Spring Cloud Ribbon的踩坑记录与原理详析

简介

Spring Cloud Ribbon 是一个基于Http和TCP的客服端负载均衡工具，它是基于Netflix Ribbon实现的。它不像服务注册中心、配置中心、API网关那样独立部署，但是它几乎存在于每个微服务的基础设施中。包括前面的提供的声明式服务调用也是基于该Ribbon实现的。理解Ribbon对于我们使用Spring Cloud来讲非常的重要，因为负载均衡是对系统的高可用、网络压力的缓解和处理能力扩容的重要手段之一。在上节的例子中，我们采用了声明式的方式来实现负载均衡。实际上，内部调用维护了一个RestTemplate对象，该对象会使用Ribbon的自动化配置，同时通过@LoadBalanced开启客户端负载均衡。其实RestTemplate是Spring自己提供的对象，不是新的内容。读者不知道RestTemplate可以查看相关的文档。

现象

前两天碰到一个ribbon相关的问题，觉得值得记录一下。表象是对外的接口返回内部异常，这个是封装的统

一错误信息，Spring的异常处理器catch到未捕获异常统一返回的信息。因此到日志平台查看实际的异常:

org.springframework.web.client.HttpClientErrorException: 404 null

这里介绍一下背景，出现问题的开放网关，做点事情说白了就是转发对应的请求给后端的服务。这里用到了ribbon去做服务负载均衡、eureka负责服务发现。

这里出现404，首先看了下请求的url以及对应的参数，都没有发现问题，对应的后端服务也没有收到请求。这就比较诡异了，开始怀疑是ribbon或者Eureka的缓存导致请求到了错误的ip或端口，但由于日志中打印的是Eureka的serviceId而不是实际的ip:port，因此先加了个日志:

@Slf4j
public class CustomHttpRequestInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {

 @Override
 public ClientHttpResponse intercept(HttpRequest request, byte[] body, ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
  log.info("Request , url:{},method:{}.", request.getURI(), request.getMethod());
  return execution.execute(request, body);
 }
}

这里是通过给RestTemplate添加拦截器的方式，但要注意，ribbon也是通过给RestTemplate添加拦截器实现的解析serviceId到实际的ip:port，因此需要注意下优先级添加到ribbon的 LoadBalancerInterceptor 之后，我这里是通过Spring的初始化完成事件的回调中添加的，另外也添加了另一条日志，在catch到这个异常的时候，利用Eureka的 DiscoveryClient#getInstances 获取到当前的实例信息。

之后在测试环境中复现了这个问题，看了下日志，eurek中缓存的实例信息是对的，但是实际调用的确实另外一个服务的地址，从而导致了接口404。

源码解析

从上述的信息中可以知道，问题出在ribbon中，具体的原因后面会说，这里先讲一下Spring Cloud Ribbon的初始化流程。

@Configuration
@ConditionalOnClass({ IClient.class, RestTemplate.class, AsyncRestTemplate.class, Ribbon.class})
@RibbonClients
@AutoConfigureAfter(name = "org.springframework.cloud.netflix.eureka.EurekaClientAutoConfiguration")
@AutoConfigureBefore({LoadBalancerAutoConfiguration.class, AsyncLoadBalancerAutoConfiguration.class})
@EnableConfigurationProperties({RibbonEagerLoadProperties.class, ServerIntrospectorProperties.class})
public class RibbonAutoConfiguration {
}

注意这个注解 @RibbonClients , 如果想要覆盖Spring Cloud提供的默认Ribbon配置就可以使用这个注解，最终的解析类是:

public class RibbonClientConfigurationRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar {

 @Override
 public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,
 BeanDefinitionRegistry registry) {
 Map<String, Object> attrs = metadata.getAnnotationAttributes(
 RibbonClients.class.getName(), true);
 if (attrs != null && attrs.containsKey("value")) {
 AnnotationAttributes[] clients = (AnnotationAttributes[]) attrs.get("value");
 for (AnnotationAttributes client : clients) {
 registerClientConfiguration(registry, getClientName(client),
  client.get("configuration"));
 }
 }
 if (attrs != null && attrs.containsKey("defaultConfiguration")) {
 String name;
 if (metadata.hasEnclosingClass()) {
 name = "default." + metadata.getEnclosingClassName();
 } else {
 name = "default." + metadata.getClassName();
 }
 registerClientConfiguration(registry, name,
  attrs.get("defaultConfiguration"));
 }
 Map<String, Object> client = metadata.getAnnotationAttributes(
 RibbonClient.class.getName(), true);
 String name = getClientName(client);
 if (name != null) {
 registerClientConfiguration(registry, name, client.get("configuration"));
 }
 }

