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透彻理解Spring Cloud系列（二四）——Ribbon工作流程：工作流程分析

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 2023-08-07  阅读(2)
©版权
原文作者：Ressmix 原文地址：https://www.tpvlog.com/article/259

掌握了Ribbon初始化的底层原理和Eureka整合使用的流程。从本章开始，我就要开始讲解Ribbon的工作流程了。本章，我会先通过一个图讲解Ribbon与Eureka结合使用时的整体流程，后面再深入源码，讲解Ribbon的各个核心组件的底层实现。

一、概述

与Eureka结合使用时，我们通常会这样写程序：

    @RestController
    public class ServiceBController {
        @Bean
        @LoadBalanced
        public RestTemplate getRestTemplate() {
            return new RestTemplate();
        }
    
        @GetMapping(value = "/greeting/{name}")
        public String greeting(@PathVariable("name") String name) {
            RestTemplate restTemplate = getRestTemplate();
            // ServiceA是服务提供方向Eureka注册的应用名
            return restTemplate.getForObject("http://ServiceA/sayHello/" + name, String.class);
        }
    }

RestTemplate就是一个Spring提供了Http RESTFUL请求工具类而已，但是@LoadBalanced是什么呢？为什么引入它就可以获得Ribbon的负载均衡功能了？

先来看下面这两张图，这是Ribbon结合Eureka使用时的整体工作流程：

202308072152589121.png

202308072152597762.png

  1. 首先，Spring Boot应用启动后，会触发Eureka/Ribbon的自动装配机制，创建Ribbon客户端，并将Ribbon的核心组件注入到容器，然后组装到客户端。
  2. Spring Boot扫描到@LoadBalanced注解后，会创建一个请求拦截器，并将Ribbon客户端和拦截器注入到RestTemplate中；
  3. 与此同时，Spring Boot应用本身会作为Eureka-Client从Eureka-Server拉取注册表并缓存在本地；
  4. 当应用通过RestTemplacte发送请求时，拦截器会拦截所有请求，然后依赖Ribbon的负载均衡机制从本地缓存的注册表中选择一个合适的地址，最终生成一个实际可调用的URL；
  5. 最后，RestTemplate内嵌的Http网络通信组件会根据该URL发起调用。

Ribbon客户端配置的原理我已经在前面章节讲过了，本章我重点是将这个图涉及到的整体功能梳理一遍，后续章节再讲其中每一部分涉及的原理。

二、RestTemplate装配

RestTemplate装配，其实就是给RestTemplate对象注入一个拦截器和Ribbon客户端对象。

2.1 @LoadBalanced注解

@LoadBalanced注解，其实就是一个标记注解而已，用来标记将Ribbon客户端对象，即LoadBalancerClient，注入到RestTemplate中：

    package org.springframework.cloud.client.loadbalancer;
    
    /**
     * Annotation to mark a RestTemplate bean to be configured to use a LoadBalancerClient
     * @author Spencer Gibb
     */
    @Target({ ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER, ElementType.METHOD })
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Documented
    @Inherited
    @Qualifier
    public @interface LoadBalanced {
    }

前面章节，我分析过Ribbon客户端的初始化流程，Spring应用启动时会通过RibbonAutoConfiguration自动装配一个默认的Ribbon客户端——RibbonLoadBalancerClient：

    @Configuration
    @Conditional(RibbonAutoConfiguration.RibbonClassesConditions.class)
    @RibbonClients
    @AutoConfigureAfter(
            name = "org.springframework.cloud.netflix.eureka.EurekaClientAutoConfiguration")
    @AutoConfigureBefore({ LoadBalancerAutoConfiguration.class, AsyncLoadBalancerAutoConfiguration.class })
    @EnableConfigurationProperties({ RibbonEagerLoadProperties.class, ServerIntrospectorProperties.class })
    public class RibbonAutoConfiguration {
      @Bean
        @ConditionalOnMissingBean
        public SpringClientFactory springClientFactory() {
            SpringClientFactory factory = new SpringClientFactory();
            factory.setConfigurations(this.configurations);
            return factory;
        }
    
      // Ribbon客户端
        @Bean
        @ConditionalOnMissingBean(LoadBalancerClient.class)
        public LoadBalancerClient loadBalancerClient() {
            return new RibbonLoadBalancerClient(springClientFactory());
        }
    }

