透彻理解Apache Dubbo（一）——整体架构

可扩展，分布式系统的一个基本要求。业务系统在从单体架构向集群架构演进的过程中，需要通过负载均衡技术，将流量尽可能均摊到集群中的每台机器上，以此克服单台机器硬件资源的限制，做到横向扩展。

Apache Dubbo就是一款高性能、轻量级的开源 Java RPC 框架，提供了以下核心能力：

• 面向接口的远程方法调用；
• 可靠、智能的容错和负载均衡；
• 服务自动注册和发现能力。

从本系列开始，我将对阿里巴巴开源的这款分布式RPC框架进行深入分析，具体来说，我会：

• 首先，我会从整体到局部的方式，介绍Dubbo的整体架构、核心知识点；
• 接着，我会自底向上剖析 Dubbo 源码，深入分析 Dubbo 的工作原理及核心实现；
• 在此期间，我会实现一个RPC框架的demo，帮助大家更好的理解。

Apache Dubbo 目前刚刚发布了3.0 Preview版本，还没有被业界公司运用，所以，本系列我基于Dubbo 2.7.7 版本对其源码进行分析。RPC 框架的核心原理和设计都是相通的，阅读过 Dubbo 2.X源码之后，你再去阅读3.X版本或其他 RPC 框架的代码，就是触类旁通而已。

一、整体架构

我们先来看看Dubbo的基本架构：

• Registry：注册中心。 负责服务注册与查找，服务提供者 Provider 和服务消费者 Consumer 只在启动时与注册中心交互。注册中心通过长连接感知 Provider 的存在，当 Provider 宕机时，注册中心会立即推送相关事件通知 Consumer；
• Provider：服务提供者。 启动时，会向 Registry 进行注册，将自己的服务地址和配置信息封装成 URL 添加到 ZooKeeper 中；
• Consumer：服务消费者。 启动时，会向 Registry 进行订阅操作。订阅操作会从注册中心获取 Provider 注册的 URL，并在注册中心中添加相应的监听器。获取到 Provider URL 之后，Consumer 会根据负载均衡算法从多个 Provider 中选择一个并与其建立连接，最后发起对 Provider 的 RPC 调用。 如果 Provider URL 发生变更，Consumer 将会通过之前订阅过程中在注册中心添加的监听器，获取到最新的 Provider URL 信息，进行相应的调整，比如断开与宕机 Provider 的连接，并与新的 Provider 建立连接。Consumer 与 Provider 建立的是长连接，且 Consumer 会缓存 Provider 信息，所以一旦连接建立，即使注册中心宕机，也不会影响已运行的 Provider 和 Consumer；
• Monitor：监控中心。 用于统计服务的调用次数和调用时间。Provider 和 Consumer 在运行过程中，会在内存中统计调用次数和调用时间，每分钟发送一次统计数据到监控中心。监控中心并不是必要角色，宕机只会丢失监控数据而已。

1.1 连通性

• 注册中心负责服务地址的注册与查找，相当于目录服务，服务提供者和消费者只在启动时与注册中心交互，注册中心不转发请求，压力较小；
• 监控中心负责统计各服务调用次数，调用时间等，统计先在内存汇总后每分钟一次发送到监控中心服务器，并以报表展示；
• 服务提供者向注册中心注册其提供的服务，并汇报调用时间到监控中心，此时间不包含网络开销；
• 服务消费者向注册中心获取服务提供者地址列表，并根据负载算法直接调用提供者，同时汇报调用时间到监控中心，此时间包含网络开销；
• 注册中心，服务提供者，服务消费者三者之间均为 长连接 ，监控中心除外；
• 注册中心通过长连接感知服务提供者的存在，服务提供者宕机，注册中心将立即推送事件通知消费者；
• 注册中心和监控中心全部宕机，不影响已运行的提供者和消费者，消费者在本地缓存了提供者列表；
• 注册中心和监控中心都是可选的，服务消费者可以直连服务提供者。

1.2 高可用

• 监控中心宕掉不影响使用，只是丢失部分采样数据；
• 注册中心对等集群，任意一台宕掉后，将自动切换到另一台；
• 注册中心全部宕掉后，服务提供者和服务消费者仍能通过本地缓存通讯；
• 服务提供者无状态，任意一台宕掉后，不影响使用；
• 服务提供者全部宕掉后，服务消费者应用将无法使用，并无限次重连等待服务提供者恢复。

