Spring Cloud 微服务治理：从注册发现到熔断降级，保姆级教程

大家好，我是你们的 IT 邻居，老王。

今天咱们来聊聊微服务架构下的服务治理。微服务架构将单体应用拆分成多个小型、独立的服务，每个服务负责特定的业务功能。这种架构带来了诸多好处，比如更高的灵活性、可扩展性和可维护性。但同时，也引入了新的挑战：如何管理这些数量众多的服务？

这就是服务治理要解决的问题。服务治理涵盖了一系列活动，旨在确保微服务的健康、可靠和高效运行。今天，咱们就以 Spring Cloud 为例，深入探讨微服务治理的各个方面，包括服务注册与发现、负载均衡、服务监控、服务熔断、服务降级等。

为什么要进行服务治理？

在单体应用时代，服务之间的调用都在同一个进程内完成，相对简单。但在微服务架构下，服务之间的调用变成了跨进程、跨网络的远程调用。这带来了许多新的问题：

• 服务发现： 服务消费者如何找到服务提供者？
• 负载均衡： 如何将请求分发到多个服务提供者实例？
• 服务容错： 如何处理服务调用失败？
• 服务监控： 如何了解服务的运行状态？
• 服务安全： 如何保证服务调用的安全性？

服务治理就是为了解决这些问题，确保微服务架构的稳定运行。

Spring Cloud 与服务治理

Spring Cloud 为微服务治理提供了一套完整的解决方案。它基于 Spring Boot，提供了各种组件，可以轻松实现服务注册与发现、负载均衡、服务熔断、服务降级等功能。

接下来，咱们就详细介绍 Spring Cloud 中的几个核心组件，以及它们在服务治理中扮演的角色。

1. 服务注册与发现：Eureka

1.1. 什么是服务注册与发现？

想象一下，你要给朋友打电话，你得先知道他的电话号码。服务注册与发现也是同样的道理。服务提供者将自己的信息（比如 IP 地址、端口号）注册到服务注册中心，服务消费者从服务注册中心查询服务提供者的信息，然后才能发起调用。

1.2. Eureka 简介

Eureka 是 Spring Cloud 中的服务注册与发现组件。它包含两个核心角色：

• Eureka Server： 服务注册中心，负责管理服务实例的信息。
• Eureka Client： 服务提供者和消费者，通过 Eureka Client 与 Eureka Server 交互，完成服务注册和发现。

1.3. Eureka 工作原理

1. 服务注册： 服务提供者启动时，将自己的信息注册到 Eureka Server。
2. 服务续约： 服务提供者定期向 Eureka Server 发送心跳，表明自己还活着。
3. 服务下线： 服务提供者正常关闭时，会向 Eureka Server 发送下线请求，将自己从服务列表中移除。如果 Eureka Server 长时间没有收到某个服务实例的心跳，也会将其从服务列表中移除。
4. 服务发现： 服务消费者从 Eureka Server 获取服务提供者的信息，然后发起调用。

1.4. Eureka 实战

咱们通过一个简单的例子，演示如何使用 Eureka 实现服务注册与发现。

1. 创建 Eureka Server

创建一个 Spring Boot 项目，添加以下依赖：

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

在启动类上添加 @EnableEurekaServer 注解：

@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaServerApplication {

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

在 application.yml 中配置 Eureka Server：

server:
  port: 8761

eureka:
  client:
    register-with-eureka: false
    fetch-registry: false
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

2. 创建服务提供者

创建一个 Spring Boot 项目，添加以下依赖：

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

在启动类上添加 @EnableEurekaClient 注解：

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
@RestController
public class ProviderApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ProviderApplication.class, args);
    }
    @Value("${server.port}")
    String port;

    @RequestMapping("/hello")
    public String home() {
        return "hello world from port " + port;
    }

}

在 application.yml 中配置 Eureka Client：

spring:
  application:
    name: provider-service
server:
  port: 8081

eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

3. 创建服务消费者

创建一个 Spring Boot 项目，添加以下依赖：

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

在启动类上添加 @EnableEurekaClient 注解：

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
@RestController
public class ConsumerApplication {
    @Autowired
    private LoadBalancerClient loadBalancerClient;

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConsumerApplication.class,args);
    }
    @RequestMapping("/hi")
    public String hi(@RequestParam(value = "name", defaultValue = "forezp") String name) {
        ServiceInstance serviceInstance = loadBalancerClient.choose("provider-service");
        String url = "http://" + serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort() + "/hello";
        System.out.println(url);
        return new RestTemplate().getForObject(url, String.class);
    }
}

在 application.yml 中配置 Eureka Client：

spring:
  application:
    name: consumer-service
server:
  port: 8082

eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

启动 Eureka Server、服务提供者和服务消费者，访问 http://localhost:8082/hi，可以看到服务消费者成功调用了服务提供者的接口。

2. 负载均衡：Ribbon

2.1. 什么是负载均衡？

当有多个服务提供者实例时，我们需要将请求分发到不同的实例上，这就是负载均衡。负载均衡可以提高系统的吞吐量、可用性和可靠性。

2.2. Ribbon 简介

Ribbon 是 Spring Cloud 中的客户端负载均衡组件。它可以与 Eureka 结合使用，从 Eureka Server 获取服务提供者列表，然后根据一定的负载均衡策略，选择一个服务实例发起调用。

