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聊聊Dubbo - Dubbo可擴充機制實戰

www.h0f1.com  網友分享于:2018-06-06  瀏覽:0次
聊聊Dubbo - Dubbo可擴展機制實戰

摘要:?在Dubbo的官網上,Dubbo描述自己是一個高性能的RPC框架。今天我想聊聊Dubbo的另一個很棒的特性, 就是它的可擴展性。

1. Dubbo的擴展機制

在Dubbo的官網上,Dubbo描述自己是一個高性能的RPC框架。今天我想聊聊Dubbo的另一個很棒的特性, 就是它的可擴展性。 如同羅馬不是一天建成的,任何系統都一定是從小系統不斷發展成為大系統的,想要從一開始就把系統設計的足夠完善是不可能的,相反的,我們應該關注當下的需求,然后再不斷地對系統進行迭代。在代碼層面,要求我們適當的對關注點進行抽象和隔離,在軟件不斷添加功能和特性時,依然能保持良好的結構和可維護性,同時允許第三方開發者對其功能進行擴展。在某些時候,軟件設計者對擴展性的追求甚至超過了性能。
在談到軟件設計時,可擴展性一直被談起,那到底什么才是可擴展性,什么樣的框架才算有良好的可擴展性呢?它必須要做到以下兩點:

  1. 作為框架的維護者,在添加一個新功能時,只需要添加一些新代碼,而不用大量的修改現有的代碼,即符合開閉原則。
  2. 作為框架的使用者,在添加一個新功能時,不需要去修改框架的源碼,在自己的工程中添加代碼即可。
    Dubbo很好的做到了上面兩點。這要得益于Dubbo的微內核+插件的機制。接下來的章節中我們會慢慢揭開Dubbo擴展機制的神秘面紗。

2. 可擴展的幾種解決方案

通常可擴展的實現有下面幾種:

  • Factory模式
  • IoC容器
  • OSGI容器
    Dubbo作為一個框架,不希望強依賴其他的IoC容器,比如Spring,Guice。OSGI也是一個很重的實現,不適合Dubbo。最終Dubbo的實現參考了Java原生的SPI機制,但對其進行了一些擴展,以滿足Dubbo的需求。

3. Java SPI機制

既然Dubbo的擴展機制是基于Java原生的SPI機制,那么我們就先來了解下Java SPI吧。了解了Java的SPI,也就是對Dubbo的擴展機制有一個基本的了解。如果對Java SPI比較了解的同學,可以跳過。
Java SPI(Service Provider Interface)是JDK內置的一種動態加載擴展點的實現。在ClassPath的META-INF/services目錄下放置一個與接口同名的文本文件,文件的內容為接口的實現類,多個實現類用換行符分隔。JDK中使用java.util.ServiceLoader來加載具體的實現。 讓我們通過一個簡單的例子,來看看Java SPI是如何工作的。

  1. 定義一個接口IRepository用于實現數據儲存
  2. interface IRepository { void save(String data); }
  3. 提供IRepository的實現 IRepository有兩個實現。MysqlRepository和MongoRepository。
  4. class MysqlRepository implements IRepository { public void save(String data) { System.out.println("Save " + data + " to Mysql"); } }

public class MongoRepository implements IRepository { public void save(String data) { System.out.println("Save " + data + " to Mongo"); } }

  1. 添加配置文件 在META-INF/services目錄添加一個文件,文件名和接口全名稱相同,所以文件是META-INF/services/com.demo.IRepository。文件內容為:
    com.demo.MongoRepository com.demo.MysqlRepository
  2. 通過ServiceLoader加載IRepository實現
    ServiceLoader serviceLoader = ServiceLoader.load(IRepository.class); Iterator it = serviceLoader.iterator(); while (it != null && it.hasNext()){ IRepository demoService = it.next(); System.out.println("class:" + demoService.getClass().getName()); demoService.save("tom"); }

在上面的例子中,我們定義了一個擴展點和它的兩個實現。在ClassPath中添加了擴展的配置文件,最后使用ServiceLoader來加載所有的擴展點。

4. Dubbo的SPI機制

Java SPI的使用很簡單。也做到了基本的加載擴展點的功能。但Java SPI有以下的不足:

  • 需要遍歷所有的實現,并實例化,然后我們在循環中才能找到我們需要的實現。
  • 配置文件中只是簡單的列出了所有的擴展實現,而沒有給他們命名。導致在程序中很難去準確的引用它們。
  • 擴展如果依賴其他的擴展,做不到自動注入和裝配
  • 不提供類似于Spring的AOP功能
  • 擴展很難和其他的框架集成,比如擴展里面依賴了一個Spring bean,原生的Java SPI不支持
    所以Java SPI應付一些簡單的場景是可以的,但對于Dubbo,它的功能還是比較弱的。Dubbo對原生SPI機制進行了一些擴展。接下來,我們就更深入地了解下Dubbo的SPI機制。

