单体架构与微服务架构的介绍

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单体架构

• 单体架构
  • 所有的代码最终打包成一个文件(jar包)，整个系统的所有功能单元整体部署到同一个进程
    
• 单体架构的扩容
  • 一个单体应用在运行时，会部署在一台云服务器上，但是随着用户体量的增长，一台云服务器上运行的一个单体应用，已经无法承载日益增长的请求量。
  • 我们可以对单体应用实现扩容，即使用单体应用集群，通过使用单体应用的集群，可以一定程度上，很好的应对日益增长的用户请求。但这个方案不是很完美
    
• 单体架构的优势
  • 应用的开发很简单
  • 易于对应用程序进行大规模的更改
  • 测试相对直观简单
  • 部署简单明了
  • 横向扩容不费吹灰之力
• 单体架构的弊端
  • 代码过度复杂且严重耦合，导致难以维护
    1. 由于系统本身过于庞大和复杂，以至于任何一个开发者都很难理解它的全部，因此，修复软件中的问题和正确实现新功能就变得困难且耗时
    2. 更糟糕的是，这种极度的复杂性，可能会形成一个恶性循环: 由于代码难以理解，因此开发者在更改时更容易出错，每一次更改都会让代码库变得更复杂，更难懂
  • 从代码提交到实际部署的周期很长
    1. 众多开发人员都向同一个代码库提交代码，常常使得代码库的构建结构处于无法交付的状态。当采用了分支来解决这个问题，又必须忍受漫长且痛苦的合并过程
    2. 因为代码库中的代码十分复杂，以至于任何一个更改可能引起的影响是未知的，为了避免牵一发而动全身的后果，即使是一个微小的更改，也必须执行全部的测试
  • 扩展性受限
    1. 如果单体应用中的某一个功能点存在性能问题，那么就需要多部署几个单体应用的实例，再加上负载均衡的设备(比如nginx)，才能保证整个应用的性能能够支撑用户的使用（资源浪费）
    2. 在某些情况下，应用的不同模块对资源的需求是相互冲突的，比如某些模块需要高效的IO，某些模块需要高性能的CPU, 而这些模块都在一个单体应用之内，因此其所部署的服务器必须满足所有的需求（成本过高）
  • 开发慢，启动慢，严重影响开发效率
  • 交付可靠的单体应用困难
    1. 单体应用体积庞大，难以进行全面和彻底的测试，而缺乏可靠的测试意味着代码中的错误会进入生产环境
    2. 缺乏故障隔离，因为所有的模块都在同一个进程中运行，每隔一段时间，在一个模块中的代码错误，将会导致整个应用程序的崩溃

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微服务架构

• 微服务架构
  • 本质就是按照单一职责原则实现了特定的一组功能
  • 因为每个微服务的本质都可以是一个应用程序，这就要求，微服务可以独立部署，独立运行，独立对外提供服务(运行在一个独立的进程中)
  • 微服务架构是模块化开发的一种形式
    • 在单体架构中，模块通常由一组编程语言所提供的的结构(例如Java中的包，或者jar文件)来定义，但是通过这种方式得到的模块，不同模块的代码还是可以相互引用，导致模块中对象依赖关系的混乱
    • 在微服务架构中，使用微服务作为模块化的单元，要访问服务，只能通过服务对外提供的API，于是服务的API为它自身构筑了一个不可逾越的边界，你无法越过API去访问服务内部的类。
      
• 微服务架构的优势
  • 每个服务都相对较小，容易维护
  • 使得大型的应用程序实现快速的持续交付和持续部署
    1. 每一个服务相对较小，编写全面的测试代码和执行自动化测试都变得相对容易
    2. 每个服务都独立于其他服务部署，如果负责服务的开发人员，需要部署对该服务的更改，不需要与其他开发人员协商，因此将更改频繁部署到生产中要容易的多
  • 应用扩展灵活
    1. 应用被拆分为不同的微服务，而微服务可以独立部署，因此，扩容就不在针对整个应用了，哪里出现性能瓶颈，对哪个服务扩容即可
    2. 即使不同的的服务需要资源存在冲突，也没有关系，把它们分别部署到具有拥有各自所需要资源的机器上即可
  • 更好的容错
    1. 相比于单体架构中，一个故障拖垮整个系统的情况，一个服务的故障，并不会影响想到其他服务的正常运行
• 微服务架构的弊端
  • 分布式系统可能复杂难以管理
  • 分布式部署追踪问题难
    • 目前主流的解决方案
      1. 把所有服务的日志收集到同一个文件中（ELK）
      2. 给每一个调用生成一个唯一的ID标识，如果出现调用失败，输出这个ID标识（鹰眼系统）
  • 分布式事务比较难处理
  • 服务数量增加，管理复杂性增加
• 微服务的拆分
  