1.3 可扩展

• 注册中心为对等集群，可动态增加机器部署实例，所有客户端将自动发现新的注册中心；
• 服务提供者无状态，可动态增加机器部署实例，注册中心将推送新的服务提供者信息给消费者。

关于Apache Dubbo的整体架构我不作其它赘述了，因为本专栏并不是讲解Dubbo的入门使用，关于这方面的内容，建议读者直接参考Apache Dubbo的官方文档：https://dubbo.apache.org/zh/docsv2.7/user/preface/architecture/。

二、源码环境

本节，我先搭建好Dubbo的源码环境，为后续源码阅读作铺垫。

首先，clone代码并切换到2.7.7分支：

    git clone https://github.com/apache/dubbo.git
    git checkout -b dubbo-2.7.7 dubbo-2.7.7

接着，执行Maven命令进行编译：

    mvn clean -Dmaven.test.skip=true install

然后，执行下面的命令转换成 IDEA 项目：

    mvn idea:idea

最后，使用Intellij Idea导入工程：

2.1 模块说明

我对上述Dubbo源码工程的几个核心模块进行说明：

• dubbo-common： 公共模块。包含很多工具类以及公共逻辑，例如Dubbo SPI 实现、时间轮、动态编译器等；

  

• dubbo-remoting： 远程通信模块。其中的子模块依赖各种开源组件实现远程通信。在 dubbo-remoting-api 子模块中定义该模块的抽象概念，在其他子模块中依赖其他开源组件进行实现，例如dubbo-remoting-netty 子模块依赖 Netty 实现远程通信，dubbo-remoting-zookeeper 通过 Apache Curator 实现与 ZooKeeper 集群的交互；

  

• dubbo-rpc： 远程调用协议模块。其中抽象了各种协议，依赖于 dubbo-remoting 模块的远程调用功能。dubbo-rpc-api 子模块是核心抽象，其他子模块是针对具体协议的实现，例如，dubbo-rpc-dubbo 子模块是对 Dubbo 协议的实现，依赖了 dubbo-remoting-netty 等 dubbo-remoting 子模块。 dubbo-rpc 模块的实现中只包含一对一的调用，不关心集群的相关内容；

  

• dubbo-cluster： 集群管理模块。提供了负载均衡、容错、路由等一系列集群相关的功能，最终的目的是将多个 Provider 伪装为一个 Provider，这样 Consumer 就可以像调用一个 Provider 那样调用 Provider 集群了；

• dubbo-registry： 注册中心模块。提供了注册中心的能力。其中， dubbo-registry-api 子模块是顶层抽象，其他子模块是针对具体开源注册中心组件的具体实现，例如，dubbo-registry-zookeeper 子模块是 Dubbo 接入 ZooKeeper 的具体实现；

  

• dubbo-monitor ： 监控模块。用于统计服务调用次数、调用时长以及实现调用链跟踪的服务；

• dubbo-config： 配置模块。dubbo-config-api 子模块负责处理 API 方式使用时的相关配置，dubbo-config-spring 子模块负责处理与 Spring 集成使用时的相关配置方式。有了 dubbo-config 模块，用户只需要了解 Dubbo 配置的规则即可，无须了解 Dubbo 内部的细节；

  

• dubbo-metadata： 元数据模块；

  

• dubbo-configcenter： 配置中心模块。负责从配置中心动态获取配置，以及服务治理规则的存储与通知，提供了多个子模块用来接入多种开源配置中心；

  

2.2 源码示例

Dubbo 源码中的dubbo-demo模块，有三个Dubbo 示例项目：

• 使用Spring XML 配置的 Demo 示例；
• 使用 Spring 注解配置的 Demo 示例；
• 使用 非Spring 项目 的 Demo 示例。

