Feign原理 （圖解）

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1 SpringCloud 中 Feign 核心原理

如果不了解 SpringCloud 中 Feign 核心原理，不會真正的了解 SpringCloud 的性能優化和配置優化，也就不可能做到真正掌握 SpringCloud。

本章從Feign 遠程調用的重要組件開始，圖文並茂的介紹 Feigh 遠程調用的執行流程、Feign 本地 JDK Proxy 實例的創建流程，徹底的為大家解讀 SpringCloud 的核心知識。使得廣大的工程師不光做到知其然，更能知其所以然。

1.1 簡介：Feign遠程調用的基本流程

Feign遠程調用，核心就是通過一系列的封裝和處理，將以JAVA注解的方式定義的遠程調用API接口，最終轉換成HTTP的請求形式，然后將HTTP的請求的響應結果，解碼成JAVA Bean，放回給調用者。Feign遠程調用的基本流程，大致如下圖所示。

​

圖1 Feign遠程調用的基本流程

 

從上圖可以看到，Feign通過處理注解，將請求模板化，當實際調用的時候，傳入參數，根據參數再應用到請求上，進而轉化成真正的 Request 請求。通過Feign以及JAVA的動態代理機制，使得Java 開發人員，可以不用通過HTTP框架去封裝HTTP請求報文的方式，完成遠程服務的HTTP調用。

1.2 Feign 遠程調用的重要組件

在微服務啟動時，Feign會進行包掃描，對加@FeignClient注解的接口，按照注解的規則，創建遠程接口的本地JDK Proxy代理實例。然后，將這些本地Proxy代理實例，注入到Spring IOC容器中。當遠程接口的方法被調用，由Proxy代理實例去完成真正的遠程訪問，並且返回結果。

為了清晰的介紹SpringCloud中Feign運行機制和原理，在這里，首先為大家梳理一下Feign中幾個重要組件。

1.2.1 遠程接口的本地JDK Proxy代理實例

遠程接口的本地JDK Proxy代理實例，有以下特點：

（1）Proxy代理實例，實現了一個加 @FeignClient 注解的遠程調用接口；

（2）Proxy代理實例，能在內部進行HTTP請求的封裝，以及發送HTTP 請求；

（3）Proxy代理實例，能處理遠程HTTP請求的響應，並且完成結果的解碼，然后返回給調用者。

下面以一個簡單的遠程服務的調用接口 DemoClient 為例，具體介紹一下遠程接口的本地JDK Proxy代理實例的創建過程。

DemoClient 接口，有兩個非常簡單的遠程調用抽象方法：一個為hello() 抽象方法，用於完成遠程URL “/api/demo/hello/v1”的HTTP請求；一個為 echo(…) 抽象方法，用於完成遠程URL “/api/demo/echo/{word}/v1”的HTTP請求。具體如下圖所示。

​ 圖2 遠程接口的本地JDK Proxy代理實例示意圖

DemoClient 接口代碼如下：

package com.crazymaker.springcloud.demo.contract.client; //…省略import @FeignClient( value = "seckill-provider", path = "/api/demo/", fallback = DemoDefaultFallback.class) public interface DemoClient { /** * 測試遠程調用 * * @return hello */ @GetMapping("/hello/v1") Result<JSONObject> hello(); /** * 非常簡單的一個 回顯 接口，主要用於遠程調用 * * @return echo 回顯消息 */ @RequestMapping(value = "/echo/{word}/v1", method = RequestMethod.GET) Result<JSONObject> echo( @PathVariable(value = "word") String word); }

注意，上面的代碼中，在DemoClient 接口上，加有@FeignClient 注解。也即是說，Feign在啟動時，會為其創建一個本地JDK Proxy代理實例，並注冊到Spring IOC容器。

如何使用呢？可以通過@Resource注解，按照類型匹配（這里的類型為DemoClient接口類型），從Spring IOC容器找到這個代理實例，並且裝配給需要的成員變量。