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微服务的实现

• CDN网络
  • Content Delivery Network（内容分发网络），主要是为了提高静态资源的访问速度
• SpringCloud 基于SpringBoot提供了一套微服务架构实现的解决方案，包括服务的注册与自动发现，面向接口的服务调用，服务调用的负载均衡，服务网关，服务熔断等等组件，它利用SpringBoot开发的便利性，巧妙的简化了分布式系统的基础设施搭建，使开发者可以基于SpringBoot的开发风格做到快速启动和部署。

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服务之间的调用

• 服务调用之间的理论
  • 基于SpringCloud实现的微服务，其本质是Tomcat中的一个应用，它们都支持基于Http协议的通信，因此我们可以通过Http协议实现服务进程(实例)间的通信
  • 于是服务间的通信过程就变成了，调用者发送Http请求，被调用这返回Http响应，一次请求响应过程，就等价于一次服务调用过程
  • 在一次服务调用过程中，我们称调用者为服务消费者(使用或者消费另一个服务的功能)，我们称被调用者为服务提供者(提供被消费的功能)，服务消费者和服务提供者的概念仅仅是在单次调用中的概念，一个服务既可以是服务消费者，也可以是服务提供者
  • 因此，服务提供者只要对外暴露了接口，那么服务消费者就能通过调用服务提供者对外提供的接口，从而实现对服务提供者的调用，使用服务提供者的功能
• 实现服务调用的准备
  • 通过代码发送Http请求——使用RestTemplate
    • RestTemplate是一个专门用来发送Http请求的工具，通过封装JDK中的HttpURLConnection类库，提供简单易用的模板方法API，它所提供的模板方法几乎覆盖了常用的所有Http请求类型的场景
• 导入SpringCloud的配置

    <properties><maven.compiler.source>8</maven.compiler.source><maven.compiler.target>8</maven.compiler.target><project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding><spring-boot.version>2.2.2.RELEASE</spring-boot.version></properties><dependencyManagement><dependencies><!-- spring-boot --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId><version>${spring-boot.version}</version><type>pom</type><scope>import</scope></dependency><!--spring cloud alibaba--><dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId><version>2.1.0.RELEASE</version><type>pom</type><scope>import</scope></dependency><!--spring cloud--><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId><version>Hoxton.SR1</version><type>pom</type><scope>import</scope></dependency></dependencies></dependencyManagement>

eg：

服务提供者实现

• 依赖

<dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency>
</dependencies>

• 配置

server:port: 8090

• 代码

@RestController
public class BaseProviderController {@GetMapping("/base/provider/demo")public String baseDemo(String name) {String resp = "base-provider-demo" + name;return resp;}
}

服务提供者实现

• 依赖同上
• 配置

server:port: 8091

• 代码

@RestController
public class BaseConsumerController {@GetMapping("/base/consumer/demo")public String baseDemo() {// 调用provider对外暴露的接口// 通过发起Http请求// 1. 请求的地址// http://localhost:8090/base/provider/demo?name=xxx// 2. 通过RestTemplate发起Http请求// RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();// 3. 请求的参数自己定义// 1. 创建RestTemplate的对象RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();// 2. 传可变长度的参数// 使用1，2，3，4来占位，表示是第几个参数// String resp = getVariblesParams(restTemplate);// 3. 使用hashMap// 使用HashMap中的Key来占位// String resp = getHashMapParams(restTemplate);// 4. 使用getForEntityString response = getForEntityUseHashMap(restTemplate);return response;}private static String getForEntityUseHashMap(RestTemplate restTemplate) {String url = "http://localhost:8090/base/provider/demo?name={name}";Class<String> respType = String.class;HashMap<String, Object> hashMap = new HashMap<>();hashMap.put("name", "ww");ResponseEntity<String> responseEntity = restTemplate.getForEntity(url, respType, hashMap);// 响应码 200 500 404 302 304int codeValue = responseEntity.getStatusCodeValue();System.out.println("codeValue = " + codeValue);// 响应对象HttpStatus statusCode = responseEntity.getStatusCode();System.out.println("statusCode = " + statusCode);// 响应体String response = responseEntity.getBody();System.out.println("response = " + response);return response;}private static String getHashMapParams(RestTemplate restTemplate) {String url = "http://localhost:8090/base/provider/demo?name={name}";Class respType = String.class;HashMap<String, Object> hashMap = new HashMap<>();hashMap.put("name", "zs");String resp = (String) restTemplate.getForObject(url, respType, hashMap);return resp;}private static String getVariblesParams(RestTemplate restTemplate) {// {1}是用来占位的String url = "http://localhost:8090/base/provider/demo?name={1}";Class responseType = String.class;// 参数String resp = (String) restTemplate.getForObject(url, responseType, "ls");return resp;}
}

