深入理解Ribbon之源码解析

转载请标明出处： 
http://blog.csdn.net/forezp/article/details/74820899 
本文出自方志朋的博客

什么是Ribbon

Ribbon是Netflix公司开源的一个负载均衡的项目，它属于上述的第二种，是一个客户端负载均衡器，运行在客户端上。它是一个经过了云端测试的IPC库，可以很好地控制HTTP和TCP客户端的一些行为。 Feign已经默认使用了Ribbon。

• 负载均衡
• 容错
• 多协议（HTTP，TCP，UDP）支持异步和反应模型
• 缓存和批处理

RestTemplate和Ribbon相结合

Ribbon在Netflix组件是非常重要的一个组件，在Zuul中使用Ribbon做负载均衡，以及Feign组件的结合等。在spring Cloud 中，作为开发中，做的最多的可能是将RestTemplate和Ribbon相结合，你可能会这样写：

@Configuration public class RibbonConfig { @Bean @LoadBalanced RestTemplate restTemplate() { return new RestTemplate(); } }

　　

消费另外一个的服务的接口，差不多是这样的：

@Service public class RibbonService { @Autowired RestTemplate restTemplate; public String hi(String name) { return restTemplate.getForObject("http://eureka-client/hi?name="+name,String.class); } }

 

 

深入理解Ribbon

LoadBalancerClient

在Riibon中一个非常重要的组件为LoadBalancerClient，它作为负载均衡的一个客户端。它在spring-cloud-commons包下： 
的LoadBalancerClient是一个接口，它的实现类是RibbonLoadBalancerClient，关系如下图：

 

其中LoadBalancerClient接口，有如下三个方法，其中excute()为执行请求，reconstructURI()用来重构url：

public interface LoadBalancerClient extends ServiceInstanceChooser { <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;

  #根据serviceId来获取ServiceInstance
  ServiceInstance choose(String serviceId);

 URI reconstructURI(ServiceInstance instance, URI original); }

ServiceInstanceChooser接口，主要有一个方法，用来根据serviceId来获取ServiceInstance，代码如下:

public interface ServiceInstanceChooser { ServiceInstance choose(String serviceId); }

LoadBalancerClient的实现类为RibbonLoadBalancerClient，这个类是非常重要的一个类，最终的负载均衡的请求处理，由它来执行。它的部分源码如下：

public class RibbonLoadBalancerClient implements LoadBalancerClient { ...//省略代码
 @Override public ServiceInstance choose(String serviceId) { Server server = getServer(serviceId); if (server == null) { return null; } return new RibbonServer(serviceId, server, isSecure(server, serviceId), serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server)); } protected Server getServer(String serviceId) { return getServer(getLoadBalancer(serviceId)); } protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer) { if (loadBalancer == null) { return null; } return loadBalancer.chooseServer("default"); // TODO: better handling of key
 } protected ILoadBalancer getLoadBalancer(String serviceId) { return this.clientFactory.getLoadBalancer(serviceId); } ...//省略代码

在RibbonLoadBalancerClient的源码中，其中choose()方法是选择具体服务实例的一个方法。该方法通过getServer()方法去获取实例，经过源码跟踪，最终交给了ILoadBalancer类去选择服务实例。

ILoadBalancer在ribbon-loadbalancer的jar包下,它是定义了实现软件负载均衡的一个接口，它需要一组可供选择的服务注册列表信息，以及根据特定方法去选择服务，它的源码如下 ：

public interface ILoadBalancer { public void addServers(List<Server> newServers); public Server chooseServer(Object key); public void markServerDown(Server server); public List<Server> getReachableServers(); public List<Server> getAllServers(); }

其中，addServers()方法是添加一个Server集合；chooseServer()方法是根据key去获取Server；markServerDown()方法用来标记某个服务下线；getReachableServers()获取可用的Server集合；getAllServers()获取所有的Server集合。

 

 

DynamicServerListLoadBalancer

它的继承类为BaseLoadBalancer，它的实现类为DynamicServerListLoadBalancer，这三者之间的关系如下：

 

