如何正确使用 Spring Cloud?【上】

IT老兵哥

如何更快地交付软件,每周、每天甚至每个小时向用户发布新特性?如何让新员工在入职后就能部署代码?在如此快的节奏下如何保证质量?快,我们应用开发面临的主要挑战,交付越快就越能紧密地收集到用户反馈,从而更有效地满足用户需求。

微服务、DevOps、云计算,业界应对“快”挑战的三大兵器,但其中任何一件都不是能轻松玩转的。微服务,在带来好处的同时,也引入了大量复杂度;DevOps,不仅要求团队文化、组织架构和研发流程做出调整,还对应用开发提出了新的要求;虚拟机、容器、镜像等新技术亟待学习,我们能快速跨越云计算这套技术栈吗?

Spring Cloud,它将帮我们填平横跨在应用开发与微服务、DevOps、云计算之间的沟壑,让我们轻松拥抱云上微服务,但你知道它是如何做到的吗?你对它有全面的了解吗?你知道如何正确使用它吗?新概念新技术层出不穷,让人云里雾里,你是否想拨开云雾对它们有更清晰的认知?磨刀不误砍柴工,赶快来看一看「IT老兵哥」写的系列文章,你将收获下列知识:

  • 微服务、DevOps、云计算的关系
  • Spring Boot 的设计原理
  • Spring Boot 集成了哪些常用套件
  • Spring Cloud 微服务全家桶有哪些
  • Spring Cloud 如何支持 DevOps
  • Spring Cloud 如何适配云基础设施
  • Spring Cloud 填空式应用开发模式

1. 微服务、DevOps、云计算之间的关系

随着互联网重构各行各业的速度不断加快,我们应用开发主要遭遇了哪些新的挑战?快,天下武功唯快不破,应用开发的速度也越来越快。软件研发流程运转越快,企业就能更快地交付软件,就能更紧密地收集用户反馈,从而更有效地满足用户需求,打造出更加优秀的产品,从而构筑起强大的竞争力,但:

  • 如何做到每周、每天甚至每个小时向客户发布新特性呢?
  • 如何让新员工在入职第一天甚至面试阶段就部署代码呢?
  • 在代码部署之后,如何确信应用运行正常而安然入睡呢?

这就是我们应用开发面临的主要挑战,微服务、DevOps、云计算是业界应对此挑战的三大法宝:

  • 微服务:互联网业务的复杂度和规模都在快速地增长,单体式应用很难满足这种发展需求,将应用程序分解成独立的微服务,每个微服务都能很好地完成一个小任务,化整为零。每个微服务可以选择最合适的技术和语言来开发,由小型团队创建和管理,彼此沟通成本较低,从而做到快速迭代。
  • DevOps:微服务解决了单个应用规模大、迭代速度慢、扩展变更难等问题,提升了应用开发的速度,但整体研发流程的效率还有待于提升,传统职能矩阵式的研发方式就不太适应了,需要以产品为线索打破不同职责团队之间的隔阂,开发运维一体化就应运而生了,做到持续集成和持续交付。
  • 云计算:微服务关注软件的开发期,云计算关注软件的运行期,DevOps 就是连通开发期和运行期。互联网业务的访问量都是海量的,而且存在波峰波谷,这就需要应用能够弹性伸缩,也就要求基础资源可以自动地创建和销毁,从而引出了虚拟机和容器等云计算技术。

上述三件宝物中的任何一件都不是轻轻松松就能玩转的,接下来我们分头来看一看,在掌握使用它们时会遇到哪些问题或困难:

  • 首先,应用架构从“单体式”演进到“微服务”,在拥抱“微服务”上我们会遇到什么困难呢?任何事物都有两面性,“微服务”也不例外,它在带来一些好处的同时,也引入了一些复杂度。相对于单体式架构,微服务在迭代速度、部署频率、系统性能、系统扩展性、技术栈多样性等方面更有利于快速交付,但在架构复杂度、部署难度、运维难度、问题定位、管理成本等方面都有不少新的挑战,那我们如何扬长避短真正拥抱“微服务”呢?
  • 再者,DevOps,开发运维一体化,在此基础上达到更高效地持续集成和持续交付。除了对企业文化、组织结构和流程系统提出了新的要求,DevOps 也要求我们应用开发做出新的调整。应用是否足够标准化?是否能够适用部署流水线?是否能够做到一键部署等等?
  • 最后,云计算,这是一种全新的 IT 基础设施,我们可以像使用水电一样使用计算、存储和网络等资源。虚拟机、容器、镜像等新技术需要我们熟悉和掌握,我们大家能否快速跨越云计算这套技术栈呢?我们的应用能否快速地迁移上云呢?怎样充分使用云计算的特性,让应用更具弹性,这些都是我们将要面临和解决的新挑战。

2. Spring、Spring Boot、Spring Cloud 之间的关系

现在我们已经初步清楚遇到了什么问题,接下来我们一起来看一下,Spring Cloud 是如何帮助我们应对这些挑战的?它会给应用开发带来哪些变化呢?我们人类文明的发展主要体现在分工合作上,就像水电成为基础设施之后,我们每家每户就不会自己生产水和电了,技术的发展也符合这个趋势,云计算就是将一些通用的、标准的技术纳入到基础设施范畴,让我们可以聚焦在业务领域,通过分工协作来提升交付的效率。Spring Cloud 也是遵循上述规则,从不同维度帮我们应用开发做了许多辅助工作,让应用开发变得更加简单。

