java开发Dubbo负载均衡与集群容错示例详解

目录

• 负载均衡与集群容错
• Invoker
• 服务目录
• RegistryDirectory
• 获取Invoker列表
• 监听注册中心
• 刷新Invoker列表
• StaticDirectory
• 服务路由
• Cluster
• FailoverClusterInvoker
• FailfastClusterInvoker
• FailsafeClusterInvoker
• FailbackClusterInvoker
• ForkingClusterInvoker
• BroadcastClusterInvoker
• AbstractClusterInvoker
• 小结
• 负载均衡
• AbstractLoadBalance
• RandomLoadBalance
• LeastActiveLoadBalance
• ConsistentHashLoadBalance
• RoundRobinLoadBalance
• 总结

负载均衡与集群容错

Invoker

在Dubbo中Invoker就是一个具有调用功能的对象，在服务提供端就是实际的服务实现，只是将服务实现封装起来变成一个Invoker。

在服务消费端，从注册中心得到服务提供者的信息之后，将一条条信息封装为Invoker，这个Invoker就具备了远程调用的能力。

综上，Dubbo就是创建了一个统一的模型，将可调用（可执行体）的服务对象都统一封装为Invoker。

而ClusterInvoker就是将多个服务引入的Invoker封装起来，对外统一暴露一个Invoker，并且赋予这些Invoker集群容错的功能。

服务目录

服务目录，即Directory，实际上它就是多个Invoker的集合，服务提供端一般都会集群分布，同样的服务会有多个提供者，因此需要一个服务目录来统一存放它们，需要调用服务的时候便从这个服务目录中进行挑选。

同时服务目录还是实现了NotifyListener接口，当集群中新增了一台服务提供者或者下线了一台服务提供者，目录都会对服务提供者进行更新，新增或者删除对应的Invoker。

从上图中，可以看到用了一个抽象类AbstractDirectory来实现 Directory接口，抽象类中运用到了模板方法模式，将一些公共方法和逻辑写好，作为一个骨架，然后具体实现由了两个子类来完成，两个子类分别为StaticDirectory和RegistryDirectory。

RegistryDirectory

RegistryDirectory实现了NotifyListener接口，可以监听注册中心的变化，当注册中心配置发生变化时，服务目录也可以收到变更通知，然后根据更新之后的配置刷新Invoker列表。

由此可知RegistryDirectory共有三个作用：

获取Invoker列表监听注册中心刷新Invoker列表

获取Invoker列表

RegistryDirectory实现了父类AbstractDirectory的抽象方法doList()，该方法可以得到Invoker列表

public List<Invoker<T>> doList(Invocation invocation) {
    if (this.forbidden) {
        throw new RpcException(....);
    } else {
        List<Invoker<T>> invokers = null;
        Map<String, List<Invoker<T>>> localMethodInvokerMap = this.methodInvokerMap;	//获取方法调用名和Invoker的映射表
        if (localMethodInvokerMap != null && localMethodInvokerMap.size() > 0) {
            String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
            Object[] args = RpcUtils.getArguments(invocation);
            //以下就是根据方法名和方法参数获取可调用的Invoker
            if (args != null && args.length > 0 && args[0] != null && (args[0] instanceof String || args[0].getClass().isEnum())) {
                invokers = (List)localMethodInvokerMap.get(methodName + "." + args[0]);
            }
            if (invokers == null) {
                invokers = (List)localMethodInvokerMap.get(methodName);
            }
            if (invokers == null) {
                invokers = (List)localMethodInvokerMap.get("*");
            }
            if (invokers == null) {
                Iterator<List<Invoker<T>>> iterator = localMethodInvokerMap.values().iterator();
                if (iterator.hasNext()) {
                    invokers = (List)iterator.next();
                }
            }
        }
        return (List)(invokers == null ? new ArrayList(0) : invokers);
    }
}

