引言
之前在開發第一個項目的時候用到了Dubbo，但是對其實作原理并沒有深入研究，最近想要總結一下關于RPC的相關知識，是以就選擇Dubbo作為切入點，來一窺服務治理型RPC的設計。本文主要介紹 Dubbo 設計上的一些思想，其他 Dubbo 相關文章均收錄于
<Dubbo系列文章>。
背景
随着網際網路的發展，網站應用的規模不斷擴大，正常的垂直應用架構已無法應對，分布式服務架構以及流動計算架構勢在必行，亟需一個治理系統確定架構有條不紊的演進。
單一應用架構
當網站流量很小時，隻需一個應用，将所有功能都部署在一起，以減少部署節點和成本。此時，用于簡化增删改查工作量的資料通路架構(ORM)是關鍵。
垂直應用架構
當通路量逐漸增大，單一應用增加機器帶來的加速度越來越小，将應用拆成互不相幹的幾個應用，以提升效率。此時，用于加速前端頁面開發的Web架構(MVC)是關鍵。
分布式服務架構
當垂直應用越來越多，應用之間互動不可避免，将核心業務抽取出來，作為獨立的服務，逐漸形成穩定的服務中心，使前端應用能更快速的響應多變的市場需求。此時，用于提高業務複用及整合的分布式服務架構(RPC)是關鍵。
流動計算架構
當服務越來越多，容量的評估，小服務資源的浪費等問題逐漸顯現，此時需增加一個排程中心基于通路壓力實時管理叢集容量，提高叢集使用率。此時，用于提高機器使用率的資源排程和治理中心(SOA)是關鍵。
服務治理
在大規模服務化之前，應用可能隻是通過 RMI 或 Hessian 等工具，簡單的暴露和引用遠端服務，通過配置服務的URL位址進行調用，通過 F5 等硬體進行負載均衡。
當服務越來越多時，服務 URL 配置管理變得非常困難，F5 硬體負載均衡器的單點壓力也越來越大。 此時需要一個服務注冊中心，動态地注冊和發現服務，使服務的位置透明。并通過在消費方擷取服務提供方位址清單，實作軟負載均衡和 Failover，降低對 F5 硬體負載均衡器的依賴，也能減少部分成本。
當進一步發展，服務間依賴關系變得錯綜複雜，甚至分不清哪個應用要在哪個應用之前啟動，架構師都不能完整的描述應用的架構關系。這時，需要自動畫出應用間的依賴關系圖，以幫助架構師理清理關系。
接着，服務的調用量越來越大，服務的容量問題就暴露出來，這個服務需要多少機器支撐？什麼時候該加機器？ 為了解決這些問題，第一步，要将服務現在每天的調用量，響應時間，都統計出來，作為容量規劃的參考名額。其次，要可以動态調整權重，線上上，将某台機器的權重一直加大，并在加大的過程中記錄響應時間的變化，直到響應時間到達門檻值，記錄此時的通路量，再以此通路量乘以機器數反推總容量。
架構
節點角色：
- Provider：暴露服務的服務提供方
- Consumer：調用遠端服務的服務消費方
- Registry：服務注冊與發現的注冊中心
- Monitor：統計服務的調用次數和調用時間的監控中心
- Container：服務運作容器
調用關系說明：
- 服務容器負責啟動，加載，運作服務提供者。
- 服務提供者在啟動時，向注冊中心注冊自己提供的服務。
- 服務消費者在啟動時，向注冊中心訂閱自己所需的服務。
- 注冊中心傳回服務提供者位址清單給消費者，如果有變更，注冊中心将基于長連接配接推送變更資料給消費者。
- 服務消費者，從提供者位址清單中，基于軟負載均衡算法，選一台提供者進行調用，如果調用失敗，再選另一台調用。
- 服務消費者和提供者，在記憶體中累計調用次數和調用時間，定時每分鐘發送一次統計資料到監控中心。
Dubbo 架構具有以下幾個特點，分别是連通性、健壯性、伸縮性、以及向未來架構的更新性。
連通性
- 注冊中心負責服務位址的注冊與查找，相當于目錄服務，服務提供者和消費者隻在啟動時與注冊中心互動，注冊中心不轉發請求，壓力較小
- 監控中心負責統計各服務調用次數，調用時間等，統計先在記憶體彙總後每分鐘一次發送到監控中心伺服器，并以報表展示
