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聊聊Dubbo - Dubbo可扩充机制实战

www.MyException.Cn  网友分享于:2018-06-06  浏览:0次
聊聊Dubbo - Dubbo可扩展机制实战

摘要: 在Dubbo的官网上,Dubbo描述自己是一个高性能的RPC框架。今天我想聊聊Dubbo的另一个很棒的特性, 就是它的可扩展性。

1. Dubbo的扩展机制

在Dubbo的官网上,Dubbo描述自己是一个高性能的RPC框架。今天我想聊聊Dubbo的另一个很棒的特性, 就是它的可扩展性。 如同罗马不是一天建成的,任何系统都一定是从小系统不断发展成为大系统的,想要从一开始就把系统设计的足够完善是不可能的,相反的,我们应该关注当下的需求,然后再不断地对系统进行迭代。在代码层面,要求我们适当的对关注点进行抽象和隔离,在软件不断添加功能和特性时,依然能保持良好的结构和可维护性,同时允许第三方开发者对其功能进行扩展。在某些时候,软件设计者对扩展性的追求甚至超过了性能。
在谈到软件设计时,可扩展性一直被谈起,那到底什么才是可扩展性,什么样的框架才算有良好的可扩展性呢?它必须要做到以下两点:

  1. 作为框架的维护者,在添加一个新功能时,只需要添加一些新代码,而不用大量的修改现有的代码,即符合开闭原则。
  2. 作为框架的使用者,在添加一个新功能时,不需要去修改框架的源码,在自己的工程中添加代码即可。
    Dubbo很好的做到了上面两点。这要得益于Dubbo的微内核+插件的机制。接下来的章节中我们会慢慢揭开Dubbo扩展机制的神秘面纱。

2. 可扩展的几种解决方案

通常可扩展的实现有下面几种:

  • Factory模式
  • IoC容器
  • OSGI容器
    Dubbo作为一个框架,不希望强依赖其他的IoC容器,比如Spring,Guice。OSGI也是一个很重的实现,不适合Dubbo。最终Dubbo的实现参考了Java原生的SPI机制,但对其进行了一些扩展,以满足Dubbo的需求。

3. Java SPI机制

既然Dubbo的扩展机制是基于Java原生的SPI机制,那么我们就先来了解下Java SPI吧。了解了Java的SPI,也就是对Dubbo的扩展机制有一个基本的了解。如果对Java SPI比较了解的同学,可以跳过。
Java SPI(Service Provider Interface)是JDK内置的一种动态加载扩展点的实现。在ClassPath的META-INF/services目录下放置一个与接口同名的文本文件,文件的内容为接口的实现类,多个实现类用换行符分隔。JDK中使用java.util.ServiceLoader来加载具体的实现。 让我们通过一个简单的例子,来看看Java SPI是如何工作的。

  1. 定义一个接口IRepository用于实现数据储存
  2. interface IRepository { void save(String data); }
  3. 提供IRepository的实现 IRepository有两个实现。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目录添加一个文件,文件名和接口全名称相同,所以文件是META-INF/services/com.demo.IRepository。文件内容为:
    com.demo.MongoRepository com.demo.MysqlRepository
  2. 通过ServiceLoader加载IRepository实现
    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,我们定义了一个扩展点和它的两个实现。在ClassPath中添加了扩展的配置文件,最后使用ServiceLoader来加载所有的扩展点。

4. Dubbo的SPI机制

Java SPI的使用很简单。也做到了基本的加载扩展点的功能。但Java SPI有以下的不足:

  • 需要遍历所有的实现,并实例化,然后我们在循环中才能找到我们需要的实现。
  • 配置文件中只是简单的列出了所有的扩展实现,而没有给他们命名。导致在程序中很难去准确的引用它们。
  • 扩展如果依赖其他的扩展,做不到自动注入和装配
  • 不提供类似于Spring的AOP功能
  • 扩展很难和其他的框架集成,比如扩展里面依赖了一个Spring bean,原生的Java SPI不支持
    所以Java SPI应付一些简单的场景是可以的,但对于Dubbo,它的功能还是比较弱的。Dubbo对原生SPI机制进行了一些扩展。接下来,我们就更深入地了解下Dubbo的SPI机制。