DemoClient的 本地JDK Proxy 代理實例的使用的代碼如下：

package com.crazymaker.springcloud.user.info.controller; //…省略import @Api(value = "用戶信息、基礎學習DEMO", tags = {"用戶信息、基礎學習DEMO"}) @RestController @RequestMapping("/api/user") public class UserController { @Resource DemoClient demoClient; //裝配 DemoClient 的本地代理實例 @GetMapping("/say/hello/v1") @ApiOperation(value = "測試遠程調用速度") public Result<JSONObject> hello() { Result<JSONObject> result = demoClient.hello(); JSONObject data = new JSONObject(); data.put("others", result); return Result.success(data).setMsg("操作成功"); } //… }

DemoClient的本地JDK Proxy代理實例的創建過程，比較復雜，稍后作為重點介紹。先來看另外兩個重要的邏輯組件。

1.2.2 調用處理器 InvocationHandler

大家知道，通過 JDK Proxy 生成動態代理類，核心步驟就是需要定制一個調用處理器，具體來說，就是實現JDK中位於java.lang.reflect 包中的 InvocationHandler 調用處理器接口，並且實現該接口的 invoke（…） 抽象方法。

為了創建Feign的遠程接口的代理實現類，Feign提供了自己的一個默認的調用處理器，叫做 FeignInvocationHandler 類，該類處於 feign-core 核心jar包中。當然，調用處理器可以進行替換，如果Feign與Hystrix結合使用，則會替換成 HystrixInvocationHandler 調用處理器類，類處於 feign-hystrix 的jar包中。

​ 圖3 Feign中實現的 InvocationHandler 調用處理器

1.2.1 默認的調用處理器 FeignInvocationHandler

默認的調用處理器 FeignInvocationHandler 是一個相對簡單的類，有一個非常重要Map類型成員 dispatch 映射，保存着遠程接口方法到MethodHandler方法處理器的映射。

以前面示例中DemoClient 接口為例，其代理實現類的調用處理器 FeignInvocationHandler 的dispatch 成員的內存結構圖如圖3所示。

​ 圖4 DemoClient代理實例的調用處理器 FeignInvocationHandler的dispatch 成員

為何在圖3中的Map類型成員 dispatch 映射對象中，有兩個Key-Value鍵值對呢？

原因是：默認的調用處理器 FeignInvocationHandle，在處理遠程方法調用的時候，會根據Java反射的方法實例，在dispatch 映射對象中，找到對應的MethodHandler 方法處理器，然后交給MethodHandler 完成實際的HTTP請求和結果的處理。前面示例中的 DemoClient 遠程調用接口，有兩個遠程調用方法，所以，其代理實現類的調用處理器 FeignInvocationHandler 的dispatch 成員，有兩個有兩個Key-Value鍵值對。

FeignInvocationHandler的關鍵源碼，節選如下：

package feign; //...省略import public class ReflectiveFeign extends Feign { //... //內部類：默認的Feign調用處理器 FeignInvocationHandler static class FeignInvocationHandler implements InvocationHandler { private final Target target; //方法實例對象和方法處理器的映射 private final Map<Method, MethodHandler> dispatch; //構造函數 FeignInvocationHandler(Target target, Map<Method, MethodHandler> dispatch) { this.target = checkNotNull(target, "target"); this.dispatch = checkNotNull(dispatch, "dispatch for %s", target); } //默認Feign調用的處理 @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { //... //首先，根據方法實例，從方法實例對象和方法處理器的映射中， //取得 方法處理器，然后，調用 方法處理器 的 invoke(...) 方法 return dispatch.get(method).invoke(args); } //... }

源碼很簡單，重點在於invoke(…)方法，雖然核心代碼只有一行，但是其功能是復雜的：

（1）根據Java反射的方法實例，在dispatch 映射對象中，找到對應的MethodHandler 方法處理器；

（2）調用MethodHandler方法處理器的 invoke(...) 方法，完成實際的HTTP請求和結果的處理。

補充說明一下：MethodHandler 方法處理器，和JDK 動態代理機制中位於 java.lang.reflect 包的 InvocationHandler 調用處理器接口，沒有任何的繼承和實現關系。MethodHandler 僅僅是Feign自定義的，一個非常簡單接口。

