分布式架构与Dubbo简介

分布式架构

随着互联网应用的快速发展，传统的单体架构已经难以满足日益增长的业务需求。分布式架构应运而生，它将一个大型的应用系统拆分成多个独立的子系统或服务，这些服务可以独立开发、部署和运行，通过网络进行通信和协作。

Dubbo是阿里巴巴开源的一个高性能、轻量级的Java RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用）框架，它提供了服务治理、负载均衡、容错机制等一系列功能，帮助开发者构建分布式应用系统。

Dubbo的核心组件

参考架构图：

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  • Provider：服务提供者，负责提供具体的服务实现，并将服务注册到注册中心。
  • Consumer：服务消费者，从注册中心获取服务提供者的信息，并调用这些服务。
  • Registry：注册中心，负责服务的注册和发现，常见的注册中心有ZooKeeper、Nacos等。
  • Monitor：监控中心，用于监控服务的调用情况，如调用次数、调用时间等。

Dubbo的特性

  • 高性能：Dubbo采用了高性能的网络通信框架Netty，支持多种序列化协议，如Hessian、JSON等，可以满足不同场景下的性能需求。
  • 服务治理：Dubbo提供了丰富的服务治理功能，如服务注册、发现、负载均衡、容错机制等，可以保证服务的高可用性和稳定性。
  • 扩展性：Dubbo的架构设计非常灵活，开发者可以通过扩展Dubbo的SPI（Service Provider Interface）机制，实现自定义的功能。

Dubbo的使用场景

  • 分布式系统：Dubbo可以帮助开发者构建分布式系统，实现服务的解耦和复用。
  • 微服务架构：Dubbo是微服务架构中的一个重要组件，可以作为微服务之间的通信框架。

Dubbo分层架构

Dubbo可以按照功能分为Bussiness（业务层）、RPC层和Remoting层；也可以按照开发与扩展方式分为API层和SPI层。进一步细分的话则可以分为十层，如下图所示：

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每一层的职责，参照官方文档，如下：

  • Service 业务层：即实际开发时的业务逻辑层；
  • 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。这里的Stub和Skeleton指的实际上就是客户端和服务端的代理对象。客户端使用代理对象发起远程调用，服务端使用代理对象接收调用请求并返回结果；
  • 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，负责选取具体调用的节点，处理特殊的调用要求和负责远程调用失败的容错措施。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：封装 RPC 调用，管理Invoker。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：包含可复用的一些工具，扩展接口为 Serialization, ObjectInput, ObjectOutput, ThreadPool

Dubbo调用过程概览

服务暴露过程

服务暴露只涉及到服务提供者和注册中心，整个流程可以参考下图：

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  1. 初始化服务：Provider 首先需要定义服务接口，并实现该接口。
  2. Proxy：Dubbo 使用动态代理技术生成服务接口的代理类Proxy，它根据具体的协议 Protocol 将需要暴露出去的接口封装成 Invoker。
  3. Invoker：Invoker 是服务的抽象表示，它是一个可执行体，负责调用具体的服务实现。
  4. Export：将 Invoker 导出为服务，使其可以被远程访问。这一步会将服务绑定到具体的协议和端口上。
  5. 注册服务：将服务信息注册到注册中心，以便服务消费者可以发现服务。
消费过程

包含了刚刚的暴露过程和消费过程的完整流程图如下，从右上角Consumer初始化服务开始：

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消费者发出网络请求的过程：

  1. 初始化服务：Consumer 首先需要定义服务接口，并使用 Dubbo 提供的 API 来引用该服务。
  2. Proxy：动态代理生成服务接口的代理类，将调用转发到 Invoker。
  3. Invoker：Invoker 是服务的抽象表示，负责调用远程服务。
  4. Cluster：集群管理，用于处理多个服务提供者的情况。如果一个服务有多个提供者，Dubbo 会使用集群管理来决定请求应该发送到哪个提供者。
  5. Directory：从注册中心获取服务提供者的地址列表。
  6. Router：路由管理，根据路由规则，比如某个接口只能调用某个节点，过滤掉一些Invoker。
  7. LoadBalance：负载均衡，用于在多个服务提供者之间分配请求。
  8. Filter：在服务调用过程中可以加入过滤器，用于处理请求和响应的预处理和后处理。
  9. Invoker：通过 Invoker 进行服务调用。
  10. Client：客户端如Netty，用于发起远程服务调用。
  11. Codec：编解码器，根据指定的协议构造网络传输数据。
  12. Serialization：序列化服务请求。

提供者收到网络请求后：

  1. Serialization：反序列化服务请求。
  2. Codec：根据指定的协议解码网络传输数据。（这两条没有体现在图中）
  3. ThreadPool：当Server接收到请求后，会将请求交给线程池处理。线程池负责管理线程资源，通过复用线程来提高系统性能，减少线程创建和销毁的开销。
  4. Server：用于监听端口、接收请求和发送响应。
  5. Exporter：将服务接口绑定到具体的协议和端口上，使其可以被远程访问。负责接收来自Server的请求，并将其转发给相应的Invoker进行处理。
  6. Filter：在请求和响应的处理过程中进行拦截和处理。
  7. Invoker：负责调用服务提供者的具体实现，并返回结果。

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