监听注册中心

通过实现NotifyListener接口可以感知注册中心的数据变更。

RegistryDirectory定义了三个集合invokerUrls routerUrls configuratorUrls分别处理对应的配置然后转化成对象。

public synchronized void notify(List<URL> urls) {
    List<URL> invokerUrls = new ArrayList();
    List<URL> routerUrls = new ArrayList();
    List<URL> configuratorUrls = new ArrayList();
    Iterator i$ = urls.iterator();
    while(true) {
        while(true) {
            while(i$.hasNext()) {
				//....根据urls填充上述三个列表
            }
            if (configuratorUrls != null && !configuratorUrls.isEmpty()) {
                this.configurators = toConfigurators(configuratorUrls);		//根据urls转化为configurators配置
            }
            List localConfigurators;
            if (routerUrls != null && !routerUrls.isEmpty()) {
                localConfigurators = this.toRouters(routerUrls);
                if (localConfigurators != null) {
                    this.setRouters(localConfigurators);		//根据urls转化为routers配置
                }
            }
            localConfigurators = this.configurators;
            this.overrideDirectoryUrl = this.directoryUrl;
            Configurator configurator;
            if (localConfigurators != null && !localConfigurators.isEmpty()) {
                for(Iterator i$ = localConfigurators.iterator(); i$.hasNext(); this.overrideDirectoryUrl = configurator.configure(this.overrideDirectoryUrl)) {
                    configurator = (Configurator)i$.next();
                }
            }
            this.refreshInvoker(invokerUrls);		//根据invokerUrls刷新invoker列表
            return;
        }
    }
}

刷新Invoker列表

private void refreshInvoker(List<URL> invokerUrls) {
    //如果invokerUrls只有一个URL并且协议是empty，那么清除所有invoker
    if (invokerUrls != null && invokerUrls.size() == 1 && invokerUrls.get(0) != null && "empty".equals(((URL)invokerUrls.get(0)).getProtocol())) {
        this.forbidden = true;
        this.methodInvokerMap = null;
        this.destroyAllInvokers();
    } else {
        this.forbidden = false;
        Map<String, Invoker<T>> oldUrlInvokerMap = this.urlInvokerMap;		//获取旧的Invoker列表
        if (invokerUrls.isEmpty() && this.cachedInvokerUrls != null) {
            invokerUrls.addAll(this.cachedInvokerUrls);
        } else {
            this.cachedInvokerUrls = new HashSet();
            this.cachedInvokerUrls.addAll(invokerUrls);
        }
        if (invokerUrls.isEmpty()) {
            return;
        }
	    //根据URL生成InvokerMap
        Map<String, Invoker<T>> newUrlInvokerMap = this.toInvokers(invokerUrls);
        //根据新的InvokerMap生成方法名和Invoker列表对应的Map
        Map<String, List<Invoker<T>>> newMethodInvokerMap = this.toMethodInvokers(newUrlInvokerMap);
        if (newUrlInvokerMap == null || newUrlInvokerMap.size() == 0) {
            logger.error(new IllegalStateException("urls to invokers error .invokerUrls.size :" + invokerUrls.size() + ", invoker.size :0. urls :" + invokerUrls.toString()));
            return;
        }
        this.methodInvokerMap = this.multiGroup ? this.toMergeMethodInvokerMap(newMethodInvokerMap) : newMethodInvokerMap;
        this.urlInvokerMap = newUrlInvokerMap;

        try {
            this.destroyUnusedInvokers(oldUrlInvokerMap, newUrlInvokerMap);		//销毁无效的Invoker
        } catch (Exception var6) {
            logger.warn("destroyUnusedInvokers error. ", var6);
        }
    }
}

上述操作就是根据invokerUrls数量以及协议头是否为empty来判断是否禁用所有invokers，如果不禁用的话将invokerUrls转化为Invoker，并且得到<url,Invoker>的映射关系。

再进一步进行转化，得到<methodName,List>的映射关系，再将同一组的Invoker进行合并，将合并结果赋值给methodInvokerMap，这个methodInvokerMap就是在doList中使用到的Map。