查看上述三个类的源码，可用发现，配置以下信息，IClientConfig、IRule、IPing、ServerList、ServerListFilter和ILoadBalancer，查看BaseLoadBalancer类，它默认的情况下，实现了以下配置：

• IClientConfig ribbonClientConfig: DefaultClientConfigImpl配置
• IRule ribbonRule: RoundRobinRule 路由策略
• IPing ribbonPing: DummyPing
• ServerList ribbonServerList: ConfigurationBasedServerList
• ServerListFilter ribbonServerListFilter: ZonePreferenceServerListFilter
• ILoadBalancer ribbonLoadBalancer: ZoneAwareLoadBalancer

IClientConfig 用于对客户端或者负载均衡的配置，它的默认实现类为DefaultClientConfigImpl。

IRule用于复杂均衡的策略，它有三个方法，其中choose()是根据key 来获取server,setLoadBalancer()和getLoadBalancer()是用来设置和获取ILoadBalancer的，它的源码如下：

public interface IRule{ public Server choose(Object key); public void setLoadBalancer(ILoadBalancer lb); public ILoadBalancer getLoadBalancer(); }

 

IRule有很多默认的实现类，这些实现类根据不同的算法和逻辑来处理负载均衡。Ribbon实现的IRule有一下。在大多数情况下，这些默认的实现类是可以满足需求的，如果有特性的需求，可以自己实现。

• BestAvailableRule 选择最小请求数

• ClientConfigEnabledRoundRobinRule 轮询

• RandomRule 随机选择一个server

• RoundRobinRule 轮询选择server
• RetryRule 根据轮询的方式重试
• WeightedResponseTimeRule 根据响应时间去分配一个weight ，weight越低，被选择的可能性就越低
• ZoneAvoidanceRule 根据server的zone区域和可用性来轮询选择

 

IPing是用来想server发生”ping”，来判断该server是否有响应，从而判断该server是否可用。它有一个isAlive()方法，它的源码如下：

public interface IPing { public boolean isAlive(Server server); }

 

• PingUrl 真实的去ping 某个url，判断其是否alive
• PingConstant 固定返回某服务是否可用，默认返回true，即可用
• NoOpPing 不去ping,直接返回true,即可用。
• DummyPing 直接返回true，并实现了initWithNiwsConfig方法。
• NIWSDiscoveryPing，根据DiscoveryEnabledServer的InstanceInfo的InstanceStatus去判断，如果为InstanceStatus.UP，则为可用，否则不可用。

ServerList是定义获取所有的server的注册列表信息的接口，它的代码如下：

public interface ServerList<T extends Server> { public List<T> getInitialListOfServers(); public List<T> getUpdatedListOfServers(); }

 

 ServerListFilter接口，定于了可根据配置去过滤或者根据特性动态获取符合条件的server列表的方法，代码如下：

public interface ServerListFilter<T extends Server> { public List<T> getFilteredListOfServers(List<T> servers); }

 

阅读DynamicServerListLoadBalancer的源码，DynamicServerListLoadBalancer的构造函数中有个initWithNiwsConfig()方法。在改方法中，经过一系列的初始化配置，最终执行了restOfInit()方法。其代码如下：

 public DynamicServerListLoadBalancer(IClientConfig clientConfig) { initWithNiwsConfig(clientConfig); } @Override public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) { try { super.initWithNiwsConfig(clientConfig); String niwsServerListClassName = clientConfig.getPropertyAsString( CommonClientConfigKey.NIWSServerListClassName, DefaultClientConfigImpl.DEFAULT_SEVER_LIST_CLASS); ServerList<T> niwsServerListImpl = (ServerList<T>) ClientFactory .instantiateInstanceWithClientConfig(niwsServerListClassName, clientConfig); this.serverListImpl = niwsServerListImpl; if (niwsServerListImpl instanceof AbstractServerList) { AbstractServerListFilter<T> niwsFilter = ((AbstractServerList) niwsServerListImpl) .getFilterImpl(clientConfig); niwsFilter.setLoadBalancerStats(getLoadBalancerStats()); this.filter = niwsFilter; } String serverListUpdaterClassName = clientConfig.getPropertyAsString( CommonClientConfigKey.ServerListUpdaterClassName, DefaultClientConfigImpl.DEFAULT_SERVER_LIST_UPDATER_CLASS ); this.serverListUpdater = (ServerListUpdater) ClientFactory .instantiateInstanceWithClientConfig(serverListUpdaterClassName, clientConfig); restOfInit(clientConfig); } catch (Exception e) { throw new RuntimeException( "Exception while initializing NIWSDiscoveryLoadBalancer:"
                            + clientConfig.getClientName() + ", niwsClientConfig:" + clientConfig, e); } }