可以看到，RibbonAutoConfiguration装配完成后，会触发LoadBalancerAutoConfiguration的自动装配。

LoadBalancerAutoConfiguration，核心功能就是给RestTemplate装配Ribbon客户端，同时设置一个Ribbon拦截器LoadBalancerInterceptor：

    @Configuration(proxyBeanMethods = false)
    @ConditionalOnClass(RestTemplate.class)
    @ConditionalOnBean(LoadBalancerClient.class)
    @EnableConfigurationProperties(LoadBalancerRetryProperties.class)
    public class LoadBalancerAutoConfiguration {
    
      // 注意这里的LoadBalanced注解
        @LoadBalanced
        @Autowired(required = false)
        private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();
    
        @Autowired(required = false)
        private List<LoadBalancerRequestTransformer> transformers = Collections.emptyList();
    
      @Bean
        public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializerDeprecated(
                final ObjectProvider<List<RestTemplateCustomizer>> restTemplateCustomizers) {
            return () -> restTemplateCustomizers.ifAvailable(customizers -> {
                for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {
                    for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {
                        // 定制RestTemplate
                        customizer.customize(restTemplate);
                    }
                }
            });
        }
    
        @Bean
        @ConditionalOnMissingBean
        public LoadBalancerRequestFactory loadBalancerRequestFactory(
                LoadBalancerClient loadBalancerClient) {
            return new LoadBalancerRequestFactory(loadBalancerClient, this.transformers);
        }
    
      // 拦截器配置
        @Configuration(proxyBeanMethods = false)
        @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 restTemplate -> {
                    List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(
                            restTemplate.getInterceptors());
                    list.add(loadBalancerInterceptor);
            // 装配拦截器，拦截器里已经组装了Ribbon客户端
                    restTemplate.setInterceptors(list);
                };
            }
        }
    
        //...
    }

可以看到，最终组装出来的RestTemplate包含了一个LoadBalancerInterceptor拦截器，而拦截器里面又注入了默认的Ribbon客户端RibbonLoadBalancerClient。这样，当通过RestTemplate发送请求的时候，请求就会被拦截，然后就可以利用Ribbon来做负载均衡了。

2.2 请求拦截

当我们利用RestTemplate发起一个http请求时（比如restTemplate.getForObject()），这个请求首先会被LoadBalancerInterceptor拦截处理。我们来看下LoadBalancerInterceptor的源码，看看它拦截请求后到底做了哪些事情：

    public class LoadBalancerInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {
    
        private LoadBalancerClient loadBalancer;
        private LoadBalancerRequestFactory requestFactory;
    
        public LoadBalancerInterceptor(LoadBalancerClient loadBalancer, LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {
            this.loadBalancer = loadBalancer;
            this.requestFactory = requestFactory;
        }
    
        public LoadBalancerInterceptor(LoadBalancerClient loadBalancer) {
            this(loadBalancer, new LoadBalancerRequestFactory(loadBalancer));
        }
    
      // 拦截请求
        @Override
        public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
            final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
            // 1.获取请求URL，比如http://ServiceA/sayHello
            final URI originalUri = request.getURI();
            // 2.解析出服务名，比如ServiceA
            String serviceName = originalUri.getHost();
            Assert.state(serviceName != null, "Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);
            // 3.将请求封装成一个LoadBalancerRequest对象，然后根据服务名发起请求
            return this.loadBalancer.execute(serviceName, requestFactory.createRequest(request, body, execution));
        }
    }

其实内部逻辑非常简单：

  1. 解析URL，主要就是解析出要调用的服务名；
  2. 将原生的HttpRequest封装成一个LoadBalancerRequest对象，并交给Ribbon客户端（LoadBalancerClient）进行处理。

三、请求处理流程

从RestTemplate装配的流程可以知道，拦截器LoadBalancerInterceptor只是很薄的一层，它只是将请求交给LoadBalancerClient这个Ribbon客户端来处理。而Spring Cloud默认创建的Ribbon客户端是RibbonLoadBalancerClient。我们来看看它是如何处理请求的。

3.1 Riibbon客户端

RibbonLoadBalancerClient，是在Ribbon自动装配类RibbonAutoConfiguration中装配并注入到Spring容器的，它是默认Ribbon客户端：

    // RibbonAutoConfiguration.java
    
    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(LoadBalancerClient.class)
    public LoadBalancerClient loadBalancerClient() {
        return new RibbonLoadBalancerClient(springClientFactory());
    }