最后刷新InvokerMap，销毁无效的Invoker。

StaticDirectory

StaticDirectory是静态目录，所有Invoker是固定的不会删减的，并且所有Invoker由构造器来传入。

内部逻辑也相当简单，只定义了一个列表用于存储Invokers。实现父类的方法也只是将这些Invokers原封不动地返回。

private final List<Invoker<T>> invokers;

protected List<Invoker<T>> doList(Invocation invocation) throws RpcException {
    return this.invokers;
}

服务路由

服务路由规定了服务消费者可以调用哪些服务提供者，Dubbo常用的是条件路由ConditionRouter。

条件路由由两个条件组成，格式为[服务消费者匹配条件] => [服务提供者匹配条件]，例如172.26.29.15 => 172.27.19.89规定了只有IP为172.26.29.15的服务消费者才可以访问IP为172.27.19.89的服务提供者，不可以调用其他的服务。

路由一样是通过RegistryDirectory中的notify()更新的，在调用toMethodInvokers()的时候会进行服务器级别的路由和方法级别的路由。

Cluster

在前面的流程中我们已经通过Directory获取了服务目录，并且通过路由获取了一个或多个Invoker，但是对于服务消费者还是需要进行选择，筛选出一个Invoker进行调用。

Dubbo默认的Cluster实现有多种，如下：

FailoverClusterFailfastClusterFailsafeClusterFailbackClusterBroadcastClusterAvailableCluster

每个Cluster内部返回的都是xxxClusterInvoker，例如FailoverCluster：

public class FailoverCluster implements Cluster {
    public static final String NAME = "failover";
    public FailoverCluster() {
    }
    public <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException {
        return new FailoverClusterInvoker(directory);
    }
}

FailoverClusterInvoker

FailoverClusterInvoker实现的功能是失败调用(有重试次数)自动切换。

public Result doInvoke(Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    List<Invoker<T>> copyinvokers = invokers;
    this.checkInvokers(invokers, invocation);
    //重试次数
    int len = this.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), "retries", 2) + 1;
    if (len <= 0) {
        len = 1;
    }
    RpcException le = null;
    List<Invoker<T>> invoked = new ArrayList(invokers.size());
    Set<String> providers = new HashSet(len);

    //根据重试次数循环调用
    for(int i = 0; i < len; ++i) {
        if (i > 0) {
            this.checkWhetherDestroyed();
            copyinvokers = this.list(invocation);
            this.checkInvokers(copyinvokers, invocation);
        }
        //负载均衡筛选出一个Invoker作本次调用
        Invoker<T> invoker = this.select(loadbalance, invocation, copyinvokers, invoked);
        //将使用过的Invoker保存起来，下次重试时做过滤用
        invoked.add(invoker);
        //记录到上下文中
        RpcContext.getContext().setInvokers(invoked);
        try {
            //发起调用
            Result result = invoker.invoke(invocation);
            if (le != null && logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("....");
            }

            Result var12 = result;
            return var12;
        } catch (RpcException var17) {	//catch异常 继续下次循环重试
            if (var17.isBiz()) {
                throw var17;
            }

            le = var17;
        } catch (Throwable var18) {
            le = new RpcException(var18.getMessage(), var18);
        } finally {
            providers.add(invoker.getUrl().getAddress());
        }
    }

    throw new RpcException(....);
}

上述方法中，首先获取重试次数len，根据重试次数进行循环调用，调用发生异常会被catch住，然后重新调用。

每次循环会通过负载均衡选出一个Invoker，然后利用这个Invoker进行远程调用，每次选出的Invoker会记录下来，在下次调用的select()中会将使用上次调用的Invoker进行重试，如果上一次没有调用或者上次调用的Invoker下线了，那么会重新进行负载均衡进行选择。