 private String getClientName(Map<String, Object> client) {
 if (client == null) {
 return null;
 }
 String value = (String) client.get("value");
 if (!StringUtils.hasText(value)) {
 value = (String) client.get("name");
 }
 if (StringUtils.hasText(value)) {
 return value;
 }
 throw new IllegalStateException(
 "Either 'name' or 'value' must be provided in @RibbonClient");
 }

 private void registerClientConfiguration(BeanDefinitionRegistry registry,
 Object name, Object configuration) {
 BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder
 .genericBeanDefinition(RibbonClientSpecification.class);
 builder.addConstructorArgValue(name);
 builder.addConstructorArgValue(configuration);
 registry.registerBeanDefinition(name + ".RibbonClientSpecification",
 builder.getBeanDefinition());
 }
}

atrrs包含defaultConfiguration，因此会注册RibbonClientSpecification类型的bean,注意名称以 default. 开头，类型是RibbonAutoConfiguration,注意上面说的RibbonAutoConfiguration被@RibbonClients修饰。

然后再回到上面的源码:

public class RibbonAutoConfiguration {

  //上文中会解析被@RibbonClients注解修饰的类，然后注册类型为RibbonClientSpecification的bean。
  //主要有两个: RibbonAutoConfiguration、RibbonEurekaAutoConfiguration
 @Autowired(required = false)
 private List<RibbonClientSpecification> configurations = new ArrayList<>();

 @Bean
 public SpringClientFactory springClientFactory() {
    //初始化SpringClientFactory,并将上面的配置注入进去，这段很重要。
 SpringClientFactory factory = new SpringClientFactory();
 factory.setConfigurations(this.configurations);
 return factory;
 }
   //其他的都是提供一些默认的bean配置

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

 @Bean
 @ConditionalOnClass(name = "org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
 @ConditionalOnMissingBean
 public LoadBalancedRetryPolicyFactory loadBalancedRetryPolicyFactory(SpringClientFactory clientFactory) {
 return new RibbonLoadBalancedRetryPolicyFactory(clientFactory);
 }

 @Bean
 @ConditionalOnMissingClass(value = "org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
 @ConditionalOnMissingBean
 public LoadBalancedRetryPolicyFactory neverRetryPolicyFactory() {
 return new LoadBalancedRetryPolicyFactory.NeverRetryFactory();
 }

 @Bean
 @ConditionalOnClass(name = "org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
 @ConditionalOnMissingBean
 public LoadBalancedBackOffPolicyFactory loadBalancedBackoffPolicyFactory() {
 return new LoadBalancedBackOffPolicyFactory.NoBackOffPolicyFactory();
 }

 @Bean
 @ConditionalOnClass(name = "org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
 @ConditionalOnMissingBean
 public LoadBalancedRetryListenerFactory loadBalancedRetryListenerFactory() {
 return new LoadBalancedRetryListenerFactory.DefaultRetryListenerFactory();
 }

 @Bean
 @ConditionalOnMissingBean
 public PropertiesFactory propertiesFactory() {
 return new PropertiesFactory();
 }

 @Bean
 @ConditionalOnProperty(value = "ribbon.eager-load.enabled", matchIfMissing = false)
 public RibbonApplicationContextInitializer ribbonApplicationContextInitializer() {
 return new RibbonApplicationContextInitializer(springClientFactory(),
 ribbonEagerLoadProperties.getClients());
 }

 @Configuration
 @ConditionalOnClass(HttpRequest.class)
 @ConditionalOnRibbonRestClient
 protected static class RibbonClientConfig {

 @Autowired
 private SpringClientFactory springClientFactory;

 @Bean
 public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(
 final RibbonClientHttpRequestFactory ribbonClientHttpRequestFactory) {
 return new RestTemplateCustomizer() {
 @Override
 public void customize(RestTemplate restTemplate) {
  restTemplate.setRequestFactory(ribbonClientHttpRequestFactory);
 }
 };
 }

 @Bean
 public RibbonClientHttpRequestFactory ribbonClientHttpRequestFactory() {
 return new RibbonClientHttpRequestFactory(this.springClientFactory);
 }
 }

 //TODO: support for autoconfiguring restemplate to use apache http client or okhttp

 @Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
 @Documented
 @Conditional(OnRibbonRestClientCondition.class)
 @interface ConditionalOnRibbonRestClient { }

 private static class OnRibbonRestClientCondition extends AnyNestedCondition {
 public OnRibbonRestClientCondition() {
 super(ConfigurationPhase.REGISTER_BEAN);
 }