1.2.2 方法處理器 MethodHandler

Feign的方法處理器 MethodHandler 是一個獨立的接口，定義在 InvocationHandlerFactory 接口中，僅僅擁有一個invoke(…)方法，源碼如下：

//定義在InvocationHandlerFactory接口中 public interface InvocationHandlerFactory { //… //方法處理器接口，僅僅擁有一個invoke(…)方法 interface MethodHandler { //完成遠程URL請求 Object invoke(Object[] argv) throws Throwable; } //... }

MethodHandler 的invoke(…)方法，主要職責是完成實際遠程URL請求，然后返回解碼后的遠程URL的響應結果。Feign提供了默認的 SynchronousMethodHandler 實現類，提供了基本的遠程URL的同步請求處理。有關 SynchronousMethodHandler類以及其與MethodHandler的關系，大致如圖4所示。

​ 圖5 Feign的MethodHandler方法處理器

為了徹底了解方法處理器，來讀一下 SynchronousMethodHandler 方法處理器的源碼，大致如下：

package feign; //…..省略import final class SynchronousMethodHandler implements MethodHandler { //… // 執行Handler 的處理 public Object invoke(Object[] argv) throws Throwable { RequestTemplate requestTemplate = this.buildTemplateFromArgs.create(argv); Retryer retryer = this.retryer.clone(); while(true) { try { return this.executeAndDecode(requestTemplate); } catch (RetryableException var5) { //…省略不相干代碼 } } } //執行請求，然后解碼結果 Object executeAndDecode(RequestTemplate template) throws Throwable { Request request = this.targetRequest(template); long start = System.nanoTime(); Response response; try { response = this.client.execute(request, this.options); response.toBuilder().request(request).build(); } } }

SynchronousMethodHandler的invoke(…)方法，調用了自己的executeAndDecode(…) 請求執行和結果解碼方法。該方法的工作步驟：

（1）首先通 RequestTemplate 請求模板實例，生成遠程URL請求實例 request；

（2）然后用自己的 feign 客戶端client成員，excecute(…) 執行請求，並且獲取 response 響應；

（3）對response 響應進行結果解碼。

1.2.3 Feign 客戶端組件 feign.Client

客戶端組件是Feign中一個非常重要的組件，負責端到端的執行URL請求。其核心的邏輯：發送request請求到服務器，並接收response響應后進行解碼。

feign.Client 類，是代表客戶端的頂層接口，只有一個抽象方法，源碼如下：

package feign; /**客戶端接口 * Submits HTTP {@link Request requests}. Implementations are expected to be thread-safe. */ public interface Client { //提交HTTP請求，並且接收response響應后進行解碼 Response execute(Request request, Options options) throws IOException; }

由於不同的feign.Client 實現類，內部完成HTTP請求的組件和技術不同，故，feign.Client 有多個不同的實現。這里舉出幾個例子：

（1）Client.Default類：默認的feign.Client 客戶端實現類，內部使用HttpURLConnnection 完成URL請求處理；

（2）ApacheHttpClient 類：內部使用 Apache httpclient 開源組件完成URL請求處理的feign.Client 客戶端實現類；

（3）OkHttpClient類：內部使用 OkHttp3 開源組件完成URL請求處理的feign.Client 客戶端實現類。

（4）LoadBalancerFeignClient 類：內部使用 Ribben 負載均衡技術完成URL請求處理的feign.Client 客戶端實現類。

此外，還有一些特殊場景使用的feign.Client客戶端實現類，也可以定制自己的feign.Client實現類。下面對上面幾個常見的客戶端實現類，進行簡要介紹。

​ 圖6 feign.Client客戶端實現類

一：Client.Default類：

作為默認的Client 接口的實現類，在Client.Default內部使用JDK自帶的HttpURLConnnection類實現URL網絡請求。

​ 圖7 默認的Client 接口的客戶端實現類

在JKD1.8中，雖然在HttpURLConnnection 底層，使用了非常簡單的HTTP連接池技術，但是，其HTTP連接的復用能力，實際是非常弱的，性能當然也很低。具體的原因，參見后面的“SpringCloud與長連接的深入剖析”專題內容。