接着来，我结合这三个示例，介绍 Dubbo 的基本使用。同时，将这三个项目作为后续分析和Debug Dubbo 源码的入口。

上述的dubbo-demo-interface定义了服务提供方的接口存根。

dubbo-demo-xml

dubbo-demo-xml工程展示了如何通过Spring XML配置来使用Dubbo。

服务提供方

我们先来看服务提供方的使用，示例定义在子模块dubbo-demo-xml-provider中：

    public class Application {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 启动一个Spring容器
            ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring/dubbo-provider.xml");
            context.start();
            System.in.read();
        }
    }

Spring容器启动后，会去classpath加载dubbo配置文件dubbo-provider.xml：

    <beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
           xmlns:dubbo="http://dubbo.apache.org/schema/dubbo"
           xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
           xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-4.3.xsd
           http://dubbo.apache.org/schema/dubbo http://dubbo.apache.org/schema/dubbo/dubbo.xsd">
    
        <dubbo:application metadata-type="remote" name="demo-provider"/>
        <!-- 注册中心配置 -->
        <dubbo:metadata-report address="zookeeper://127.0.0.1:2181"/>
        <dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"/>
    
        <!-- 请求协议配置 -->
        <dubbo:protocol name="dubbo"/>
    
        <!-- 服务提供方定义 -->
        <bean id="demoService" class="org.apache.dubbo.demo.provider.DemoServiceImpl"/>
        <dubbo:service interface="org.apache.dubbo.demo.DemoService" ref="demoService"/>
    </beans>

上面定义了一个DemoService服务提供方，并注入了Spring容器：

    public interface DemoService {
        String sayHello(String name);
    }

    @Service    // 注意，这个是Dubbo的注解：org.apache.dubbo.config.annotation.Service
    public class DemoServiceImpl implements DemoService {
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DemoServiceImpl.class);
    
        @Override
        public String sayHello(String name) {
            logger.info("Hello " + name + ", request from consumer: " + RpcContext.getContext().getRemoteAddress());
            return "Hello " + name + ", response from provider: " + RpcContext.getContext().getLocalAddress();
        }
    }

服务消费方

再来看服务消费方的使用，示例定义在子模块dubbo-demo-xml-consumer中：

    public class Application {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 启动一个Spring容器
            ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring/dubbo-consumer.xml");
            context.start();
    
            // RPC调用
            DemoService demoService = context.getBean("demoService", DemoService.class);
            CompletableFuture<String> hello = demoService.sayHelloAsync("world");
            System.out.println("result: " + hello.get());
        }
    }

Spring容器启动后，会去classpath加载dubbo配置文件dubbo-consumer.xml：

    <beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
           xmlns:dubbo="http://dubbo.apache.org/schema/dubbo"
           xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
           xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-4.3.xsd
           http://dubbo.apache.org/schema/dubbo http://dubbo.apache.org/schema/dubbo/dubbo.xsd">
    
        <dubbo:application name="demo-consumer"/>
        <!-- 注册中心配置 -->
        <dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"/>
        <!-- 服务调用引用 -->
        <dubbo:reference id="demoService" check="false" interface="org.apache.dubbo.demo.DemoService"/>
    </beans>

dubbo-demo-annotation

dubbo-demo-annotation工程展示了如何通过Spring 注解来使用Dubbo。

服务提供方

我们先来看服务提供方的使用，示例定义在子模块dubbo-demo-annotation-provider中：

    public class Application {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            // 启动一个Spring容器
            AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ProviderConfiguration.class);
            context.start();
            System.in.read();
        }
    
        @Configuration
        @EnableDubbo(scanBasePackages = "org.apache.dubbo.demo.provider")
        @PropertySource("classpath:/spring/dubbo-provider.properties")
        static class ProviderConfiguration {
            @Bean
            public RegistryConfig registryConfig() {
                RegistryConfig registryConfig = new RegistryConfig();
                registryConfig.setAddress("zookeeper://127.0.0.1:2181");
                return registryConfig;
            }
        }
    }

上述服务提供方应用启动后，会去扫描org.apache.dubbo.demo.provider包下的所有服务提供方，注入到容器中：

    @Service
    public class DemoServiceImpl implements DemoService {
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DemoServiceImpl.class);
    
        @Override
        public String sayHello(String name) {
            logger.info("Hello " + name + ", request from consumer: " + RpcContext.getContext().getRemoteAddress());
            return "Hello " + name + ", response from provider: " + RpcContext.getContext().getLocalAddress();
        }
    }

dubbo-provider.properties定义了Dubbo的服务提供方配置：

    dubbo.application.name=dubbo-demo-annotation-provider
    dubbo.protocol.name=dubbo
    dubbo.protocol.port=20880