- 服務提供者向注冊中心注冊其提供的服務，并彙報調用時間到監控中心，此時間不包含網絡開銷
- 服務消費者向注冊中心擷取服務提供者位址清單，并根據負載算法直接調用提供者，同時彙報調用時間到監控中心，此時間包含網絡開銷
- 注冊中心，服務提供者，服務消費者三者之間均為長連接配接，監控中心除外
- 注冊中心通過長連接配接感覺服務提供者的存在，服務提供者當機，注冊中心将立即推送事件通知消費者
- 注冊中心和監控中心全部當機，不影響已運作的提供者和消費者，消費者在本地緩存了提供者清單
- 注冊中心和監控中心都是可選的，服務消費者可以直連服務提供者
健壯性
- 監控中心宕掉不影響使用，隻是丢失部分采樣資料
- 資料庫宕掉後，注冊中心仍能通過緩存提供服務清單查詢，但不能注冊新服務
- 注冊中心對等叢集，任意一台宕掉後，将自動切換到另一台
- 注冊中心全部宕掉後，服務提供者和服務消費者仍能通過本地緩存通訊
- 服務提供者無狀态，任意一台宕掉後，不影響使用
- 服務提供者全部宕掉後，服務消費者應用将無法使用，并無限次重連等待服務提供者恢複
伸縮性
- 注冊中心為對等叢集，可動态增加機器部署執行個體，所有用戶端将自動發現新的注冊中心
- 服務提供者無狀态，可動态增加機器部署執行個體，注冊中心将推送新的服務提供者資訊給消費者
更新性
當服務叢集規模進一步擴大，帶動IT治理結構進一步更新，需要實作動态部署，進行流動計算，現有分布式服務架構不會帶來阻力。下圖是未來可能的一種架構：
整體設計
圖例說明：
- 圖中左邊淡藍背景的為服務消費方使用的接口，右邊淡綠色背景的為服務提供方使用的接口，位于中軸線上的為雙方都用到的接口。
- 圖中從下至上分為十層，各層均為單向依賴，右邊的黑色箭頭代表層之間的依賴關系，每一層都可以剝離上層被複用，其中，Service 和 Config 層為 API，其它各層均為 SPI。
- 圖中綠色小塊的為擴充接口，藍色小塊為實作類，圖中隻顯示用于關聯各層的實作類。
- 圖中藍色虛線為初始化過程，即啟動時組裝鍊，紅色實線為方法調用過程，即運作時調時鍊，紫色三角箭頭為繼承，可以把子類看作父類的同一個節點，線上的文字為調用的方法。
各層說明：
- config 配置層：對外配置接口，以 ServiceConfig, ReferenceConfig 為中心，可以直接初始化配置類，也可以通過 spring 解析配置生成配置類
- proxy 服務代理層：服務接口透明代理，生成服務的用戶端 Stub 和伺服器端 Skeleton, 以 ServiceProxy 為中心，擴充接口為 ProxyFactory
- registry 注冊中心層：封裝服務位址的注冊與發現，以服務 URL 為中心，擴充接口為 RegistryFactory, Registry, RegistryService
- cluster 路由層：封裝多個提供者的路由及負載均衡，并橋接注冊中心，以 Invoker 為中心，擴充接口為 Cluster, Directory, Router, LoadBalance
- monitor 監控層：RPC 調用次數和調用時間監控，以 Statistics 為中心，擴充接口為 MonitorFactory, Monitor, MonitorService
- protocol 遠端調用層：封裝 RPC 調用，以 Invocation, Result 為中心，擴充接口為 Protocol, Invoker, Exporter
- exchange 資訊交換層：封裝請求響應模式，同步轉異步，以 Request, Response 為中心，擴充接口為 Exchanger, ExchangeChannel, ExchangeClient, ExchangeServer