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服务注册中心

• 服务注册中心，由服务注册中心来统一管理服务的状态和信息
  

Eureka 注册中心

• Eureka是SpringCloud Netflix中包含的注册中心的组件，它扮演注册中心的角色，实现服务的注册与自动发现
• Eureka采用了C-S的架构设计
  • EurekaServer作为服务器端，它具体就实现了服务注册中心的功能
  • EurekaClient作为客户端，服务提供者可通过它实现和EurekaServer的通信完成服务的注册，服务消费者可通过它与EurekaServer通信完成服务的自动发现
    

eg：

配置并启动EurekaServer

1. 新建一个子Maven工程，这个工程仅仅只是为了启动一个EurekaServer进程
   
2. 在子工程中添加依赖

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

3. 在子工程的resources目录下添加配置信息

server:port: 7001
# Eureka配置
eureka:instance:# Eureka服务端的实例名字hostname: localhostclient:# 表示是否向 Eureka 注册中心注册自己(这个模块本身是服务器,所以不需要)register-with-eureka: false# fetch-registry如果为false,则表示自己为注册中心,客户端的化为 turefetch-registry: falseservice-url:defaultZone: http://localhost:7001/eureka/

4. 配置启动类，并在启动类上添加注解@EnableEurekaServer

@SpringBootApplication
// 开启Eureka的注册中心
@EnableEurekaServer
public class EurekaServerApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(EurekaServerApplication.class, args);}
}

服务提供者整合Eureka

1. 在服务提供者的Maven工程中，添加如下依赖

    <dependencies><!-- springboot --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><!-- eureka-client --><dependency><groupId>org.springframework.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId></dependency></dependencies>

2. 在子工程的resources目录下添加配置信息

spring:application:name: registry-provider  # 服务集群的名字
server:port: 7101eureka:client:service-url:defaultZone: http://localhost:7001/eureka/  # 注册中心的地址instance:instance-id: eureka-provider-7101  # 服务实例的名字hostname: localhost

3. 配置启动类，并在主启动类添加注解@EnableEurekaClient

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class EurekaProviderApplication1 {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(EurekaProviderApplication1.class, args);}
}

4. controller的实现代码

@RestController
public class EurekaDemoController {@GetMapping("/eureka/provider/demo")public String eurekaDemo(String name) {System.out.println("eureka-provider1 调用到了");return name + "...";}
}

服务消费者整合Eureka

1. 添加依赖

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

2. 在resources文件目录下添加配置

spring:application:name: registry-consumer
server:port: 7102# Eureka配置
eureka:client:service-url:defaultZone: http://localhost:7001/eureka/instance:instance-id: eureka-consumer-7102 #修改Eureka上的默认描述信息hostname: localhost

3. 主启动类，添加注解

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class EurekaConsumerApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(EurekaConsumerApplication.class, args);}
}

4. controller目录下添加代码

@RestController
public class EurekaConsumerController {@AutowiredDiscoveryClient discoveryClient;@GetMapping("/eureka/consumer/demo")public String consumerDemo() {// 发起Http请求，调用服务提供者// 需要注意的事情：不要把服务提供者的地址写死，引入注册中心的目的就是不写死地址// 1. 创建一个RestTemplate对象RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();// 2. 从注册中心获取服务提供者的地址// 写集群的名字List<ServiceInstance> instanceList = discoveryClient.getInstances("registry-provider");for (ServiceInstance serviceInstance : instanceList) {String uri = serviceInstance.getUri().toString();System.out.println("uri = " + uri);String instanceId = serviceInstance.getInstanceId();System.out.println("instanceId = " + instanceId);}// 3. 发起调用ServiceInstance serviceInstance = instanceList.get(0);String uri = serviceInstance.getUri().toString();String url = uri + "/eureka/provider/demo?name={1}";Class<String> respType = String.class;String resp = restTemplate.getForObject(url, respType, "ls");return resp;}
}