二：ApacheHttpClient類

ApacheHttpClient 客戶端類的內部，使用 Apache HttpClient開源組件完成URL請求的處理。

從代碼開發的角度而言，Apache HttpClient相比傳統JDK自帶的URLConnection，增加了易用性和靈活性，它不僅使客戶端發送Http請求變得容易，而且也方便開發人員測試接口。既提高了開發的效率，也方便提高代碼的健壯性。

從性能的角度而言，Apache HttpClient帶有連接池的功能，具備優秀的HTTP連接的復用能力。關於帶有連接池Apache HttpClient的性能提升倍數，具體可以參見后面的對比試驗。

ApacheHttpClient 類處於 feign-httpclient 的專門jar包中，如果使用，還需要通過Maven依賴或者其他的方式，倒入配套版本的專門jar包。

三：OkHttpClient類

OkHttpClient 客戶端類的內部，使用OkHttp3 開源組件完成URL請求處理。OkHttp3 開源組件由Square公司開發，用於替代HttpUrlConnection和Apache HttpClient。由於OkHttp3較好的支持 SPDY協議（SPDY是Google開發的基於TCP的傳輸層協議，用以最小化網絡延遲，提升網絡速度，優化用戶的網絡使用體驗。），從Android4.4開始，google已經開始將Android源碼中的 HttpURLConnection 請求類使用OkHttp進行了替換。也就是說，對於Android 移動端APP開發來說，OkHttp3 組件，是基礎的開發組件之一。

四：LoadBalancerFeignClient 類

LoadBalancerFeignClient 內部使用了 Ribben 客戶端負載均衡技術完成URL請求處理。在原理上，簡單的使用了delegate包裝代理模式：Ribben負載均衡組件計算出合適的服務端server之后，由內部包裝 delegate 代理客戶端完成到服務端server的HTTP請求；所封裝的 delegate 客戶端代理實例的類型，可以是 Client.Default 默認客戶端，也可以是 ApacheHttpClient 客戶端類或OkHttpClient 高性能客戶端類，還可以其他的定制的feign.Client 客戶端實現類型。

LoadBalancerFeignClient 負載均衡客戶端實現類，具體如下圖所示。

​ 圖8 LoadBalancerFeignClient 負載均衡客戶端實現類

1.1 Feigh 遠程調用的執行流程

由於Feign遠程調用接口的JDK Proxy實例的InvokeHandler調用處理器有多種，導致Feign遠程調用的執行流程，也稍微有所區別，但是遠程調用執行流程的主要步驟，是一致的。這里主要介紹兩類JDK Proxy實例的InvokeHandler調用處理器相關的遠程調用執行流程：

（1）與 默認的調用處理器 FeignInvocationHandler 相關的遠程調用執行流程；

（2）與 Hystrix調用處理器 HystrixInvocationHandler 相關的遠程調用執行流程。

介紹過程中，還是以前面的DemoClient的JDK Proxy遠程動態代理實例的執行過程為例，演示分析Feigh遠程調用的執行流程。

1.1.1 與 FeignInvocationHandler 相關的遠程調用執行流程

FeignInvocationHandler是默認的調用處理器，如果不對Feign做特殊的配置，則Feign將使用此調用處理器。結合前面的DemoClient的JDK Proxy遠程動態代理實例的hello()遠程調用執行過程，在這里，詳細的介紹一下與 FeignInvocationHandler 相關的遠程調用執行流程，大致如下圖所示。

​ 圖6 與 FeignInvocationHandler 相關的遠程調用執行流程

整體的遠程調用執行流程，大致分為4步，具體如下：

第1步：通過Spring IOC 容器實例，裝配代理實例，然后進行遠程調用。

前文講到，Feign在啟動時，會為加上了@FeignClient注解的所有遠程接口（包括 DemoClient 接口），創建一個本地JDK Proxy代理實例，並注冊到Spring IOC容器。在這里，暫且將這個Proxy代理實例，叫做 DemoClientProxy，稍后，會詳細介紹這個Proxy代理實例的具體創建過程。

然后，在本實例的UserController 調用代碼中，通過@Resource注解，按照類型或者名稱進行匹配（這里的類型為DemoClient接口類型），從Spring IOC容器找到這個代理實例，並且裝配給@Resource注解所在的成員變量，本實例的成員變量的名稱為 demoClient。