- transport 網絡傳輸層：抽象 mina 和 netty 為統一接口，以 Message 為中心，擴充接口為 Channel, Transporter, Client, Server, Codec
- serialize 資料序列化層：可複用的一些工具，擴充接口為 Serialization, ObjectInput, ObjectOutput, ThreadPool
關系說明：
- 在 RPC 中，Protocol 是核心層，也就是隻要有 Protocol + Invoker + Exporter 就可以完成非透明的 RPC 調用，然後在 Invoker 的主過程上 Filter 攔截點。
- 圖中的 Consumer 和 Provider 是抽象概念，隻是想讓看圖者更直覺的了解哪些類分屬于用戶端與伺服器端，不用 Client 和 Server 的原因是 Dubbo 在很多場景下都使用 Provider, Consumer, Registry, Monitor 劃分邏輯拓撲節點，保持統一概念。
- 而 Cluster 是外圍概念，是以 Cluster 的目的是将多個 Invoker 僞裝成一個 Invoker，這樣其它人隻要關注 Protocol 層 Invoker 即可，加上 Cluster 或者去掉 Cluster 對其它層都不會造成影響，因為隻有一個提供者時，是不需要 Cluster 的。
- Proxy 層封裝了所有接口的透明化代理，而在其它層都以 Invoker 為中心，隻有到了暴露給使用者使用時，才用 Proxy 将 Invoker 轉成接口，或将接口實作轉成 Invoker，也就是去掉 Proxy 層 RPC 是可以 Run 的，隻是不那麼透明，不那麼看起來像調本地服務一樣調遠端服務。
- 而 Remoting 實作是 Dubbo 協定的實作，如果你選擇 RMI 協定，整個 Remoting 都不會用上，Remoting 内部再劃為 Transport 傳輸層和 Exchange 資訊交換層，Transport 層隻負責單向消息傳輸，是對 Mina, Netty, Grizzly 的抽象，它也可以擴充 UDP 傳輸，而 Exchange 層是在傳輸層之上封裝了 Request-Response 語義。
- Registry 和 Monitor 實際上不算一層，而是一個獨立的節點，隻是為了全局概覽，用層的方式畫在一起。
依賴關系
- 圖中小方塊 Protocol, Cluster, Proxy, Service, Container, Registry, Monitor 代表層或子產品，藍色的表示與業務有互動，綠色的表示隻對 Dubbo 内部互動。
- 圖中背景方塊 Consumer, Provider, Registry, Monitor 代表部署邏輯拓撲節點。
- 圖中藍色虛線為初始化時調用，紅色虛線為運作時異步調用，紅色實線為運作時同步調用。
- 圖中隻包含 RPC 的層，不包含 Remoting 的層，Remoting 整體都隐含在 Protocol 中。
調用鍊
設計原則
- 采用 Microkernel + Plugin 模式，Microkernel 隻負責組裝 Plugin，Dubbo 自身的功能也是通過擴充點實作的，也就是 Dubbo 的所有功能點都可被使用者自定義擴充所替換。
- 采用 URL 作為配置資訊的統一格式，所有擴充點都通過傳遞 URL 攜帶配置資訊。
文章說明
更多有價值的文章均收錄于
貝貝貓的文章目錄 版權聲明： 本部落格所有文章除特别聲明外，均采用 BY-NC-SA 許可協定。轉載請注明出處！
創作聲明： 本文基于下列所有參考内容進行創作，其中可能涉及複制、修改或者轉換，圖檔均來自網絡，如有侵權請聯系我，我會第一時間進行删除。
參考内容
[1]《深入了解Apache Dubbo與實戰》
[2]
dubbo 官方文檔