Spring 作为应用开发框架已经存在很多年了,随着JAVA开发技术的不断发展丰富,Spring 的体量变得越来越大,配置使用也变得越来越复杂,尤其是云计算和微服务等新技术的出现,Spring Boot 和 Spring Cloud 应运而生了,新概念容易让人困惑,我们有必要厘清它们彼此的关系:

2.1 Spring

Spring Framework,一个开源 Java/Java EE 全功能栈的应用开发框架,包含了展示层、领域层、数据层等主流的技术框架:

1)核心容器(Core Container)

Spring-Core:核心工具类,Spring其他模块大量使用Spring-Core;
Spring-Beans:Spring定义Bean的支持;
Spring-Context:运行时Spring容器;
Spring-Context-Support:Spring容器对第三方包的集成支持;
Spring-Expression:使用表达式语言在运行时查询和操作对象;

2)AOP

Spring-AOP:基于代理的AOP支持;
Spring-Aspects:基于AspectJ的AOP支持;

3)消息(Messaging)

spring-Messaging:对消息架构和协议的支持。

4)Web

Spring-Web:提供基础的Web集成的功能,在Web项目中提供Spring的容器;
Spring-WebMVC:提供基于Servlet的Spring MVC;
Spring-WebSocket:提供WebSocket功能;
Spring-WebMVC-Portlet:提供Portlet环境支持;

5)数据访问/集成(Data Access/Integration)

Spring-JDBC:提供以JDBC访问数据库的支持;
Spring-TX:提供编程式和声明式的事务支持;
Spring-ORM:提供对对象/关系映射技术的支持;
Spring-OXM:提供对对象/XML映射技术的支持;
Spring-JMS:提供对JMS的支持;

除此之外,围绕着 Spring Framework 已经形成一个庞大的生态圈,包含 Spring Data、Spring Batch、Spring Security、Spring Integration、Spring AMQP、Spring Mobile、Spring for Android、Spring Web Flow、Spring Shell 等顶级子项目,通过复用让开发者可以快速开发业务应用。

2.2 Spring Boot

Spring Boot 对 Spring 做了一层简单包装,简化了 Spring 应用的开发,通过编写少量的代码就能搭建一个简单的应用。它秉持默认约定大于配置的理念,简化了原本复杂的配置文件,为 Spring 和第三方库提供开箱即用的设置,提供一套快速开发单个微服务的脚手架,让我们上手和开发更加方便高效。

2.3 Spring Cloud

一套分布式服务治理的框架,为我们提供分布式服务所依赖的配置中心、服务注册发现、断路器、负载均衡、微代理、消息总线、数据监控等套件。Spring Boot 是 Spring 的快速配置脚手架,我们可以基于 Spring Boot 快速开发单个微服务,Spring Cloud 是基于 Spring Boot 的微服务开发套装;Spring Boot 专注于快速地开发单个微服务,Spring Cloud 关注全局的服务治理框架。

Spring 没有重复发明轮子,它只是将目前各家公司比较成熟、经过考验的服务框架组合起来,通过 Spring Boot 封装屏蔽了复杂的配置和实现原理,最终给开发者提供了一套简单易懂、易部署和易维护的分布式系统开发工具包。微服务是可以独立部署、水平扩展、独立访问的服务单元,Spring Cloud 就是这些微服务的大管家,微服务架构下组件的数量会非常多,Spring Cloud 需要提供各种方案来管理整个生态。Spring Boot 可以不依赖 Spring Cloud 独立使用,但是 Spring Cloud 离不开 Spring Boot,它们的依赖关系就是:

Spring -> Spring Boot > Spring Cloud

3. Spring 集成了哪些常用组件?

从 2004 年发布 1.0 版本开始,Spring 目前已经演进至 5.x 版本了,为不同时期的应用开发提供了强有力的支撑。现在我们正面对微服务、DevOps、云计算这些新的挑战,Spring 家族的新生力量 Spring Cloud 又将给我们提供哪些方面的支撑呢?概括起来说,我觉得主要分为四类:

  • 在单个微服务的构建上,它提供了一套应用开发框架,主体是基于 Spring Framework 这个生态的开源产品。
  • 在水平维度服务集成上,它以 Starter 的方式集成了大量常用组件和微服务全家桶,达到开箱即用,降低我们开发微服务的难度,提升效率,避免重复投入。
  • 在垂直维度资源调度上,它可以跟 Cloud Foundry、Kubernetes、Docker 等平滑集成,让应用上云更加简单,让资源调度变得更加智能高效,让应用具备更大的弹性。
  • 在研发流程全线连通上,它可以跟 DevOps 相关系统做一些配合和优化,以便应用能够更加顺畅地通过各个研发环节,让持续集成、持续交付更加高效。

接下来,我们将展开每个点来看一看。首先,我们来看一下它究竟集成了一些什么样的常用组件:

  • 监控服务类,包括主机监控(Vector)、应用监控(Actuator)等;
  • 存储服务类,包括关系型数据库(MySQL)、文档型数据库(MangoDB)、内存型数据库(Redis)等;
  • 消息服务类,包括 ActiveMQ、RocketMQ、Kafka 等;
  • 安全服务类,包括 OAuth2.0、JWT 等。

本文主要价值是帮助大家梳理出 Spring Cloud 相关的知识框架,也就是我们常说的全局视角或者上帝视角。有了这个框架之后,我们可以根据自己的需要按图索骥找相关节点的资料来研究学习,不至于陷入细节找不到方向。当然,考虑到我们每个人的工作学习情况不同,平时遇到的问题也不同,本文内容无法覆盖所有人遇到的问题,请大家留言提问。

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