浅谈服务治理、微服务与Service Mesh(一):Dubbo的前世今生


【编者的话】本系列文章将为大家介绍当下最流行的服务治理、微服务等相关内容,从服务治理、SOA、微服务到最新的服务网格(Service Mesh)进行综合介绍和分析。易商阜极自2017年开始积极引进微服务的理念,并运用于多个项目实践中,为项目升级改造带来了显著效果。本文将以Dubbo为例,向大家介绍SOA、服务治理等概念,以及Dubbo的基础知识和最新发展情况。

SOA与服务治理

SOA(面向服务的体系结构)概念由来已久,在10多年前便开始进入到我们广大软件开发者的视线中。SOA是一种粗粒度、松耦合服务架构,服务之间通过简单、精确定义接口进行通讯,不涉及底层编程接口和通讯模型。SOA可以看作是B/S模型、Web Service技术之后的自然延伸。

服务治理,也称为SOA治理,是指用来管理SOA的采用和实现的过程。以下是在2006年时IBM对于服务治理要点的总结:
  • 服务定义(服务的范围、接口和边界)
  • 服务部署生命周期(各个生命周期阶段)
  • 服务版本治理(包括兼容性)
  • 服务迁移(启用和退役)
  • 服务注册中心(依赖关系)
  • 服务消息模型(规范数据模型)
  • 服务监视(进行问题确定)
  • 服务所有权(企业组织)
  • 服务测试(重复测试)
  • 服务安全(包括可接受的保护范围)


限于当时的技术发展水平,广大软件设计与开发人员对于SOA和服务治理的技术认知还主要停留在Web Service和ESB总线等技术和规范上,并没有真正在软件开发中得以充分落地。

Dubbo开源

直到2011年10月27日,阿里巴巴开源了自己的SOA服务化治理方案的核心框架Dubbo,服务治理和SOA的设计理念开始逐渐在国内软件行业中落地,并被广泛应用。

Dubbo作为阿里巴巴内部的SOA服务化治理方案的核心框架,在2012年时已经每天为2000+个服务提供3,000,000,000+次访问量支持,并被广泛应用于阿里巴巴集团的各成员站点。Dubbo自2011年开源后,已被许多非阿里系公司使用,其中既有当当网、网易考拉等互联网公司,也有中国人寿、青岛海尔等传统企业。

Dubbo简介

Dubbo是一个高性能服务框架,致力于提供高性能和透明化的RPC远程服务调用方案,以及SOA服务治理方案,使得应用可通过高性能RPC实现服务的输出和输入功能,和Spring框架可以无缝集成。

作为一个分布式服务框架,以及SOA治理方案,Dubbo其功能主要包括:高性能NIO通讯及多协议集成,服务动态寻址与路由,软负载均衡与容错,依赖分析与服务降级等。Dubbo最大的特点是按照分层的方式来架构,使用这种方式可以使各个层之间解耦合(或者最大限度地松耦合)。从服务模型的角度来看,Dubbo采用的是一种非常简单的模型,要么是提供方提供服务,要么是消费方消费服务,所以基于这一点可以抽象出服务提供方(Provider)和服务消费方(Consumer)两个角色。

Dubbo包含远程通讯、集群容错和自动发现三个核心部分。提供透明化的远程方法调用,实现像调用本地方法一样调用远程方法,只需简单配置,没有任何API侵入。同时具备软负载均衡及容错机制,可在内网替代F5等硬件负载均衡器,降低成本,减少单点。可以实现服务自动注册与发现,不再需要写死服务提供方地址,注册中心基于接口名查询服务提供者的IP地址,并且能够平滑添加或删除服务提供者。

下图来自Dubbo官网,描述了服务注册中心、服务提供方、服务消费方、服务监控中心之间的调用关系,具体如下图所示:
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节点角色说明:
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调用关系说明:
  1. 服务容器负责启动,加载,运行服务提供者。
  2. 服务提供者在启动时,向注册中心注册自己提供的服务。
  3. 服务消费者在启动时,向注册中心订阅自己所需的服务。
  4. 注册中心返回服务提供者地址列表给消费者,如果有变更,注册中心将基于长连接推送变更数据给消费者。
  5. 服务消费者,从提供者地址列表中,基于软负载均衡算法,选一台提供者进行调用,如果调用失败,再选另一台调用。
  6. 服务消费者和提供者,在内存中累计调用次数和调用时间,定时每分钟发送一次统计数据到监控中心。