2.3. Ribbon 负载均衡策略

Ribbon 提供了多种负载均衡策略，比如：

• RoundRobinRule： 轮询，按顺序依次选择服务实例。
• RandomRule： 随机，随机选择一个服务实例。
• BestAvailableRule: 选择并发量最小的服务实例
• WeightedResponseTimeRule： 加权响应时间，响应时间越短的服务实例权重越高，被选中的概率越大。

可以在配置文件中指定负载均衡策略：

provider-service:
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule

2.4. Ribbon 实战

在上面的例子中，服务消费者已经使用了 Ribbon。通过 LoadBalancerClient 接口的 choose 方法，可以获取一个服务实例，然后发起调用。我们也可以使用@LoadBalanced注解简化操作。

修改消费者：

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
@RestController
public class ConsumerApplication {

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

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConsumerApplication.class,args);
    }
    @RequestMapping("/hi")
    public String hi(@RequestParam(value = "name", defaultValue = "forezp") String name) {
        String url = "http://provider-service/hello";
        System.out.println(url);
        return new RestTemplate().getForObject(url, String.class);
    }
}

启动多个服务提供者实例，再次访问 http://localhost:8082/hi，可以看到 Ribbon 会将请求分发到不同的服务实例上。

3. 服务熔断：Hystrix

3.1. 什么是服务熔断？

在微服务架构下，服务之间存在依赖关系。如果某个服务出现故障，可能会导致其他服务也受到影响，甚至引发雪崩效应。服务熔断就是为了解决这个问题。当某个服务出现故障时，熔断器会打开，阻止请求继续发送到该服务，从而避免雪崩效应。

3.2. Hystrix 简介

Hystrix 是 Spring Cloud 中的服务熔断组件。它可以监控服务调用的状态，当服务调用失败率达到一定阈值时，熔断器会打开，阻止请求继续发送到该服务。一段时间后，熔断器会进入半开状态，尝试发送少量请求，如果请求成功，则关闭熔断器，恢复服务调用；如果请求仍然失败，则继续保持打开状态。

3.3. Hystrix 工作原理

Hystrix 的核心是熔断器。熔断器有三种状态：

• Closed： 关闭状态，请求可以正常发送到服务。
• Open： 打开状态，请求被阻止，直接返回错误或执行 fallback 逻辑。
• Half-Open： 半开状态，尝试发送少量请求，根据请求结果决定是否关闭熔断器。

3.4. Hystrix 实战

在服务消费者中添加 Hystrix 支持。

添加依赖：

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

在启动类增加注解@EnableHystrix，开启 Hystrix。

改造消费者：

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
@RestController
@EnableHystrix
public class ConsumerApplication {

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

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConsumerApplication.class,args);
    }
    @RequestMapping("/hi")
    @HystrixCommand(fallbackMethod = "hiError")
    public String hi(@RequestParam(value = "name", defaultValue = "forezp") String name) {
        String url = "http://provider-service/hello";
        System.out.println(url);
        return new RestTemplate().getForObject(url, String.class);
    }

     public String hiError(String name) {
        return "hi," + name + ",sorry,error!";
    }
}

当服务提供者不可用时，会执行 hiError 方法，返回错误信息。

4. 服务降级

4.1. 什么是服务降级？

服务降级是指当服务出现问题或者资源不足时，为了保证核心服务的可用性，主动关闭一些非核心服务，或者返回一些默认值。服务降级是一种牺牲部分功能来保证整体系统可用性的策略。

4.2. 服务降级与服务熔断的区别

• 服务熔断： 是应对服务雪崩的一种保险措施，是应对服务调用故障的，相当于保险丝。
• 服务降级： 从整体负荷考虑，当某个服务熔断后，服务器将不再被调用，客户端可以自己准备一个本地的 fallback 回调，返回一个缺省值，这样做虽然服务水平下降，但好歹可用，比直接挂掉要强。

4.3. Hystrix 实现服务降级

在上面的 Hystrix 示例中，我们已经演示了如何使用 Hystrix 实现服务降级。当服务调用失败时，会执行 fallbackMethod 指定的方法，返回一个默认值。

5. 服务监控

5.1. 为什么需要服务监控？

服务监控可以帮助我们了解服务的运行状态，及时发现问题，并进行处理。服务监控通常包括以下几个方面：

• 性能指标： 比如 CPU 使用率、内存使用率、请求响应时间、吞吐量等。
• 健康检查： 检查服务是否正常运行。
• 日志： 记录服务的运行日志，方便排查问题。

5.2. Spring Boot Actuator

Spring Boot Actuator 提供了各种监控端点，可以暴露服务的各种信息。比如：

• /health：健康检查端点，可以查看服务的健康状态。
• /metrics：性能指标端点，可以查看各种性能指标。
• /loggers：日志端点，可以查看和修改日志级别。

5.3. Spring Cloud Sleuth 与 Zipkin

Spring Cloud Sleuth 提供了分布式链路追踪功能，可以跟踪请求在多个服务之间的调用过程。Zipkin 是一个分布式链路追踪系统，可以收集和展示 Sleuth 生成的追踪数据。

总结

本文介绍了微服务架构下的服务治理，以及 Spring Cloud 中的几个核心组件：Eureka、Ribbon、Hystrix。通过这些组件，我们可以轻松实现服务注册与发现、负载均衡、服务熔断、服务降级等功能，保证微服务架构的稳定运行。当然，Spring Cloud 提供的服务治理能力远不止这些，例如还有配置中心 কনফিগারেশন সেন্টার Config Server、服务网关 Zuul 等，这些内容我们将在后续的文章中继续探讨。

希望这篇文章能帮助你更好地理解微服务治理，如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言。