 @Deprecated //remove in Edgware"
 @ConditionalOnProperty("ribbon.http.client.enabled")
 static class ZuulProperty {}

 @ConditionalOnProperty("ribbon.restclient.enabled")
 static class RibbonProperty {}
 }
}

注意这里的SpringClientFactory, ribbon默认情况下，每个eureka的serviceId(服务)，都会分配自己独立的Spring的上下文,即ApplicationContext, 然后这个上下文中包含了必要的一些bean,比如: ILoadBalancer 、 ServerListFilter 等。而Spring Cloud默认是使用RestTemplate封装了ribbon的调用，核心是通过一个拦截器:

@Bean
 @ConditionalOnMissingBean
 public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(
 final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {
 return new RestTemplateCustomizer() {
 @Override
 public void customize(RestTemplate restTemplate) {
  List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(
  restTemplate.getInterceptors());
  list.add(loadBalancerInterceptor);
  restTemplate.setInterceptors(list);
 }
 };
 }

因此核心是通过这个拦截器实现的负载均衡:

public class LoadBalancerInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {

 private LoadBalancerClient loadBalancer;
 private LoadBalancerRequestFactory requestFactory;

 @Override
 public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
 final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
 final URI originalUri = request.getURI(); //这里传入的url是解析之前的，即http://serviceId/服务地址的形式
 String serviceName = originalUri.getHost(); //解析拿到对应的serviceId
 Assert.state(serviceName != null, "Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);
 return this.loadBalancer.execute(serviceName, requestFactory.createRequest(request, body, execution));
 }
}

然后将请求转发给LoadBalancerClient:

public class RibbonLoadBalancerClient implements LoadBalancerClient {
@Override
 public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException {
 ILoadBalancer loadBalancer = getLoadBalancer(serviceId); //获取对应的LoadBalancer
 Server server = getServer(loadBalancer); //获取服务器，这里会执行对应的分流策略，比如轮训
    //、随机等
 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);
 }
}

而这里的LoadBalancer是通过上文中提到的SpringClientFactory获取到的，这里会初始化一个新的Spring上下文，然后将Ribbon默认的配置类，比如说: RibbonAutoConfiguration 、 RibbonEurekaAutoConfiguration 等添加进去, 然后将当前spring的上下文设置为parent，再调用refresh方法进行初始化。

public class SpringClientFactory extends NamedContextFactory<RibbonClientSpecification> {
 protected AnnotationConfigApplicationContext createContext(String name) {
 AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();
 if (this.configurations.containsKey(name)) {
 for (Class<?> configuration : this.configurations.get(name)
  .getConfiguration()) {
 context.register(configuration);
 }
 }
 for (Map.Entry<String, C> entry : this.configurations.entrySet()) {
 if (entry.getKey().startsWith("default.")) {
 for (Class<?> configuration : entry.getValue().getConfiguration()) {
  context.register(configuration);
 }
 }
 }
 context.register(PropertyPlaceholderAutoConfiguration.class,
 this.defaultConfigType);
 context.getEnvironment().getPropertySources().addFirst(new MapPropertySource(
 this.propertySourceName,
 Collections.<String, Object> singletonMap(this.propertyName, name)));
 if (this.parent != null) {
 // Uses Environment from parent as well as beans
 context.setParent(this.parent);
 }
 context.refresh();
 return context;
 }
}

最核心的就在这一段，也就是说对于每一个不同的serviceId来说，都拥有一个独立的spring上下文，并且在第一次调用这个服务的时候，会初始化ribbon相关的所有bean， 如果不存在 才回去父context中去找。

再回到上文中根据分流策略获取实际的ip:port的代码段:

public class RibbonLoadBalancerClient implements LoadBalancerClient {
@Override
 public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException {
 ILoadBalancer loadBalancer = getLoadBalancer(serviceId); //获取对应的LoadBalancer
 Server server = getServer(loadBalancer); //获取服务器，这里会执行对应的分流策略，比如轮训
    //、随机等
 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 Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer) {
 if (loadBalancer == null) {
 return null;
 }
    // 选择对应的服务器
 return loadBalancer.chooseServer("default"); // TODO: better handling of key
 }
public class ZoneAwareLoadBalancer<T extends Server> extends DynamicServerListLoadBalancer<T> {
@Override
 public Server chooseServer(Object key) {
  if (!ENABLED.get() || getLoadBalancerStats().getAvailableZones().size() <= 1) {
   logger.debug("Zone aware logic disabled or there is only one zone");
   return super.chooseServer(key); //默认不配置可用区，走的是这段
  }
  Server server = null;
  try {
   LoadBalancerStats lbStats = getLoadBalancerStats();
   Map<String, ZoneSnapshot> zoneSnapshot = ZoneAvoidanceRule.createSnapshot(lbStats);
   logger.debug("Zone snapshots: {}", zoneSnapshot);
   if (triggeringLoad == null) {
    triggeringLoad = DynamicPropertyFactory.getInstance().getDoubleProperty(
      "ZoneAwareNIWSDiscoveryLoadBalancer." + this.getName() + ".triggeringLoadPerServerThreshold", 0.2d);
   }