FailfastClusterInvoker

FailfastClusterInvoker只会进行一次远程调用，如果失败后立马抛出异常。

public Result doInvoke(Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    this.checkInvokers(invokers, invocation);
    Invoker invoker = this.select(loadbalance, invocation, invokers, (List)null);	//负载均衡选择Invoker

    try {
        return invoker.invoke(invocation);		//发起远程调用
    } catch (Throwable var6) {	//失败调用直接将错误抛出
        if (var6 instanceof RpcException && ((RpcException)var6).isBiz()) {
            throw (RpcException)var6;
        } else {
            throw new RpcException(....);
        }
    }
}

FailsafeClusterInvoker

FailsafeClusterInvoker是一种安全失败的cluster，调用发生错误仅仅是记录一下日志，然后就返回了空结果。

public Result doInvoke(Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    try {
        this.checkInvokers(invokers, invocation);
        //负载均衡选出Invoker后直接进行调用
        Invoker<T> invoker = this.select(loadbalance, invocation, invokers, (List)null);
        return invoker.invoke(invocation);
    } catch (Throwable var5) {	//调用错误只是打印日志
        logger.error("Failsafe ignore exception: " + var5.getMessage(), var5);
        return new RpcResult();
    }
}

FailbackClusterInvoker

FailbackClusterInvoker调用失败后，会记录下本次调用，然后返回一个空结果给服务消费者，并且会通过一个定时任务对失败的调用进行重试。适用于执行消息通知等最大努力场景。

protected Result doInvoke(Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    try {
        this.checkInvokers(invokers, invocation);
        //负载均衡选出Invoker
        Invoker<T> invoker = this.select(loadbalance, invocation, invokers, (List)null);
        //执行调用，执行成功返回调用结果
        return invoker.invoke(invocation);
    } catch (Throwable var5) {
        //调用失败
        logger.error("....");
        //记录下本次失败调用
        this.addFailed(invocation, this);
        //返回空结果
        return new RpcResult();
    }
}
private void addFailed(Invocation invocation, AbstractClusterInvoker<?> router) {
    if (this.retryFuture == null) {
        synchronized(this) {
            //如果未创建重试本次调用的定时任务
            if (this.retryFuture == null) {
                //创建定时任务
                this.retryFuture = this.scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            //定时进行重试
                            FailbackClusterInvoker.this.retryFailed();
                        } catch (Throwable var2) {
                            FailbackClusterInvoker.logger.error("....", var2);
                        }

                    }
                }, 5000L, 5000L, TimeUnit.MILLISECONDS);
            }
        }
    }
    //将invocation和router存入map
    this.failed.put(invocation, router);
}
void retryFailed() {
    if (this.failed.size() != 0) {
        Iterator i$ = (new HashMap(this.failed)).entrySet().iterator();
        while(i$.hasNext()) {
            Entry<Invocation, AbstractClusterInvoker<?>> entry = (Entry)i$.next();
            Invocation invocation = (Invocation)entry.getKey();
            Invoker invoker = (Invoker)entry.getValue();
            try {
                //进行重试调用
                invoker.invoke(invocation);
                //调用成功未产生异常则移除本次失败调用的记录，销毁定时任务
                this.failed.remove(invocation);
            } catch (Throwable var6) {
                logger.error("....", var6);
            }
        }

    }
}

逻辑比较简单，大致就是当调用错误时返回空结果，并记录下本次失败调用到failed<invocation,router>中，并且会创建一个定时任务定时地去调用failed中记录的失败调用，如果调用成功了就从failed中移除这个调用。

ForkingClusterInvoker

ForkingClusterInvoker运行时，会将所有Invoker都放入线程池中并发调用，只要有一个Invoker调用成功了就返回结果，doInvoker方法立即停止运行。