服务消费方

再来看服务消费方的使用，示例定义在子模块dubbo-demo-annotation-consumer中：

    public class Application {
        public static void main(String[] args) {
            // 启动一个Spring容器
            AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ConsumerConfiguration.class);
            context.start();
    
            // 发起RPC调用
            DemoService service = context.getBean("demoServiceComponent", DemoServiceComponent.class);
            String hello = service.sayHello("world");
            System.out.println("result :" + hello);
        }
    
        @Configuration
        @EnableDubbo(scanBasePackages = "org.apache.dubbo.demo.consumer.comp")
        @PropertySource("classpath:/spring/dubbo-consumer.properties")
        @ComponentScan(value = {"org.apache.dubbo.demo.consumer.comp"})
        static class ConsumerConfiguration {
        }
    }

上述服务消费方应用启动后，会去扫描org.apache.dubbo.demo.consumer.comp包下的所有服务消费方，注入到容器中：

    @Component("demoServiceComponent")
    public class DemoServiceComponent implements DemoService {
        @Reference
        private DemoService demoService;
    
        @Override
        public String sayHello(String name) {
            return demoService.sayHello(name);
        }
    }

dubbo-consumer.properties定义了Dubbo的服务消费方配置：

    dubbo.application.name=dubbo-demo-annotation-consumer
    dubbo.registry.address=zookeeper://127.0.0.1:2181

dubbo-demo-api

dubbo-demo-api 工程展示了如何在那些未使用Spring框架的应用中，通过原生API的方式使用Dubbo。

服务提供方

我们先来看服务提供方的使用，示例定义在子模块dubbo-demo-api-provider中：

    public class Application {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            startWithBootstrap();
        }
    
        private static void startWithBootstrap() {
            ServiceConfig<DemoServiceImpl> service = new ServiceConfig<>();
            service.setInterface(DemoService.class);
            service.setRef(new DemoServiceImpl());
    
            DubboBootstrap bootstrap = DubboBootstrap.getInstance();
            bootstrap.application(new ApplicationConfig("dubbo-demo-api-provider"))
                    .registry(new RegistryConfig("zookeeper://127.0.0.1:2181"))
                    .service(service)
                    .start()
                    .await();
        }
    }

    public class DemoServiceImpl implements DemoService {
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DemoServiceImpl.class);
    
        @Override
        public String sayHello(String name) {
            logger.info("Hello " + name + ", request from consumer: " + RpcContext.getContext().getRemoteAddress());
            return "Hello " + name + ", response from provider: " + RpcContext.getContext().getLocalAddress();
        }
    }

服务消费方

再来看服务消费方的使用，示例定义在子模块dubbo-demo-api-consumer中：

    public class Application {
        public static void main(String[] args) {
            runWithBootstrap();
        }
    
        private static void runWithBootstrap() {
            ReferenceConfig<DemoService> reference = new ReferenceConfig<>();
            reference.setInterface(DemoService.class);
            reference.setGeneric("true");
    
            DubboBootstrap bootstrap = DubboBootstrap.getInstance();
            bootstrap.application(new ApplicationConfig("dubbo-demo-api-consumer"))
                    .registry(new RegistryConfig("zookeeper://127.0.0.1:2181"))
                    .reference(reference)
                    .start();
    
            // 发起RPC调用
            DemoService demoService = ReferenceConfigCache.getCache().get(reference);
            String message = demoService.sayHello("dubbo");
            System.out.println(message);
    
            // 泛型调用
            GenericService genericService = (GenericService) demoService;
            Object genericInvokeResult = genericService.$invoke("sayHello", new String[] { String.class.getName() },
                    new Object[] { "dubbo generic invoke" });
            System.out.println(genericInvokeResult);
        }
    }

三、总结

本章，我对Apache Dubbo的整体逻辑架构进行了简单分析，并搭建完了Dubbo源码研发环境，介绍了Dubbo的几种不同的使用方式。从下一章开始，我将对Dubbo的源码进行分析。

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