 

 

在restOfInit()方法上，有一个 updateListOfServers()的方法，该方法是用来获取所有的ServerList的。

void restOfInit(IClientConfig clientConfig) { boolean primeConnection = this.isEnablePrimingConnections(); // turn this off to avoid duplicated asynchronous priming done in BaseLoadBalancer.setServerList()
        this.setEnablePrimingConnections(false); enableAndInitLearnNewServersFeature(); updateListOfServers(); if (primeConnection && this.getPrimeConnections() != null) { this.getPrimeConnections() .primeConnections(getReachableServers()); } this.setEnablePrimingConnections(primeConnection); LOGGER.info("DynamicServerListLoadBalancer for client {} initialized: {}", clientConfig.getClientName(), this.toString()); }

 

进一步跟踪updateListOfServers()方法的源码，最终由serverListImpl.getUpdatedListOfServers()获取所有的服务列表的，代码如下：

 @VisibleForTesting public void updateListOfServers() { List<T> servers = new ArrayList<T>(); if (serverListImpl != null) { servers = serverListImpl.getUpdatedListOfServers(); LOGGER.debug("List of Servers for {} obtained from Discovery client: {}", getIdentifier(), servers); if (filter != null) { servers = filter.getFilteredListOfServers(servers); LOGGER.debug("Filtered List of Servers for {} obtained from Discovery client: {}", getIdentifier(), servers); } } updateAllServerList(servers); }

 

 

而serverListImpl是ServerList接口的具体实现类。跟踪代码，ServerList的实现类为DiscoveryEnabledNIWSServerList，在ribbon-eureka.jar的com.netflix.niws.loadbalancer下。其中DiscoveryEnabledNIWSServerList有 getInitialListOfServers()和getUpdatedListOfServers()方法，具体代码如下：

@Override public List<DiscoveryEnabledServer> getInitialListOfServers(){ return obtainServersViaDiscovery(); } @Override public List<DiscoveryEnabledServer> getUpdatedListOfServers(){ return obtainServersViaDiscovery(); }

继续跟踪源码，obtainServersViaDiscovery（），是根据eurekaClientProvider.get()来回去EurekaClient，再根据EurekaClient来获取注册列表信息，代码如下：

private List<DiscoveryEnabledServer> obtainServersViaDiscovery() { List<DiscoveryEnabledServer> serverList = new ArrayList<DiscoveryEnabledServer>(); if (eurekaClientProvider == null || eurekaClientProvider.get() == null) { logger.warn("EurekaClient has not been initialized yet, returning an empty list"); return new ArrayList<DiscoveryEnabledServer>(); } EurekaClient eurekaClient = eurekaClientProvider.get(); if (vipAddresses!=null){ for (String vipAddress : vipAddresses.split(",")) { // if targetRegion is null, it will be interpreted as the same region of client
                List<InstanceInfo> listOfInstanceInfo = eurekaClient.getInstancesByVipAddress(vipAddress, isSecure, targetRegion); for (InstanceInfo ii : listOfInstanceInfo) { if (ii.getStatus().equals(InstanceStatus.UP)) { if(shouldUseOverridePort){ if(logger.isDebugEnabled()){ logger.debug("Overriding port on client name: " + clientName + " to " + overridePort); } // copy is necessary since the InstanceInfo builder just uses the original reference, // and we don't want to corrupt the global eureka copy of the object which may be // used by other clients in our system
                            InstanceInfo copy = new InstanceInfo(ii); if(isSecure){ ii = new InstanceInfo.Builder(copy).setSecurePort(overridePort).build(); }else{ ii = new InstanceInfo.Builder(copy).setPort(overridePort).build(); } } DiscoveryEnabledServer des = new DiscoveryEnabledServer(ii, isSecure, shouldUseIpAddr); des.setZone(DiscoveryClient.getZone(ii)); serverList.add(des); } } if (serverList.size()>0 && prioritizeVipAddressBasedServers){ break; // if the current vipAddress has servers, we dont use subsequent vipAddress based servers
 } } } return serverList; }

