微服务架构深度解析(原理实践与进阶) 王佩华 著 专业科技 文轩网

原理篇 第1 章 微服务概述 ..................................................................................................................... 2 1.1 微服务架构介绍 ................................................................................................................ 3 1.1.1 背景介绍 ............................................................................................................................... 3 1.1.2 微服务的定义 ....................................................................................................................... 4 1.1.3 微服务与云原生 ................................................................................................................... 6 1.2 微服务主要特性 ................................................................................................................ 9 1.2.1 粒度更细的服务 ................................................................................................................... 9 1.2.2 围绕业务划分团队 ............................................................................................................. 10 1.2.3 技术多样性 ......................................................................................................................... 11 1.2.4 去中心化 ............................................................................................................................. 12 1.2.5 自动化运维 ......................................................................................................................... 13 1.2.6 快速演进 ............................................................................................................................. 14 1.3 架构设计哲学 .................................................................................................................. 14 1.3.1 小即是美 ............................................................................................................................. 15 1.3.2 做好一件事 ......................................................................................................................... 16 1.3.3 快速建立原型 ..................................................................................................................... 16 1.3.4 软件的复利效应 ................................................................................................................. 17 1.3.5 可移植性优先 ..................................................................................................................... 18 1.4 小结 ................................................................................................................................. 19 微服务架构深度解析：原理、实践与进阶 ? XII ? 第2 章 微服务的采用前提 ........................................................................................................ 20 2.1 微服务使用场景 .............................................................................................................. 21 2.1.1 项目复杂度 ......................................................................................................................... 21 2.1.2 团队规模 ............................................................................................................................. 22 2.1.3 变更频率 ............................................................................................................................. 22 2.1.4 项目类型 ............................................................................................................................. 23 2.1.5 遗留系统迁移 ..................................................................................................................... 23 2.2 技术与理念 ...................................................................................................................... 24 2.2.1 面向服务 ............................................................................................................................. 24 2.2.2 底座技术 ............................................................................................................................. 25 2.2.3 架构技术 ............................................................................................................................. 26 2.2.4 服务监控与治理 ................................................................................................................. 28 2.2.5 容器和自动化技术 ............................................................................................................. 28 2.2.6 云原生12 要素 ................................................................................................................... 29 2.3 康威定律 .......................................................................................................................... 32 2.3.1 协作问题 ............................................................................................................................. 32 2.3.2 沟通效率问题 ..................................................................................................................... 33 2.3.3 组织的演进 ......................................................................................................................... 33 2.4 流程管理 .......................................................................................................................... 34 2.4.1 敏捷方法论 ......................................................................................................................... 34 2.4.2 DevOps 转型 ....................................................................................................................... 35 2.4.3 自动化管理工具 ................................................................................................................. 37 2.5 小结 ................................................................................................................................. 37 第3 章 微服务构建 ................................................................................................................... 38 3.1 领域驱动设计 .................................................................................................................. 39 3.1.1 领域驱动设计概述 ............................................................................................................. 39 3.1.2 专注问题域 ......................................................................................................................... 42 3.1.3 服务的拆分 ......................................................................................................................... 44 3.1.3 界限上下文 ......................................................................................................................... 46 3.1.4 领域建模 ............................................................................................................................. 47 3.1.5 架构设计 ............................................................................................................................. 49 3.2 微服务化改造 .................................................................................................................. 51 3.2.1 技术债务 ............................................................................................................................. 51 3.2.2 微服务化改造时机 ............................................................................................................. 51 3.2.3 单体架构的改造模式 ......................................................................................................... 51 目 录 ? XIII ? 3.3 微服务构建进阶 .............................................................................................................. 53 3.3.1 软件构建 ............................................................................................................................. 53 3.3.2 微服务构建实践 ................................................................................................................. 54 3.3.3 微服务架构反模式 ............................................................................................................. 55 3.4 小结 ................................................................................................................................. 57 实践篇 第4 章 脚手架 .......................................................................................................................... 60 4.1 脚手架介绍 ...................................................................................................................... 61 4.1.1 什么是脚手架 ..................................................................................................................... 