Dubbo总体架构

Dubbo框架设计共划分了10层,最上面的Service层是留给实际使用Dubbo开发分布式服务的开发者实现业务逻辑的接口层。图中左边淡蓝背景的为服务消费方使用的接口,右边淡绿色背景的为服务提供方使用的接口,位于中轴线上的为双方都用到的接口。
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各层说明:
  • Config配置层:对外配置接口,以ServiceConfig、ReferenceConfig为中心,可以直接初始化配置类,也可以通过Spring解析配置生成配置类。
  • Proxy服务代理层:服务接口透明代理,生成服务的客户端Stub和服务器端Skeleton,以ServiceProxy为中心,扩展接口为ProxyFactory。
  • Registry注册中心层:封装服务地址的注册与发现,以服务URL为中心,扩展接口为RegistryFactory、Registry、RegistryService。
  • Cluster路由层:封装多个提供者的路由及负载均衡,并桥接注册中心,以Invoker为中心,扩展接口为Cluster、Directory、Router、LoadBalance。
  • Monitor监控层:RPC调用次数和调用时间监控,以Statistics为中心,扩展接口为MonitorFactory、Monitor、MonitorService。
  • Protocol远程调用层:封将RPC调用,以Invocation、Result为中心,扩展接口为Protocol、Invoker、Exporter。
  • Exchange信息交换层:封装请求响应模式,同步转异步,以Request、Response为中心,扩展接口为Exchanger、ExchangeChannel、ExchangeClient、ExchangeServer。
  • Transport网络传输层:抽象MINA和Netty为统一接口,以Message为中心,扩展接口为Channel、Transporter、Client、Server、Codec。
  • Serialize数据序列化层:可复用的一些工具,扩展接口为Serialization、ObjectInput、ObjectOutput、ThreadPool。


模块分包

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各模块说明:
  • dubbo-common公共逻辑模块:包括Util类和通用模型。
  • dubbo-remoting远程通讯模块:相当于Dubbo协议的实现,如果RPC用 RMI协议则不需要使用此包。
  • dubbo-rpc远程调用模块:抽象各种协议,以及动态代理,只包含一对一的调用,不关心集群的管理。
  • dubbo-cluster集群模块:将多个服务提供方伪装为一个提供方,包括:负载均衡、容错、路由等,集群的地址列表可以是静态配置的,也可以是由注册中心下发。
  • dubbo-registry注册中心模块:基于注册中心下发地址的集群方式,以及对各种注册中心的抽象。
  • dubbo-monitor监控模块:统计服务调用次数、调用时间的、调用链跟踪的服务。
  • dubbo-config配置模块:是Dubbo对外的API,用户通过Config使用Dubbo,隐藏Dubbo所有细节。
  • dubbo-container容器模块:是一个Standlone的容器,以简单的Main加载Spring启动,因为服务通常不需要Tomcat/JBoss等Web容器的特性,没必要用Web容器去加载服务。


协议支持

  • Dubbo协议(默认协议)
  • Hessian协议
  • HTTP协议
  • RMI协议
  • WebService协议
  • Thrift协议
  • Memcached协议
  • Redis协议


注册中心

(1)Multicast注册中心:

Multicast注册中心不需要启动任何中心节点,只要广播地址一样,就可以互相发现。组播受网络结构限制,只适合小规模应用或开发阶段使用。组播地址段:224.0.0.0 - 239.255.255.255。

(2)ZooKeeper注册中心(推荐):

ZooKeeper是Apacahe子项目,是一个树型的目录服务,支持变更推送,适合作为Dubbo服务的注册中心,可用于生产环境。
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对上图流程说明如下:
  1. 服务提供者(Provider)启动时,向/dubbo/com.foo.BarService/providers目录下写入URL。
  2. 服务消费者(Consumer)启动时,订阅/dubbo/com.foo.BarService/providers目录下的URL,向/dubbo/com.foo.BarService/consumers目录下写入自己的URL。
  3. 监控中心(Monitor)启动时,订阅/dubbo/com.foo.BarService目录下的所有提供者和消费者URL。