 

 

其中eurekaClientProvider的实现类是LegacyEurekaClientProvider，它是一个获取eurekaClient类，通过静态的方法去获取eurekaClient，其代码如下：

class LegacyEurekaClientProvider implements Provider<EurekaClient> { private volatile EurekaClient eurekaClient; @Override public synchronized EurekaClient get() { if (eurekaClient == null) { eurekaClient = DiscoveryManager.getInstance().getDiscoveryClient(); } return eurekaClient; } }

　　

EurekaClient的实现类为DiscoveryClient，在之前已经分析了它具有服务注册、获取服务注册列表等的全部功能。

由此可见，负载均衡器是从EurekaClient获取服务信息，并根据IRule去路由，并且根据IPing去判断服务的可用性。

那么现在还有个问题，负载均衡器多久一次去获取一次从Eureka Client获取注册信息呢。

在BaseLoadBalancer类下，BaseLoadBalancer的构造函数，该构造函数开启了一个PingTask任务，代码如下：　　

public BaseLoadBalancer(String name, IRule rule, LoadBalancerStats stats,

            IPing ping, IPingStrategy pingStrategy) {

        if (logger.isDebugEnabled()) {

            logger.debug("LoadBalancer:  initialized");

        }

        this.name = name;

        this.ping = ping;

        this.pingStrategy = pingStrategy;

        setRule(rule);

        //ping 任务

        setupPingTask();

        lbStats = stats;

        init();

    }

 

setupPingTask()的具体代码逻辑，它开启了ShutdownEnabledTimer执行PingTask任务，在默认情况下pingIntervalSeconds为10，即每10秒钟，想EurekaClient发送一次”ping”。

   void setupPingTask() { if (canSkipPing()) { return; } if (lbTimer != null) { lbTimer.cancel(); } lbTimer = new ShutdownEnabledTimer("NFLoadBalancer-PingTimer-" + name, true); lbTimer.schedule(new PingTask(), 0, pingIntervalSeconds * 1000); forceQuickPing(); }

　　

PingTask源码，即new一个Pinger对象，并执行runPinger()方法。

class PingTask extends TimerTask { public void run() { try { new Pinger(pingStrategy).runPinger(); } catch (Exception e) { logger.error("LoadBalancer [{}]: Error pinging", name, e); } } }

　　

查看Pinger的runPinger()方法，最终根据 pingerStrategy.pingServers(ping, allServers)来获取服务的可用性，如果该返回结果，如之前相同，则不去向EurekaClient获取注册列表，如果不同则通知ServerStatusChangeListener或者changeListeners发生了改变，进行更新或者重新拉取。