适用于对实时性比较高的读写操作。

public Result doInvoke(final Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    Result var19;
    try {
        this.checkInvokers(invokers, invocation);
        int forks = this.getUrl().getParameter("forks", 2);
        int timeout = this.getUrl().getParameter("timeout", 1000);
        final Object selected;
        if (forks > 0 && forks < invokers.size()) {
            selected = new ArrayList();

            for(int i = 0; i < forks; ++i) {
                Invoker<T> invoker = this.select(loadbalance, invocation, invokers, (List)selected);
                if (!((List)selected).contains(invoker)) {
                    //选择好的Invoker放入这个selected列表
                    ((List)selected).add(invoker);
                }
            }
        } else {
            selected = invokers;
        }
        RpcContext.getContext().setInvokers((List)selected);
        final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
        //阻塞队列
        final BlockingQueue<Object> ref = new LinkedBlockingQueue();
        Iterator i$ = ((List)selected).iterator();
        while(i$.hasNext()) {
            final Invoker<T> invoker = (Invoker)i$.next();
            this.executor.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        Result result = invoker.invoke(invocation);
                        ref.offer(result);
                    } catch (Throwable var3) {
                        int value = count.incrementAndGet();
                        if (value >= ((List)selected).size()) {		//等待所有调用都产生异常才入队
                            ref.offer(var3);
                        }
                    }

                }
            });
        }
        try {
            //阻塞获取结果
            Object ret = ref.poll((long)timeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
            if (ret instanceof Throwable) {
                Throwable e = (Throwable)ret;
                throw new RpcException(....);
            }
            var19 = (Result)ret;
        } catch (InterruptedException var14) {
            throw new RpcException(....);
        }
    } finally {
        RpcContext.getContext().clearAttachments();
    }
    return var19;
}

BroadcastClusterInvoker

BroadcastClusterInvoker运行时会将所有Invoker逐个调用，在最后判断中如果有一个调用产生错误，则抛出异常。

适用于通知所有提供者更新缓存或日志等本地资源的场景。

public Result doInvoke(Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
    this.checkInvokers(invokers, invocation);
    RpcContext.getContext().setInvokers(invokers);
    RpcException exception = null;
    Result result = null;
    Iterator i$ = invokers.iterator();
    while(i$.hasNext()) {
        Invoker invoker = (Invoker)i$.next();
        try {
            result = invoker.invoke(invocation);
        } catch (RpcException var9) {
            exception = var9;
            logger.warn(var9.getMessage(), var9);
        } catch (Throwable var10) {
            exception = new RpcException(var10.getMessage(), var10);
            logger.warn(var10.getMessage(), var10);
        }
    }
    //如果调用过程中发生过错误 抛出异常
    if (exception != null) {
        throw exception;
    } else {
        //返回调用结果
        return result;
    }
}

AbstractClusterInvoker

AbstractClusterInvoker是上述所有类的父类，内部结构较为简单。AvailableCluster内部返回结果就是AvailableClusterInvoker。

public class AvailableCluster implements Cluster {
    public static final String NAME = "available";

    public AvailableCluster() {
    }
    public <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException {
        return new AbstractClusterInvoker<T>(directory) {
            public Result doInvoke(Invocation invocation, List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
                Iterator i$ = invokers.iterator();

                Invoker invoker;
                do {		//循环判断：哪个invoker能用就调用哪个
                    if (!i$.hasNext()) {
                        throw new RpcException("No provider available in " + invokers);
                    }

                    invoker = (Invoker)i$.next();
                } while(!invoker.isAvailable());

                return invoker.invoke(invocation);
            }
        };
    }
}

小结

上述中有很多种集群的实现，各适用于不同的场景，加了Cluster这个中间层，向服务消费者屏蔽了集群调用的细节，并且支持不同场景使用不同的模式。

负载均衡

Dubbo中的负载均衡，即LoadBalance，服务提供者一般都是集群分布，所以需要Dubbo选择出合适的服务提供者来给服务消费者调用。

Dubbo中提供了多种负载均衡算法：

RandomLoadBalanceLeastActiveLoadBalanceConsistentHashLoadBalanceRoundRobinLoadBalance