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Eureka的自我保护机制

自我保护机制触发的场景如下:

• 默认情况下，当eureka server在一定时间内没有收到实例的心跳，便会把该实例从注册表中删除（默认是90秒）
• 但是，如果短时间内丢失大量的实例心跳，这意味着短时间内大量的服务连接丢失了，此时就会触发Eureka的自我保护机制
• 触发自我保护机制的结果就是，Eureka认为虽然收不到实例的心跳，但它认为实例还是健康的，eureka会保护这些实例，不会把它们从注册表中删掉。

Eureka的自我保护机制的意义：

• 该保护机制的目的是避免网络连接故障，在发生网络故障时，微服务和注册中心之间无法正常通信，但服务本身是健康的
• 此时，为了避免注册中心同时删除大量本来是正常运行(健康的)的服务实例，于是就会自动触发自我保护机制
• 该自我保护机制开启之后，Eureka会保护注册表中的信息，不在注销任何微服务，当网络故障恢复后，Eureka会自动退出保护模式，从而使集群更加健壮。

在开发测试阶段应当把Eureka的自我保护机制禁用掉：

• 原因：在开发测试阶段，需要频繁地重启发布，如果触发了保护机制，则旧的服务实例没有被删除，这时服务消费者按照注册表中的服务提供者信息，发出服务调用请求，会因为该实例关闭而失败，这就导致请求错误，影响开发测试

# 关闭Eureka的自我保护机制
eureka:server:enable-self-preservation: false

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Nacos注册中心

• Nacos(Dynamic Naming and Configuration Service)是服务中心的另外一种实现。从注册中心的功能实现角度，与Eureka等价，只是实现方式有所差异。
• 与Eureka不同的是，Nacos注册中心类似于Tomcat，是独立启动的服务器

eg：

1. 启动nacos服务器
   
2. 进入bin目录，打开命令行

windows: startup.cmd -m standalone
linux: startup.sh -m standalone

3. 可以通过 localhost:8848/nacos 访问nacos
   
4. 在nacos-provider-8002模块中导入依赖

    <dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><!-- nacos注册中心 --><dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId></dependency></dependencies>

5. 在nacos-provider-8002模块中新增配置

server:port: 8002  # 服务提供者的端口号
spring:application:name: nacos-provider  # 集群的名字 cloud:nacos:discovery:# nacos服务器地址server-addr: localhost:8848 

6. 在nacos-provider-8002模块中添加主启动类，添加注解

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class NacosProviderApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(NacosProviderApplication.class, args);}
}

7. 在nacos-provider-8002模块中的controller目录下添加代码

@RestController
public class NacosProviderController {@GetMapping("/nacos/provider/demo")public String nacosDemo(String name) {return name + "nacos provider";}
}

8. nacos-consumer-9001模块的依赖、配置、主启动类同nacos-provider-8002
9. nacos-consumer-9001模块controller下的代码

@RestController
public class NacosConsumerController {@AutowiredDiscoveryClient discoveryClient;@GetMapping("/nacos/consumer/demo")public String nacosDemo() {// 发起Http请求，调用服务提供者// 需要注意的事情：不要把服务提供者的地址写死，引入注册中心的目的就是不写死地址// 1. 创建一个RestTemplate对象RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();// 2. 从注册中心获取服务提供者的地址// 写集群的名字List<ServiceInstance> instanceList = discoveryClient.getInstances("nacos-provider");for (ServiceInstance serviceInstance : instanceList) {String uri = serviceInstance.getUri().toString();System.out.println("uri = " + uri);String instanceId = serviceInstance.getInstanceId();System.out.println("instanceId = " + instanceId);}// 3. 发起调用ServiceInstance serviceInstance = instanceList.get(0);String uri = serviceInstance.getUri().toString();String url = uri + "/nacos/provider/demo?name={1}";Class<String> respType = String.class;String resp = restTemplate.getForObject(url, respType, "ls");return resp;}
}