我们看下它的具体实现，里面包含了请求的整个处理流程：

    public class RibbonLoadBalancerClient implements LoadBalancerClient {
        private SpringClientFactory clientFactory;
    
        public RibbonLoadBalancerClient(SpringClientFactory clientFactory) {
            this.clientFactory = clientFactory;
        }
    
        // 构造真实请求URL，也就是替换服务名称为真正的host地址
        @Override
        public URI reconstructURI(ServiceInstance instance, URI original) {
            Assert.notNull(instance, "instance can not be null");
            // 获取应用（服务） 名称
            String serviceId = instance.getServiceId();
            RibbonLoadBalancerContext context = this.clientFactory.getLoadBalancerContext(serviceId);
            Server server = new Server(instance.getHost(), instance.getPort());
            IClientConfig clientConfig = clientFactory.getClientConfig(serviceId);
            ServerIntrospector serverIntrospector = serverIntrospector(serviceId);
            URI uri = RibbonUtils.updateToHttpsIfNeeded(original, clientConfig,
                    serverIntrospector, server);
            return context.reconstructURIWithServer(server, uri);
        }
    
        // 根据服务ID，选择一个Server
        @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));
        }
    
        @Override
        public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException {
            // 1.获取负载均衡调度器，默认是ZoneAwareLoadBalancer，在RibbonClientConfiguration中配置
            ILoadBalancer loadBalancer = getLoadBalancer(serviceId)
            // 2.根据负载均衡策略，获取一个Server
            Server server = getServer(loadBalancer);
            if (server == null) {
                throw new IllegalStateException("No instances available for " + serviceId);
            }
            RibbonServer ribbonServer = new RibbonServer(serviceId, server, isSecure(server,
                    serviceId), serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server));
    
            return execute(serviceId, ribbonServer, request);
        }
    
        protected ILoadBalancer getLoadBalancer(String serviceId) {
            // 这里通过SpringClientFactory获取，内部其实会给serviceId创建一个独立的子ApplicationContext
            return this.clientFactory.getLoadBalancer(serviceId);
        }
    
    
        @Override
        public <T> T execute(String serviceId, ServiceInstance serviceInstance, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException {
            Server server = null;
            if(serviceInstance instanceof RibbonServer) {
                server = ((RibbonServer)serviceInstance).getServer();
            }
            if (server == null) {
                throw new IllegalStateException("No instances available for " + serviceId);
            }
    
            RibbonLoadBalancerContext context = this.clientFactory.getLoadBalancerContext(serviceId);
            RibbonStatsRecorder statsRecorder = new RibbonStatsRecorder(context, server);
    
            try {
                // 3.发起调用
                T returnVal = request.apply(serviceInstance);
                statsRecorder.recordStats(returnVal);
                return returnVal;
            }
            catch (IOException ex) {
                statsRecorder.recordStats(ex);
                throw ex;
            }
            catch (Exception ex) {
                statsRecorder.recordStats(ex);
                ReflectionUtils.rethrowRuntimeException(ex);
            }
            return null;
        }
    
        private ServerIntrospector serverIntrospector(String serviceId) {
            ServerIntrospector serverIntrospector = this.clientFactory.getInstance(serviceId,
                    ServerIntrospector.class);
            if (serverIntrospector == null) {
                serverIntrospector = new DefaultServerIntrospector();
            }
            return serverIntrospector;
        }
    
        protected Server getServer(String serviceId) {
            return getServer(getLoadBalancer(serviceId));
        }
    
        protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer) {
            if (loadBalancer == null) {
                return null;
            }
            // 根据负载均衡策略选择一个Server
            return loadBalancer.chooseServer("default");
        }
    
        public static class RibbonServer implements ServiceInstance {
            private final String serviceId;
            private final Server server;
            private final boolean secure;
            private Map<String, String> metadata;
            //...
        }
    }

上述代码，处理流程如下：

  1. 根据应用（服务） 名称，获取一个负载均衡调度器，其实这里内部是通过SpringClientFactory获取的，默认为ZoneAwareLoadBalancer，并且每个serviceId对应一个独立的子ApplicationContext；
  2. 根据负载均衡策略选择一个Server；
  3. 将请求URL中的应用（服务） 名称替换成真实的host地址，并利用底层的HTTP通信组件发起调用。

四、总结

本章，我对Ribbon的整体工作流程进行了分析，上述流程中的核心是一个叫做ZoneAwareLoadBalancer的Ribbon调度管理器组件，我会在后续章节详细介绍它。

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