61 4.1.2 为什么需要脚手架 ............................................................................................................. 61 4.1.3 不要重新造轮子 ................................................................................................................. 62 4.1.4 常用脚手架 ......................................................................................................................... 64 4.2 Spring Boot 启动 ............................................................................................................. 67 4.2.1 Spring Boot 概述 ................................................................................................................ 67 4.2.2 Spring Boot 快速搭建 ......................................................................................................... 70 4.2.3 @SpringBootApplication 注解详解 ................................................................................... 72 4.2.4 Spring Boot 启动流程进阶 ................................................................................................. 77 4.2.5 Spring Boot 自动装配机制 ................................................................................................. 80 4.2.6 Spring Boot 功能扩展点详解 ............................................................................................. 85 4.3 Spring Boot Starter 技术 .................................................................................................. 88 4.3.1 Spring Boot Starter 概述 ..................................................................................................... 88 4.3.2 Spring Boot 常用开箱即用Starter ..................................................................................... 91 4.3.3 Spring Boot 生产就绪与环境配置 ..................................................................................... 95 4.3.4 Spring Boot 安全管理 ....................................................................................................... 102 4.3.5 Spring Boot 实现自定义Starter ....................................................................................... 108 4.4 Spring Boot Web 容器 ................................................................................................... 114 4.4.1 Spring Boot Web 容器配置 .............................................................................................. 115 4.4.2 Spring Boot 嵌入式Web 容器原理 ................................................................................. 121 4.4.3 Spring Boot 的ClassLoader 加载机制 ............................................................................. 124 4.5 小结 ............................................................................................................................... 131 第5 章 关键技术 ..................................................................................................................... 132 5.1 服务注册与发现 ............................................................................................................ 133 5.1.1 服务注册与发现原理 ....................................................................................................... 133 微服务架构深度解析：原理、实践与进阶 ? XIV ? 5.1.2 微服务注册中心技术选型 ............................................................................................... 135 5.1.3 Spring Cloud Eureka ......................................................................................................... 139 5.1.4 Eureka 架构与设计原理 ................................................................................................... 142 5.1.5 Eureka 缓存机制 ............................................................................................................... 145 5.1.6 Eureka 定制化开发 ........................................................................................................... 148 5.2 服务配置中心 ................................................................................................................ 149 5.2.1 服务配置中心管理 ........................................................................................................... 149 5.2.2 Spring Cloud Config ......................................................................................................... 151 5.2.3 Config Server 配置详解 ................................................................................................... 158 5.2.4 Config Server 定制化开发................................................................................................ 161 5.3 微服务网关 .................................................................................................................... 170 5.3.1 微服务网关模式 ............................................................................................................... 170 5.3.2 网关的主要功能 ............................................................................................................... 175 5.3.3 网关的技术选型 ............................................................................................................... 177 5.3.4 Spring Cloud Zuul 网关 .................................................................................................... 178 5.3.5 Zuul 的主要工作原理 ...................................................................................................... 182 5.3.6 Zuul 的插件机制及定制化开发 ....................................................................................... 187 5.3.7 Zuul 的动态路由 .............................................................................................................. 190 5.3.8 Zuul Filter 扩展功能实现 ................................................................................................. 196 5.3.9 Zuul 源码解析 .................................................................................................................. 201 5.4 负载均衡 ........................................................................................................................ 204 5.4.1 负载均衡机制 ................................................................................................................... 204 5.4.2 四层与七层负载均衡 ....................................................................................................... 206 5.4.3 负载均衡算法 ................................................................................................................... 206 5.4.4 Spring Cloud Ribbon ......................................................................................................... 207 5.4.5 Ribbon 的核心工作原理 .................................................................................................. 213 5.4.6 Ribbon 源码解析 .............................................................................................................. 215 5.5 容错与隔离 .................................................................................................................... 222 5.5.1 隔离机制 ........................................................................................................................... 223 5.5.2 微服务的风险 ................................................................................................................... 225 5.5.3 降级保护 ........................................................................................................................... 227 5.5.4 限流保护 ........................................................................................................................... 229 5.5.5 熔断保护 ........................................................................................................................... 231 5.5.6 超时与重试 ....................................................................................................................... 232 5.5.7 Spring Cloud Hystrix 容错框架 ........................................................................................ 233 5.5.8 Hystrix 的核心工作原理 .................................................................................................. 240 目 录 ? XV ? 5.5.9 Hystrix 源码解析 .............................................................................................................. 249 5.6 小结 ............................................................................................................................... 252 第6 章 系统集成 ..................................................................................................................... 253 6.1 服务集成交互技术 ........................................................................................................ 254 6.1.1 网络协议 ........................................................................................................................... 