 public void runPinger() throws Exception { if (!pingInProgress.compareAndSet(false, true)) { return; // Ping in progress - nothing to do
 } // we are "in" - we get to Ping
 Server[] allServers = null; boolean[] results = null; Lock allLock = null; Lock upLock = null; try { /* * The readLock should be free unless an addServer operation is * going on... */ allLock = allServerLock.readLock(); allLock.lock(); allServers = allServerList.toArray(new Server[allServerList.size()]); allLock.unlock(); int numCandidates = allServers.length; results = pingerStrategy.pingServers(ping, allServers); final List<Server> newUpList = new ArrayList<Server>(); final List<Server> changedServers = new ArrayList<Server>(); for (int i = 0; i < numCandidates; i++) { boolean isAlive = results[i]; Server svr = allServers[i]; boolean oldIsAlive = svr.isAlive(); svr.setAlive(isAlive); if (oldIsAlive != isAlive) { changedServers.add(svr); logger.debug("LoadBalancer [{}]: Server [{}] status changed to {}", name, svr.getId(), (isAlive ? "ALIVE" : "DEAD")); } if (isAlive) { newUpList.add(svr); } } upLock = upServerLock.writeLock(); upLock.lock(); upServerList = newUpList; upLock.unlock(); notifyServerStatusChangeListener(changedServers); } finally { pingInProgress.set(false); } }

 

由此可见，LoadBalancerClient是在初始化的时候，会向Eureka回去服务注册列表，并且向通过10s一次向EurekaClient发送“ping”，来判断服务的可用性，如果服务的可用性发生了改变或者服务数量和之前的不一致，则更新或者重新拉取。LoadBalancerClient有了这些服务注册列表，就可以根据具体的IRule来进行负载均衡。

 

RestTemplate是如何和Ribbon结合的

最后，回答问题的本质，为什么在RestTemplate加一个@LoadBalance注解就可可以开启负载均衡呢？

 @LoadBalanced RestTemplate restTemplate() { return new RestTemplate(); }

　　

 @LoadBalanced有哪些类用到了LoadBalanced有哪些类用到了， 发现LoadBalancerAutoConfiguration类，即LoadBalancer自动配置类。

@Configuration @ConditionalOnClass(RestTemplate.class) @ConditionalOnBean(LoadBalancerClient.class) @EnableConfigurationProperties(LoadBalancerRetryProperties.class) public class LoadBalancerAutoConfiguration { @LoadBalanced @Autowired(required = false) private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList(); } @Bean public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializer( final List<RestTemplateCustomizer> customizers) { return new SmartInitializingSingleton() { @Override public void afterSingletonsInstantiated() { for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) { for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) { customizer.customize(restTemplate); } } } }; } @Configuration @ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate") static class LoadBalancerInterceptorConfig { @Bean public LoadBalancerInterceptor ribbonInterceptor( LoadBalancerClient loadBalancerClient, LoadBalancerRequestFactory requestFactory) { return new LoadBalancerInterceptor(loadBalancerClient, requestFactory); } @Bean @ConditionalOnMissingBean public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer( final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) { return new RestTemplateCustomizer() { @Override public void customize(RestTemplate restTemplate) { List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>( restTemplate.getInterceptors()); list.add(loadBalancerInterceptor); restTemplate.setInterceptors(list); } }; } } }

　　

在该类中，首先维护了一个被@LoadBalanced修饰的RestTemplate对象的List，在初始化的过程中，通过调用customizer.customize(restTemplate)方法来给RestTemplate增加拦截器LoadBalancerInterceptor。

而LoadBalancerInterceptor，用于实时拦截，在LoadBalancerInterceptor这里实现来负载均衡。LoadBalancerInterceptor的拦截方法如下：

@Override public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body, final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException { final URI originalUri = request.getURI(); String serviceName = originalUri.getHost(); Assert.state(serviceName != null, "Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri); return this.loadBalancer.execute(serviceName, requestFactory.createRequest(request, body, execution)); }

　　

总结

综上所述，Ribbon的负载均衡，主要通过LoadBalancerClient来实现的，而LoadBalancerClient具体交给了ILoadBalancer来处理，ILoadBalancer通过配置IRule、IPing等信息，并向EurekaClient获取注册列表的信息，并默认10秒一次向EurekaClient发送“ping”,进而检查是否更新服务列表，最后，得到注册列表后，ILoadBalancer根据IRule的策略进行负载均衡。

而RestTemplate 被@LoadBalance注解后，能过用负载均衡，主要是维护了一个被@LoadBalance注解的RestTemplate列表，并给列表中的RestTemplate添加拦截器，进而交给负载均衡器去处理。