(3)Redis注册中心:

阿里内部并没有采用Redis做为注册中心,而是使用自己实现的基于数据库的注册中心,即:Redis注册中心并没有在阿里内部长时间运行的可靠性保障,此Redis桥接实现只为开源版本提供,其可靠性依赖于Redis本身的可靠性。

(4)Simple注册中心:

Simple注册中心本身就是一个普通的Dubbo服务,可以减少第三方依赖,使整体通讯方式一致。只是简单实现,不支持集群,可作为自定义注册中心的参考,但不适合直接用于生产环境。

远程通信与信息交换

远程通信需要指定通信双方所约定的协议,在保证通信双方理解协议语义的基础上,还要保证高效、稳定的消息传输。Dubbo继承了当前主流的网络通信框架,主要包括如下几个:
  • Mina
  • Netty(默认)
  • Grizzly


停止维护

从2012年10月23日Dubbo 2.5.3发布后,在Dubbo开源将满一周年之际,阿里基本停止了对Dubbo的主要升级。只在之后的2013年和2014年更新过2次对Dubbo 2.4的维护版本,然后停止了所有维护工作。Dubbo对Srping的支持也停留在了Spring 2.5.6版本上。

分支出现

在阿里停止维护和升级Dubbo期间,当当网开始维护自己的Dubbo分支版本Dubbox,支持了新版本的Spring,并对外开源了Dubbox。同时,网易考拉也维护了自己的独立分支Dubbok,可惜并未对外开源。

重获新生

经过多年漫长的等待,随着微服务的火热兴起,在国内外开发者对阿里不再升级维护Dubbo的吐槽声中,阿里终于开始重新对Dubbo的升级和维护工作。在2017年9月7日 ,阿里发布了Dubbo的2.5.4版本,距离上一个版本2.5.3发布已经接近快5年时间了。在随后的几个月中,阿里Dubbo开发团队以差不多每月一版本的速度开始快速升级迭代,修补了Dubbo老版本多年来存在的诸多bug,并对Spring等组件的支持进行了全面升级。

分支合并

在2018年1月8日,Dubbo 2.6.0版本发布,新版本将之前当当网开源的Dubbo分支Dubbox进行了合并,实现了Dubbo版本的统一整合。

Dubbo与Spring Cloud

阿里巴巴负责主导了 Dubbo 重启维护的研发工程师刘军在接受采访时表示:当前由于 RPC 协议、注册中心元数据不匹配等问题,在面临微服务基础框架选型时Dubbo与Spring Cloud是只能二选一,这也是为什么大家总是拿Dubbo和Spring Cloud做对比的原因之一。Dubbo之后会积极寻求适配到Spring Cloud生态,比如作为Spring Cloud的二进制通信方案来发挥Dubbo的性能优势,或者Dubbo通过模块化以及对http的支持适配到Spring Cloud。

未来展望

2018年1月8日,Dubbo创始人之一梁飞在Dubbo交流群里透露了Dubbo 3.0正在动工的消息。Dubbo 3.0内核与Dubbo 2.0完全不同,但兼容Dubbo 2.0。Dubbo 3.0将以Streaming为内核,不再是Dubbo时代的RPC,但是RPC会在Dubbo 3.0中变成远程Streaming对接的一种可选形态。Dubbo 3.0将支持可选Service Mesh,多加一层IPC,这主要是为了兼容老系统,而内部则会优先尝试内嵌模式。代理模式Ops可独立升级框架,减少业务侵入,而内嵌模式可以带业务测试、部署节点少、稳定性检测方便。同时,可以将Dubbo 3.0启动为独立进程,由dubbo-mesh进行IPC,路由、负载均衡和熔断机制将由独立进程控制。

总结

从 Dubbo 新版本的路线规划上可以看出,新版本的Dubbo在原有服务治理的功能基础上,将全面拥抱微服务和Service Mesh。同时,考虑到在阿里云已经有了Dubbo的商业版本,在未来一段时间内,Dubbo的更新与维护应该不会再长时间中断。在我们进行服务治理以及微服务架构设计时,新版本Dubbo对我们广大开发者来说都将会是一个不错的选择。

参考链接



原文链接:浅谈服务治理、微服务与Service Mesh(一)Dubbo的前世今生

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