254 6.1.2 Linux I/O 模式 .................................................................................................................. 258 6.1.3 序列化方式 ....................................................................................................................... 262 6.2 REST 服务集成 ............................................................................................................. 263 6.2.1 REST API.......................................................................................................................... 264 6.2.2 Swagger 接口文档规范 .................................................................................................... 270 6.2.3 JAX-RS 提供REST 服务 ................................................................................................. 272 6.2.4 Feign 实现REST 调用 ..................................................................................................... 273 6.3 RPC 远程过程调用 ....................................................................................................... 278 6.3.1 RPC 框架概述 .................................................................................................................. 278 6.3.2 主流RPC 通信框架 ......................................................................................................... 280 6.3.3 Dubbo 架构进阶 ............................................................................................................... 281 6.3.4 Spring Cloud 集成Dubbo ................................................................................................. 294 6.3.5 Spring Cloud 集成gRPC .................................................................................................. 299 6.4 MOM 异步通信 ............................................................................................................. 309 6.4.1 消息中间件概述 ............................................................................................................... 309 6.4.2 消息中间件的使用场景 ................................................................................................... 311 6.4.3 常用消息中间件 ............................................................................................................... 314 6.4.4 RabbitMQ 消息中间件 ..................................................................................................... 314 6.4.5 Kafka 消息中间件 ............................................................................................................ 318 6.4.6 Spring Cloud Stream 概述 ................................................................................................ 319 6.4.7 Stream 源码解析 ............................................................................................................... 325 6.4.8 Stream 应用进阶 ............................................................................................................... 341 6.5 小结 ............................................................................................................................... 344 第7 章 微服务数据架构 .......................................................................................................... 345 7.1 数据分类及存储特性 .................................................................................................... 346 7.1.1 关系数据库概述 ............................................................................................................... 346 7.1.2 NoSQL 数据存储 ............................................................................................................. 349 7.1.3 Spring Data ........................................................................................................................ 353 7.1.4 使用spring-boot-starter-jdbc 访问MySQL ..................................................................... 354 7.1.5 Spring ORM 框架访问数据库 ......................................................................................... 358 微服务架构深度解析：原理、实践与进阶 ? XVI ? 7.1.6 Spring Data 与NoSQL 的集成......................................................................................... 363 7.2 事务管理理论 ................................................................................................................ 370 7.2.1 事务管理概述 ................................................................................................................... 370 7.2.2 ACID 理论 ........................................................................................................................ 372 7.2.3 一致性理论 ....................................................................................................................... 373 7.2.4 CAP 理论 .......................................................................................................................... 373 7.2.5 BASE 理论........................................................................................................................ 374 7.3 微服务架构的数据一致性 ............................................................................................ 374 7.3.1 解决方案概览 ................................................................................................................... 375 7.3.2 两阶段提交模式 ............................................................................................................... 375 7.3.3 TCC 补偿模式 .................................................................................................................. 377 7.3.4 Saga 长事务模式 .............................................................................................................. 379 7.3.5 可靠消息模式 ................................................................................................................... 383 7.4 小结 ............................................................................................................................... 389 第8 章 微服务交付 ................................................................................................................. 390 8.1 软件交付演进 ................................................................................................................ 391 8.1.1 软件过程模型 ................................................................................................................... 391 8.1.2 交付演进历程进阶 ........................................................................................................... 394 8.2 微服务如何持续集成交付 ............................................................................................ 397 8.2.1 配置管理概述 ................................................................................................................... 398 8.2.2 持续集成概述 ................................................................................................................... 399 8.2.3 持续集成Pipeline ............................................................................................................. 399 8.2.4 持续交付概述 ................................................................................................................... 408 8.2.5 持续交付Pipeline ............................................................................................................. 408 8.3 基于容器的交付 ............................................................................................................ 410 8.3.1 Docker 概述 ...................................................................................................................... 410 8.3.2 Docker 的原理 .................................................................................................................. 412 8.3.3 Docker 构建部署过程 ...................................................................................................... 414 8.3.4 Docker Compose 编排服务 .............................................................................................. 419 8.3.5 Maven 插件构建Docker 镜像 ......................................................................................... 421 8.4 小结 ............................................................................................................................... 423 第9 章 服务监控治理.............................................................................................................. 424 9.1 监控系统概述 ................................................................................................................ 425 9.1.1 监控系统原理及分类 ....................................................................................................... 425 目 录 ? XVII ? 9.1.2 监控分类 ........................................................................................................................... 