   if (triggeringBlackoutPercentage == null) {
    triggeringBlackoutPercentage = DynamicPropertyFactory.getInstance().getDoubleProperty(
      "ZoneAwareNIWSDiscoveryLoadBalancer." + this.getName() + ".avoidZoneWithBlackoutPercetage", 0.99999d);
   }
   Set<String> availableZones = ZoneAvoidanceRule.getAvailableZones(zoneSnapshot, triggeringLoad.get(), triggeringBlackoutPercentage.get());
   logger.debug("Available zones: {}", availableZones);
   if (availableZones != null && availableZones.size() < zoneSnapshot.keySet().size()) {
    String zone = ZoneAvoidanceRule.randomChooseZone(zoneSnapshot, availableZones);
    logger.debug("Zone chosen: {}", zone);
    if (zone != null) {
     BaseLoadBalancer zoneLoadBalancer = getLoadBalancer(zone);
     server = zoneLoadBalancer.chooseServer(key);
    }
   }
  } catch (Exception e) {
   logger.error("Error choosing server using zone aware logic for load balancer={}", name, e);
  }
  if (server != null) {
   return server;
  } else {
   logger.debug("Zone avoidance logic is not invoked.");
   return super.chooseServer(key);
  }
 }

 //实际走到的方法
 public Server chooseServer(Object key) {
  if (counter == null) {
   counter = createCounter();
  }
  counter.increment();
  if (rule == null) {
   return null;
  } else {
   try {
    return rule.choose(key);
   } catch (Exception e) {
    logger.warn("LoadBalancer [{}]: Error choosing server for key {}", name, key, e);
    return null;
   }
  }
 }
}

也就是说最终会调用 IRule 选择到一个节点，这里支持很多策略，比如随机、轮训、响应时间权重等:

public interface IRule{

 public Server choose(Object key);

 public void setLoadBalancer(ILoadBalancer lb);

 public ILoadBalancer getLoadBalancer();
}

这里的LoadBalancer是在BaseLoadBalancer的构造器中设置的，上文说过，对于每一个serviceId服务来说，当第一次调用的时候会初始化对应的spring上下文，而这个上下文中包含了所有ribbon相关的bean，其中就包括ILoadBalancer、IRule。

原因

通过跟踪堆栈，发现不同的serviceId，IRule是同一个, 而上文说过，每个serviceId都拥有自己独立的上下文,包括独立的loadBalancer、IRule，而IRule是同一个，因此怀疑是这个bean是通过parent context获取到的，换句话说应用自己定义了一个这样的bean。查看代码果然如此。

这样就会导致一个问题，IRule是共享的，而其他bean是隔离开的，因此后面的serviceId初始化的时候，会修改这个IRule的LoadBalancer, 导致之前的服务获取到的实例信息是错误的，从而导致接口404。

public class BaseLoadBalancer extends AbstractLoadBalancer implements
  PrimeConnections.PrimeConnectionListener, IClientConfigAware {
 public BaseLoadBalancer() {
  this.name = DEFAULT_NAME;
  this.ping = null;
  setRule(DEFAULT_RULE); // 这里会设置IRule的loadbalancer
  setupPingTask();
  lbStats = new LoadBalancerStats(DEFAULT_NAME);
 }
}

解决方案

解决方法也很简单，最简单就将这个自定义的IRule的bean干掉，另外更标准的做法是使用RibbonClients注解，具体做法可以参考文档。

总结

核心原因其实还是对于Spring Cloud的理解不够深刻，用法有错误，导致出现了一些比较诡异的问题。对于自己使用的组件、框架、甚至于每一个注解，都要了解其原理，能够清楚的说清楚这个注解有什么效果，有什么影响，而不是只着眼于解决眼前的问题。

再次声明:代码不是我写的=_=

好了，以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对我们的支持。