5. Dubbo扩展点机制基本概念

在深入学习Dubbo的扩展机制之前,我们先明确Dubbo SPI中的一些基本概念。在接下来的内容中,我们会多次用到这些术语。

  1. 扩展点(Extension Point)
    是一个Java的接口。
  2. 扩展(Extension)
    扩展点的实现类。
  3. 扩展实例(Extension Instance)
    扩展点实现类的实例。
  4. 扩展自适应实例(Extension Adaptive Instance)
    第一次接触这个概念时,可能不太好理解(我第一次也是这样的...)。如果称它为扩展代理类,可能更好理解些。扩展的自适应实例其实就是一个Extension的代理,它实现了扩展点接口。在调用扩展点的接口方法时,会根据实际的参数来决定要使用哪个扩展。比如一个IRepository的扩展点,有一个save方法。有两个实现MysqlRepository和MongoRepository。IRepository的自适应实例在调用接口方法的时候,会根据save方法中的参数,来决定要调用哪个IRepository的实现。如果方法参数中有repository=mysql,那么就调用MysqlRepository的save方法。如果repository=mongo,就调用MongoRepository的save方法。和面向对象的延迟绑定很类似。为什么Dubbo会引入扩展自适应实例的概念呢?

    • Dubbo中的配置有两种,一种是固定的系统级别的配置,在Dubbo启动之后就不会再改了。还有一种是运行时的配置,可能对于每一次的RPC,这些配置都不同。比如在xml文件中配置了超时时间是10秒钟,这个配置在Dubbo启动之后,就不会改变了。但针对某一次的RPC调用,可以设置它的超时时间是30秒钟,以覆盖系统级别的配置。对于Dubbo而言,每一次的RPC调用的参数都是未知的。只有在运行时,根据这些参数才能做出正确的决定。
    • 很多时候,我们的类都是一个单例的,比如Spring的bean,在Spring bean都实例化时,如果它依赖某个扩展点,但是在bean实例化时,是不知道究竟该使用哪个具体的扩展实现的。这时候就需要一个代理模式了,它实现了扩展点接口,方法内部可以根据运行时参数,动态的选择合适的扩展实现。而这个代理就是自适应实例。 自适应扩展实例在Dubbo中的使用非常广泛,Dubbo中,每一个扩展都会有一个自适应类,如果我们没有提供,Dubbo会使用字节码工具为我们自动生成一个。所以我们基本感觉不到自适应类的存在。后面会有例子说明自适应类是怎么工作的。
  5. @SPI
    @SPI注解作用于扩展点的接口上,表明该接口是一个扩展点。可以被Dubbo的ExtentionLoader加载。如果没有此ExtensionLoader调用会异常。
  6. @Adaptive
    @Adaptive注解用在扩展接口的方法上。表示该方法是一个自适应方法。Dubbo在为扩展点生成自适应实例时,如果方法有@Adaptive注解,会为该方法生成对应的代码。方法内部会根据方法的参数,来决定使用哪个扩展。
  7. ExtentionLoader
    类似于Java SPI的ServiceLoader,负责扩展的加载和生命周期维护。
  8. 扩展别名
    和Java SPI不同,Dubbo中的扩展都有一个别名,用于在应用中引用它们。比如

random=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RandomLoadBalance roundrobin=com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.loadbalance.RoundRobinLoadBalance 
其中的random,roundrobin就是对应扩展的别名。这样我们在配置文件中使用random或roundrobin就可以了。

  1. 一些路径
    和Java SPI从/META-INF/services目录加载扩展配置类似,Dubbo也会从以下路径去加载扩展配置文件:
  • META-INF/dubbo/internal
  • META-INF/dubbo
  • META-INF/services

6. Dubbo的LoadBalance扩展点解读

在了解了Dubbo的一些基本概念后,让我们一起来看一个Dubbo中实际的扩展点,对这些概念有一个更直观的认识。
我们选择的是Dubbo中的LoadBalance扩展点。Dubbo中的一个服务,通常有多个Provider,consumer调用服务时,需要在多个Provider中选择一个。这就是一个LoadBalance。我们一起来看看在Dubbo中,LoadBalance是如何成为一个扩展点的。

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

LoadBalance接口只有一个select方法。select方法从多个invoker中选择其中一个。上面代码中和Dubbo SPI相关的元素有:

  • @SPI(RandomLoadBalance.NAME) @SPI作用于LoadBalance接口,表示接口LoadBalance是一个扩展点。如果没有@SPI注解,试图去加载扩展时,会抛出异常。@SPI注解有一个参数,该参数表示该扩展点的默认实现的别名。如果没有显示的指定扩展,就使用默认实现。RandomLoadBalance.NAME是一个常量,值是"random",是一个随机负载均衡的实现。 random的定义在配置文件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

可以看到文件中定义了4个LoadBalance的扩展实现。由于负载均衡的实现不是本次的内容,这里就不过多说明。只用知道Dubbo提供了4种负载均衡的实现,我们可以通过xml文件,properties文件,JVM参数显式的指定一个实现。如果没有,默认使用随机。

  • @Adaptive("loadbalance") @Adaptive注解修饰select方法,表明方法select方法是一个可自适应的方法。Dubbo会自动生成该方法对应的代码。当调用select方法时,会根据具体的方法参数来决定调用哪个扩展实现的select方法。@Adaptive注解的参数loadbalance表示方法参数中的loadbalance的值作为实际要调用的扩展实例。 但奇怪的是,我们发现select的方法中并没有loadbalance参数,那怎么获取loadbalance的值呢?select方法中还有一个URL类型的参数,Dubbo就是从URL中获取loadbalance的值的。这里涉及到Dubbo的URL总线模式,简单说,URL中包含了RPC调用中的所有参数。URL类中有一个Map parameters字段,parameters中就包含了loadbalance。
  1. 获取LoadBalance扩展
    Dubbo中获取LoadBalance的代码如下:

LoadBalance lb = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class).getExtension(loadbalanceName); 
使用ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class)方法获取一个ExtensionLoader的实例,然后调用getExtension,传入一个扩展的别名来获取对应的扩展实例。

7. 自定义一个LoadBalance扩展

本节中,我们通过一个简单的例子,来自己实现一个LoadBalance,并把它集成到Dubbo中。我会列出一些关键的步骤和代码,也可以从这个地址(https://github.com/vangoleo/dubbo-spi-demo)下载完整的demo。

  1. 实现LoadBalance接口
    首先,编写一个自己实现的LoadBalance,因为是为了演示Dubbo的扩展机制,而不是LoadBalance的实现,所以这里LoadBalance的实现非常简单,选择第一个invoker,并在控制台输出一条日志。

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. 添加扩展配置文件
    添加文件:META-INF/dubbo/com.alibaba.dubbo.rpc.cluster.LoadBalance。文件内容如下:

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

  1. 配置使用自定义LoadBalance
    通过上面的两步,已经添加了一个名字为demo的LoadBalance实现,并在配置文件中进行了相应的配置。接下来,需要显式的告诉Dubbo使用demo的负载均衡实现。如果是通过spring的方式使用Dubbo,可以在xml文件中进行设置。


在consumer端的dubbo:reference中配置

  1. 启动Dubbo
    启动Dubbo,调用一次IHelloService,可以看到控制台会输出一条DemoLoadBalance: Select the first invoker...日志。说明Dubbo的确是使用了我们自定义的LoadBalance。

总结

到此,我们从Java SPI开始,了解了Dubbo SPI 的基本概念,并结合了Dubbo中的LoadBalance加深了理解。最后,我们还实践了一下,创建了一个自定义LoadBalance,并集成到Dubbo中。相信通过这里理论和实践的结合,大家对Dubbo的可扩展有更深入的理解。

总结一下,Dubbo SPI有以下的特点:

• 对Dubbo进行扩展,不需要改动Dubbo的源码
• 自定义的Dubbo的扩展点实现,是一个普通的Java类,Dubbo没有引入任何Dubbo特有的元素,对代码侵入性几乎为零。
• 将扩展注册到Dubbo中,只需要在ClassPath中添加配置文件。使用简单。而且不会对现有代码造成影响。符合开闭原则。
• Dubbo的扩展机制支持IoC,AoP等高级功能
• Dubbo的扩展机制能很好的支持第三方IoC容器,默认支持Spring Bean,可自己扩展来支持其他容器,比如Google的Guice。
• 切换扩展点的实现,只需要在配置文件中修改具体的实现,不需要改代码。使用方便。

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