427 9.1.3 监控关注的对象 ............................................................................................................... 428 9.2 指标型数据监控 ............................................................................................................ 431 9.2.1 指标采集概述 ................................................................................................................... 431 9.2.2 JavaAgent 技术 ................................................................................................................. 434 9.2.3 Javaassist 技术 .................................................................................................................. 438 9.2.4 Spring Boot Admin 监控详解 ........................................................................................... 440 9.2.5 Spring Boot 集成Prometheus ........................................................................................... 443 9.3 日志监控方案 ................................................................................................................ 446 9.3.1 日志采集方案 ................................................................................................................... 446 9.3.2 ELK 日志的解决方案 ...................................................................................................... 449 9.3.3 Spring Boot 的日志解决方案 ........................................................................................... 450 9.4 服务调用链技术 ............................................................................................................ 455 9.4.1 APM 与调用链技术 ......................................................................................................... 455 9.4.2 Dapper 与分布式跟踪原理 .............................................................................................. 457 9.4.3 Sleuth 与Zipkin 技术 ....................................................................................................... 459 9.4.4 SkyWalking 技术 .............................................................................................................. 465 9.5 小结 ............................................................................................................................... 468 进阶篇 第10 章 响应式微服务架构 .................................................................................................... 470 10.1 响应式编程 .................................................................................................................. 471 10.1.1 响应式编程的动机 ......................................................................................................... 471 10.1.2 响应式宣言 ..................................................................................................................... 475 10.1.3 响应式编程详解 ............................................................................................................. 476 10.1.4 编程范式 ......................................................................................................................... 480 10.2 响应式技术框架 .......................................................................................................... 482 10.2.1 响应式编程规范 ............................................................................................................. 483 10.2.2 Java Flow API ................................................................................................................. 484 10.2.3 RxJava 响应式框架 ........................................................................................................ 487 10.2.4 Reactor 响应式框架........................................................................................................ 490 10.2.5 Vert.X 响应式编程 ......................................................................................................... 494 10.2.6 Spring Boot 2 响应式编程 .............................................................................................. 497 10.3 Spring WebFlux 框架 .................................................................................................. 499 10.3.1 Spring WebFlux 概述 ..................................................................................................... 499 微服务架构深度解析：原理、实践与进阶 ? XVIII ? 10.3.2 WebFlux 服务器开发 ..................................................................................................... 501 10.3.3 WebClient 开发 ............................................................................................................... 506 10.3.4 服务端推送事件 ............................................................................................................. 509 10.3.5 Spring WebFlux 的优势与局限 ...................................................................................... 511 10.4 Spring Cloud Gateway ................................................................................................. 514 10.4.1 Spring Cloud Gateway 概述 ........................................................................................... 514 10.4.2 Spring Cloud Gateway 的工作原理 ................................................................................ 517 10.4.3 Spring Cloud Gateway 的动态路由 ................................................................................ 527 10.4.4 Spring Cloud Gateway 源码解析 .................................................................................... 533 10.5 小结 .............................................................................................................................. 540 第11 章 Kubernetes 容器管理 ............................................................................................... 541 11.1 Kubernetes 的基础....................................................................................................... 541 11.1.1 Kubernetes 基本概述 ...................................................................................................... 541 11.1.2 Kubernetes 的核心组件 .................................................................................................. 542 11.2 Kubernetes 的设计理念 ............................................................................................... 543 11.2.1 Kubernetes 的设计原则 .................................................................................................. 543 11.2.2 Kubernetes 与微服务 ...................................................................................................... 544 11.2.3 Kubernetes 与DevOps .................................................................................................... 544 11.3 Spring Cloud 与Kubernetes 的生态融合 ................................................................... 545 11.3.1 Spring Cloud 与Kubernetes 各自的优劣势 ................................................................... 545 11.3.2 Spring Cloud 与Kubernetes 的融合 ............................................................................... 547 11.3.3 Spring Cloud Kubernetes 项目........................................................................................ 548 11.4 小结 .............................................................................................................................. 552 第12 章 微服务发展趋势 ........................................................................................................ 553 12.1 云原生应用架构 .......................................................................................................... 553 12.1.1 云原生应用架构进阶 ..................................................................................................... 554 12.1.2 Java 的云原生应用优化 ................................................................................................. 555 12.2 Service Mesh 技术 ....................................................................................................... 556 12.2.1 微服务的SideCar 模式 .................................................................................................. 557 12.2.2 Service Mesh 的技术前景 .............................................................................................. 557 12.3 Serverless 技术 ............................................................................................................ 558 12.3.1 Serverless 的模式 ........................................................................................................... 558 12.3.2 Serverless 的技术前景 .................................................................................................... 559 12.4 总结 .............................................................................................................................. 560