5. Dubbo擴展點機制基本概念

在深入學習Dubbo的擴展機制之前,我們先明確Dubbo SPI中的一些基本概念。在接下來的內容中,我們會多次用到這些術語。

  1. 擴展點(Extension Point)
    是一個Java的接口。
  2. 擴展(Extension)
    擴展點的實現類。
  3. 擴展實例(Extension Instance)
    擴展點實現類的實例。
  4. 擴展自適應實例(Extension Adaptive Instance)
    第一次接觸這個概念時,可能不太好理解(我第一次也是這樣的...)。如果稱它為擴展代理類,可能更好理解些。擴展的自適應實例其實就是一個Extension的代理,它實現了擴展點接口。在調用擴展點的接口方法時,會根據實際的參數來決定要使用哪個擴展。比如一個IRepository的擴展點,有一個save方法。有兩個實現MysqlRepository和MongoRepository。IRepository的自適應實例在調用接口方法的時候,會根據save方法中的參數,來決定要調用哪個IRepository的實現。如果方法參數中有repository=mysql,那么就調用MysqlRepository的save方法。如果repository=mongo,就調用MongoRepository的save方法。和面向對象的延遲綁定很類似。為什么Dubbo會引入擴展自適應實例的概念呢?

    • Dubbo中的配置有兩種,一種是固定的系統級別的配置,在Dubbo啟動之后就不會再改了。還有一種是運行時的配置,可能對于每一次的RPC,這些配置都不同。比如在xml文件中配置了超時時間是10秒鐘,這個配置在Dubbo啟動之后,就不會改變了。但針對某一次的RPC調用,可以設置它的超時時間是30秒鐘,以覆蓋系統級別的配置。對于Dubbo而言,每一次的RPC調用的參數都是未知的。只有在運行時,根據這些參數才能做出正確的決定。
    • 很多時候,我們的類都是一個單例的,比如Spring的bean,在Spring bean都實例化時,如果它依賴某個擴展點,但是在bean實例化時,是不知道究竟該使用哪個具體的擴展實現的。這時候就需要一個代理模式了,它實現了擴展點接口,方法內部可以根據運行時參數,動態的選擇合適的擴展實現。而這個代理就是自適應實例。 自適應擴展實例在Dubbo中的使用非常廣泛,Dubbo中,每一個擴展都會有一個自適應類,如果我們沒有提供,Dubbo會使用字節碼工具為我們自動生成一個。所以我們基本感覺不到自適應類的存在。后面會有例子說明自適應類是怎么工作的。
  5. @SPI
    @SPI注解作用于擴展點的接口上,表明該接口是一個擴展點。可以被Dubbo的ExtentionLoader加載。如果沒有此ExtensionLoader調用會異常。
  6. @Adaptive
    @Adaptive注解用在擴展接口的方法上。表示該方法是一個自適應方法。Dubbo在為擴展點生成自適應實例時,如果方法有@Adaptive注解,會為該方法生成對應的代碼。方法內部會根據方法的參數,來決定使用哪個擴展。
  7. ExtentionLoader
    類似于Java SPI的ServiceLoader,負責擴展的加載和生命周期維護。
  8. 擴展別名
    和Java SPI不同,Dubbo中的擴展都有一個別名,用于在應用中引用它們。比如

random=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RandomLoadBalance roundrobin=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RoundRobinLoadBalance?
其中的random,roundrobin就是對應擴展的別名。這樣我們在配置文件中使用random或roundrobin就可以了。

  1. 一些路徑
    和Java SPI從/META-INF/services目錄加載擴展配置類似,Dubbo也會從以下路徑去加載擴展配置文件:
  • META-INF/dubbo/internal
  • META-INF/dubbo
  • META-INF/services

6. Dubbo的LoadBalance擴展點解讀

在了解了Dubbo的一些基本概念后,讓我們一起來看一個Dubbo中實際的擴展點,對這些概念有一個更直觀的認識。
我們選擇的是Dubbo中的LoadBalance擴展點。Dubbo中的一個服務,通常有多個Provider,consumer調用服務時,需要在多個Provider中選擇一個。這就是一個LoadBalance。我們一起來看看在Dubbo中,LoadBalance是如何成為一個擴展點的。

  1. LoadBalance接口
    @SPI(RandomLoadBalance.NAME) public interface LoadBalance { @Adaptive("loadbalance") Invoker select(List> invokers, URL url, Invocation invocation) throws RpcException; }

LoadBalance接口只有一個select方法。select方法從多個invoker中選擇其中一個。上面代碼中和Dubbo SPI相關的元素有:

  • @SPI(RandomLoadBalance.NAME) @SPI作用于LoadBalance接口,表示接口LoadBalance是一個擴展點。如果沒有@SPI注解,試圖去加載擴展時,會拋出異常。@SPI注解有一個參數,該參數表示該擴展點的默認實現的別名。如果沒有顯示的指定擴展,就使用默認實現。RandomLoadBalance.NAME是一個常量,值是"random",是一個隨機負載均衡的實現。 random的定義在配置文件META-INF/dubbo/internal/com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance中:
    random=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RandomLoadBalance roundrobin=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RoundRobinLoadBalance leastactive=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.LeastActiveLoadBalance consistenthash=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.ConsistentHashLoadBalance

可以看到文件中定義了4個LoadBalance的擴展實現。由于負載均衡的實現不是本次的內容,這里就不過多說明。只用知道Dubbo提供了4種負載均衡的實現,我們可以通過xml文件,properties文件,JVM參數顯式的指定一個實現。如果沒有,默認使用隨機。

  • @Adaptive("loadbalance") @Adaptive注解修飾select方法,表明方法select方法是一個可自適應的方法。Dubbo會自動生成該方法對應的代碼。當調用select方法時,會根據具體的方法參數來決定調用哪個擴展實現的select方法。@Adaptive注解的參數loadbalance表示方法參數中的loadbalance的值作為實際要調用的擴展實例。 但奇怪的是,我們發現select的方法中并沒有loadbalance參數,那怎么獲取loadbalance的值呢?select方法中還有一個URL類型的參數,Dubbo就是從URL中獲取loadbalance的值的。這里涉及到Dubbo的URL總線模式,簡單說,URL中包含了RPC調用中的所有參數。URL類中有一個Map parameters字段,parameters中就包含了loadbalance。
  1. 獲取LoadBalance擴展
    Dubbo中獲取LoadBalance的代碼如下:

LoadBalance lb = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class).getExtension(loadbalanceName);?
使用ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class)方法獲取一個ExtensionLoader的實例,然后調用getExtension,傳入一個擴展的別名來獲取對應的擴展實例。

7. 自定義一個LoadBalance擴展

本節中,我們通過一個簡單的例子,來自己實現一個LoadBalance,并把它集成到Dubbo中。我會列出一些關鍵的步驟和代碼,也可以從這個地址(https://github.com/vangoleo/dubbo-spi-demo)下載完整的demo。

  1. 實現LoadBalance接口
    首先,編寫一個自己實現的LoadBalance,因為是為了演示Dubbo的擴展機制,而不是LoadBalance的實現,所以這里LoadBalance的實現非常簡單,選擇第一個invoker,并在控制臺輸出一條日志。

package com.dubbo.spi.demo.consumer; public class DemoLoadBalance implements LoadBalance { @Override public Invoker select(List> invokers, URL url, Invocation invocation) throws RpcException { System.out.println("DemoLoadBalance: Select the first invoker..."); return invokers.get(0); } }

  1. 添加擴展配置文件
    添加文件:META-INF/dubbo/com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance。文件內容如下:

demo=com.dubbo.spi.demo.consumer.DemoLoadBalance

  1. 配置使用自定義LoadBalance
    通過上面的兩步,已經添加了一個名字為demo的LoadBalance實現,并在配置文件中進行了相應的配置。接下來,需要顯式的告訴Dubbo使用demo的負載均衡實現。如果是通過spring的方式使用Dubbo,可以在xml文件中進行設置。


在consumer端的dubbo:reference中配置

  1. 啟動Dubbo
    啟動Dubbo,調用一次IHelloService,可以看到控制臺會輸出一條DemoLoadBalance: Select the first invoker...日志。說明Dubbo的確是使用了我們自定義的LoadBalance。

總結

到此,我們從Java SPI開始,了解了Dubbo SPI 的基本概念,并結合了Dubbo中的LoadBalance加深了理解。最后,我們還實踐了一下,創建了一個自定義LoadBalance,并集成到Dubbo中。相信通過這里理論和實踐的結合,大家對Dubbo的可擴展有更深入的理解。

總結一下,Dubbo SPI有以下的特點:

? 對Dubbo進行擴展,不需要改動Dubbo的源碼
? 自定義的Dubbo的擴展點實現,是一個普通的Java類,Dubbo沒有引入任何Dubbo特有的元素,對代碼侵入性幾乎為零。
? 將擴展注冊到Dubbo中,只需要在ClassPath中添加配置文件。使用簡單。而且不會對現有代碼造成影響。符合開閉原則。
? Dubbo的擴展機制支持IoC,AoP等高級功能
? Dubbo的擴展機制能很好的支持第三方IoC容器,默認支持Spring Bean,可自己擴展來支持其他容器,比如Google的Guice。
? 切換擴展點的實現,只需要在配置文件中修改具體的實現,不需要改代碼。使用方便。

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