在需要代進行hello（）遠程調用時，直接通過 demoClient 成員變量，調用JDK Proxy動態代理實例的hello（）方法。

第2步：執行 InvokeHandler 調用處理器的invoke(…)方法

前面講到，JDK Proxy動態代理實例的真正的方法調用過程，具體是通過 InvokeHandler 調用處理器完成的。故，這里的DemoClientProxy代理實例，會調用到默認的FeignInvocationHandler 調用處理器實例的invoke(…)方法。

通過前面 FeignInvocationHandler 調用處理器的詳細介紹，大家已經知道，默認的調用處理器 FeignInvocationHandle，內部保持了一個遠程調用方法實例和方法處理器的一個Key-Value鍵值對Map映射。FeignInvocationHandle 在其invoke(…)方法中，會根據Java反射的方法實例，在dispatch 映射對象中，找到對應的 MethodHandler 方法處理器，然后由后者完成實際的HTTP請求和結果的處理。

所以在第2步中，FeignInvocationHandle 會從自己的 dispatch映射中，找到hello()方法所對應的MethodHandler 方法處理器，然后調用其 invoke(…)方法。

第3步：執行 MethodHandler 方法處理器的invoke(…)方法

通過前面關於 MethodHandler 方法處理器的非常詳細的組件介紹，大家都知道，feign默認的方法處理器為 SynchronousMethodHandler，其invoke(…)方法主要是通過內部成員feign客戶端成員 client，完成遠程 URL 請求執行和獲取遠程結果。

feign.Client 客戶端有多種類型，不同的類型，完成URL請求處理的具體方式不同。

第4步：通過 feign.Client 客戶端成員，完成遠程 URL 請求執行和獲取遠程結果

如果MethodHandler方法處理器實例中的client客戶端，是默認的 feign.Client.Default 實現類性，則使用JDK自帶的HttpURLConnnection類，完成遠程 URL 請求執行和獲取遠程結果。

如果MethodHandler方法處理器實例中的client客戶端，是 ApacheHttpClient 客戶端實現類性，則使用 Apache httpclient 開源組件，完成遠程 URL 請求執行和獲取遠程結果。

通過以上四步，應該可以清晰的了解到了 SpringCloud中的 feign 遠程調用執行流程和運行機制。

實際上，為了簡明扼要的介紹清楚默認的調用流程，上面的流程，實際上省略了一個步驟：第3步，實際可以分為兩小步。為啥呢？ SynchronousMethodHandler 並不是直接完成遠程URL的請求，而是通過負載均衡機制，定位到合適的遠程server 服務器，然后再完成真正的遠程URL請求。換句話說，SynchronousMethodHandler實例的client成員，其實際不是feign.Client.Default類型，而是 LoadBalancerFeignClient 客戶端負載均衡類型。 因此，上面的第3步，如果進一步細分話，大致如下：（1）首先通過 SynchronousMethodHandler 內部的client實例，實質為負責客戶端負載均衡 LoadBalancerFeignClient 實例，首先查找到遠程的 server 服務端；（2） 然后再由LoadBalancerFeignClient 實例內部包裝的feign.Client.Default 內部類實例，去請求server端服務器，完成URL請求處理。

最后，說明下，默認的與 FeignInvocationHandler 相關的遠程調用執行流程，在運行機制以及調用性能上，滿足不了生產環境的要求，為啥呢？ 大致原因有以下兩點：

（1） 沒有遠程調用過程中的熔斷監測和恢復機制；

（2） 也沒有用到高性能的HTTP連接池技術。

接下來，將為大家介紹一下用到熔斷監測和恢復機制 Hystrix 技術的遠程調用執行流程，該流程中，遠程接口的JDK Proxy動態代理實例所使用的調用處理器，叫做 HystrixInvocationHandler 調用處理器。

本文的內容，在《SpringCloud Nginx高並發核心編程》一書時，進行內容的完善和更新，並且進行的源碼的升級。 博客和書不一樣，書更加層層升入、層次分明，請大家以書的內容為准。

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