
    NFLoadBalancerClassName:  com.netflix.loadbalancer.DynamicServerListLoadBalancer
    # 由于禁用了Ribbon Eureka获取服务ip端口，需要手动提供
    listOfServers: 127.0.0.1:10001,127.0.0.1:10002
    # 负载均衡策略
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RoundRobinRule
    # ping策略
    NFLoadBalancerPingClassName: com.netflix.loadbalancer.NoOpPing

注：

microservice-time.ribbon 是针对 microservice-time 的 ribbon配置，microservice-time 相当于虚拟主机，使用时host需要使用 microservice-time 作为虚拟主机，如地址http://microservice-time/time/v1，Ribbon根据策略获取实际的IP和端口，这里是通过microservice-time.ribbon.listOfServers获取的

其他定制项：

NFLoadBalancerClassName: 默认 DefaultClientConfigImpl
NFLoadBalancerPingClassName: 默认 DummyPing
NFLoadBalancerRuleClassName: 默认 ZoneAvoidanceRule
NIWSServerListClassName: 默认 ConfigurationBasedServerList
NIWSServerListFilterClassName: 默认 ZonePreferenceServerListFilter

b）程序配置方式：

使用 @RibbonClient 配置RibbonClinet，通过 configuration 属性执行配置Bean；注：这个Bean不能添加@Configuration 否则配置全局生效

package x.demo.springcloud.webfront.service.impl.ribbon;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

import com.netflix.loadbalancer.IPing;
import com.netflix.loadbalancer.IRule;
import com.netflix.loadbalancer.NoOpPing;
import com.netflix.loadbalancer.RandomRule;
import com.netflix.loadbalancer.Server;
import com.netflix.loadbalancer.ServerList;
import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClient;
import org.springframework.context.annotation.Bean;

/**
 * Ribbon 负载均衡配置
 * <p>
 * 特别注意：
 * 这里是针对 name = "microservice-time" 的服务进行的配置，所以不能 添加 @Configuration ，否则接入容器，会全局生效
 *
 */
@RibbonClient(name = "microservice-time", configuration = TimeMicroServiceConfiguration.class)
public class TimeMicroServiceConfiguration {

    @Bean
    public IRule rule() {
        return new RandomRule();
    }

    @Bean
    public IPing ping() {
        return new NoOpPing();
    }

    @Bean
    public ServerList<Server> serverList() {
        List<Server> servers = Arrays.asList(new Server("127.0.0.1", 10001), new Server("127.0.0.1", 10002));

        ServerList<Server> serverList = new ServerList<Server>() {
            @Override
            public List<Server> getInitialListOfServers() {
                return servers;
            }

            @Override
            public List<Server> getUpdatedListOfServers() {
                return servers;
            }
        };

        return serverList;
    }
}

（4）service 层

package x.demo.springcloud.webfront.service;

public interface TimeService {
    /**
     * 获取当前时间
     * @return 当前时间，格式：yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    String now();
}


package x.demo.springcloud.webfront.service.impl;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;
import x.demo.springcloud.webfront.service.TimeService;

@Service
public class TimeServiceRestClientImpl implements TimeService {

    @Value("${timeMisroService.v1.uri}")
    private String timeMicroServiceV1Uri;

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    /**
     * 获取当前时间
     *
     * @return 当前时间，格式：yyyy-MM-dd HH:mm:ss
     */
    @Override
    public String now() {
        String url = timeMicroServiceV1Uri + "/now";
        ProtocolResult<String> result = restTemplate.getForObject(url, ProtocolResult.class);
        return result.getBody();
    }
}

（5）启动类

package x.demo.springcloud.webfront;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class SpringCloudWebfrontApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringCloudWebfrontApplication.class, args);
    }
}

（6）查看结果（略）

（7）SpringCloud Ribbon + FeignClien：

FeignClent 默认集成了Ribbon支持，只要依赖添加完成就可完成集成工作。

如果需要定制某个FeignClient的RibbonClient ，FeignClinet 的name使用服务的虚拟主机名，采用上面

二 SpringCloud Ribben + RestClient 》 2）集成demo 》（3）配置服务器信息即可完Ribbon的配置

四 SpringCloud LoadBalancer 源码分析

1）概述

SpringCloud LoadBalancer 进行了高层抽象，针对RestClent的扩展主要使用了RestTemplate的 ClientHttpRequestInterceptor 机制在请求时拦截走LoadBalancer的实现。

其实现结构如下：

（1）LoadBalancerClient体系

a）ServiceInstanceChooser：Service实例选择器接口

核心方法：ServiceInstance choose(String serviceId) ：根据serviceId 选择一个 Service 实例。

b）LoadBalancerClient：负载均衡客户端接口，具有选择服务实例，执行请求的能力，继承自 ServiceInstanceChooser；

核心方法：

执行请求方法：

T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request)

T execute(String serviceId, ServiceInstance serviceInstance, LoadBalancerRequest<T> request)

重建请求链接方法：

URI reconstructURI(ServiceInstance instance, URI original);

c）RibbonLoadBalancerClient：基于Ribbon实现的LoadBalancerClient，内部依赖 Ribbon的ILoadBalancer体系

（2） ClientHttpRequestInterceptor体系：

a）RestTemplate：Rest请求客户端，提供Rest服务访问能力

b）ClientHttpRequestInterceptor：RestTemplate提供的拦截器，可以在请求之根据需要进行拦截，一般用实现Header头改写，添加Token等通用的面向切面编程。

c）RetryLoadBalancerInterceptor：实现了ClientHttpRequestInterceptor，拦截Http请求，依赖 LoadBalancerClient 选择Service实例，重新发起请求。实现负载均衡。

（3）AutoConfiguration体系：

a）LoadBalancerAutoConfiguration：配置负载均衡客户端（di主要通过这个进行配置）如果是 RestTemplate 的形式，则在restTemplate 中通过添加RetryLoadBalancerInterceptor；用于拦截请求。

b）RibbonAutoConfiguration：查看spring.factories文件，拉起Ribbon的默认配置及组装点

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonAutoConfiguration

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2018-10-21 18:50
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