AbstractLoadBalance

实现类都继承了于这个类，该类实现了LoadBalance，使用模板方法模式，将一些公用的逻辑封装好，而具体的实现由子类自定义。

public <T> Invoker<T> select(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
        if (invokers != null && !invokers.isEmpty()) {
            //子类实现
            return invokers.size() == 1 ? (Invoker)invokers.get(0) : this.doSelect(invokers, url, invocation);
        } else {
            return null;
        }
}
protected abstract <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> var1, URL var2, Invocation var3);

服务刚启动需要预热，不能突然让服务负载过高，需要进行服务的降权。

protected int getWeight(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) {
    int weight = invoker.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), "weight", 100);	//获得权重
    if (weight > 0) {
        long timestamp = invoker.getUrl().getParameter("remote.timestamp", 0L);		//启动时间
        if (timestamp > 0L) {
            int uptime = (int)(System.currentTimeMillis() - timestamp);   	//计算已启动时长
            int warmup = invoker.getUrl().getParameter("warmup", 600000);
            if (uptime > 0 && uptime < warmup) {
                weight = calculateWarmupWeight(uptime, warmup, weight);		//降权
            }
        }
    }
    return weight;
}

RandomLoadBalance

使用了加权随机算法，假设现在有三个节点A，B，C，然后赋予这几个节点一定权重，分别为1，2，3，那么可计算得到总权重为6，那么这几个节点被访问的可能性分别为1/6，2/6，3/6。

protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
    int length = invokers.size();		//Invoker个数
    int totalWeight = 0;		//总权重
    boolean sameWeight = true;     //权重是否相同
    int offset;
    int i;
    for(offset = 0; offset < length; ++offset) {
        i = this.getWeight((Invoker)invokers.get(offset), invocation);		//得到权重
        totalWeight += i;	  //计算总权重
        //是否权重都相同
        if (sameWeight && offset > 0 && i != this.getWeight((Invoker)invokers.get(offset - 1), invocation)) {
            sameWeight = false;
        }
    }
    if (totalWeight > 0 && !sameWeight) {
        offset = this.random.nextInt(totalWeight);		//获得随机偏移量
       	//判断偏移量落在哪个片段上
        for(i = 0; i < length; ++i) {
            offset -= this.getWeight((Invoker)invokers.get(i), invocation);
            if (offset < 0) {
                return (Invoker)invokers.get(i);
            }
        }
    }
    return (Invoker)invokers.get(this.random.nextInt(length));
}

LeastActiveLoadBalance

最少活跃数负载均衡，接收一个请求后，请求活跃数+1，处理完一个请求后，请求活跃数-1，请求活跃数少既说明现在服务器压力小也说明该服务器处理请求快，没有堆积什么请求。

总的流程是先遍历Invokers列表，寻找当前请求活跃数最少的Invoker，如果有多个Invoker具有相同的最小请求活跃数，则根据他们的权重来进行筛选。

ConsistentHashLoadBalance

将服务器的IP等信息生成一个Hash值，将这个值映射到Hash圆环上作为某个节点，当查找节点时，通过一个Key来顺时针查找。

Dubbo还引入了160个虚拟节点，使得数据更加分散，避免请求积压在某个节点上。

并且Hash值是方法级别的，一个服务的每个方法都有一个ConsistentHashSelector，根据参数值来计算得出Hash值，

RoundRobinLoadBalance

加权轮询负载均衡，这种轮询是平滑的，假设A和B的权重为10:30，那么轮询的结果可能是A、B、B、A、A、B、B、B…，40次调用下来A调用了10次，B调用了30次。

总结

服务引入时，会将多个远程调用塞入Directory，然后通过Cluster来封装，同时根据需要提供各种容错功能，最终统一暴露一个Invoker给服务消费者，服务消费者调用的时候会从目录得到Invoker列表，经过路由的过滤以及负载均衡最终得到一个Invoker发起调用。

以上就是java开发Dubbo负载均衡与集群容错示例详解的详细内容，如有不足或错误欢迎指正。

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