万字剖析OpenFeign整合Ribbon实现负载均衡的原理
大家好，前面我已经剖析了OpenFeign的动态代理生成原理和Ribbon的运行原理，这篇文章来继续剖析SpringCloud组件原理，来看一看OpenFeign是如何基于Ribbon来实现负载均衡的，两组件是如何协同工作的。
一、Feign动态代理调用实现rpc流程分析
通过Feign客户端接口的动态代理生成原理讲解，我们可以清楚的知道，Feign客户端接口的动态代理生成是基于JDK的动态代理来实现的，那么在所有的方法调用的时候最终都会走InvocationHandler接口的实现，默认就是ReflectiveFeign.FeignInvocationHandler，那我们接下来就来看看，FeignInvocationHandler是如何实现rpc调用的。
FeignInvocationHandler对于invoke方法的实现。
private final Map<Method, MethodHandler> dispatch;
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
if ("equals".equals(method.getName())) {
try {
Object otherHandler =
args.length > 0 && args[0] != null ? Proxy.getInvocationHandler(args[0]) : null;
return equals(otherHandler);
} catch (IllegalArgumentException e) {
return false;
}
} else if ("hashCode".equals(method.getName())) {
return hashCode();
} else if ("toString".equals(method.getName())) {
return toString();
}
return dispatch.get(method).invoke(args);
}
前几个if判断很简单，就是判断是不是调用的方法是不是equals，hashCode，toString，因为这些方法的调是不需要走rpc调用的。
接下就是从dispatch获取要调用的方法对应的MethodHandler，然后调用MethodHandler的invoke方法。那MethodHandler是什么时候生成的呢？MethodHandler是在构建动态代理的时候生成的，不清楚的同学可以翻一下OpenFeign那篇文章最后关于生成动态代理的那部分源码。那MethodHandler作用是什么呢？你可以理解为最终rpc的调用都是基于这个MethodHandler来实现的，每个方法都有对应MethodHandler来实现rpc调用，接下来我们就来看一下MethodHandler的invoke方法的实现。
MethodHandler是个接口，有两个实现类，一个是DefaultMethodHandler，这个是处理接口中的默认方法的，另一个是SynchronousMethodHandler，这个是实现rpc调用的方法。接下来我们就看看SynchronousMethodHandler关于invoke方法的实现。
@Override
public Object invoke(Object[] argv) throws Throwable {
RequestTemplate template = buildTemplateFromArgs.create(argv);
Options options = findOptions(argv);
Retryer retryer = this.retryer.clone();
while (true) {
try {
return executeAndDecode(template, options);
} catch (RetryableException e) {
try {
retryer.continueOrPropagate(e);
} catch (RetryableException th) {
Throwable cause = th.getCause();
if (propagationPolicy == UNWRAP && cause != null) {
throw cause;
} else {
throw th;
}
}
if (logLevel != Logger.Level.NONE) {
logger.logRetry(metadata.configKey(), logLevel);
}
continue;
}
}
}
第一行通过方法的参数构建了一个RequestTemplate，RequestTemplate可以看成是组装http请求所需各种参数的封装，比如什么情头，body之类的都放在这里面。
第二行 Options options = findOptions(argv); 这个很有意思，Options主要是封装了发送请求是连接超时时间和读超时时间的配置，findOptions(argv)也就是先从参数里面找有没有Options，没有就返回构造SynchronousMethodHandler的入参时的Options，也就是说，连接超时时间和读超时时间可以从方法入参来传入，不过一般没有人这么玩。
第三行就是搞一个重试的组件，是可以实现重试的，一般不设置。
然后执行到executeAndDecode(template, options)，进入这个方法
Object executeAndDecode(RequestTemplate template, Options options) throws Throwable {
Request request = targetRequest(template);
if (logLevel != Logger.Level.NONE) {
logger.logRequest(metadata.configKey(), logLevel, request);
}
Response response;
long start = System.nanoTime();
try {
response = client.execute(request, options);
} catch (IOException e) {
if (logLevel != Logger.Level.NONE) {
logger.logIOException(metadata.configKey(), logLevel, e, elapsedTime(start));
}
throw errorExecuting(request, e);
}
long elapsedTime = TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - start);
boolean shouldClose = true;
try {
if (logLevel != Logger.Level.NONE) {
response =
logger.logAndRebufferResponse(metadata.configKey(), logLevel, response, elapsedTime);
}
if (Response.class == metadata.returnType()) {
if (response.body() == null) {
return response;
}
if (response.body().length() == null ||
response.body().length() > MAX_RESPONSE_BUFFER_SIZE) {
shouldClose = false;
return response;
}
// Ensure the response body is disconnected
byte[] bodyData = Util.toByteArray(response.body().asInputStream());
return response.toBuilder().body(bodyData).build();
}
if (response.status() >= 200 && response.status() < 300) {
if (void.class == metadata.returnType()) {
return null;
} else {
Object result = decode(response);
shouldClose = closeAfterDecode;
return result;
}
} else if (decode404 && response.status() == 404 && void.class != metadata.returnType()) {
Object result = decode(response);
shouldClose = closeAfterDecode;
return result;
} else {
throw errorDecoder.decode(metadata.configKey(), response);
}
} catch (IOException e) {
if (logLevel != Logger.Level.NONE) {
logger.logIOException(metadata.configKey(), logLevel, e, elapsedTime);
}
throw errorReading(request, response, e);
} finally {
if (shouldClose) {
ensureClosed(response.body());
}
}
}
首先调用了targetRequest方法，贴出源码
Request targetRequest(RequestTemplate template) {
for (RequestInterceptor interceptor : requestInterceptors) {
interceptor.apply(template);
}
return target.apply(template);
}
这个方法会遍历所有的拦截器RequestInterceptor，这是feign的一个扩展点，也就说再发送请求前，你仍然还有机会对请求的内容进行调整，比如说加个请求头，这也是很常见的一种方式，在微服务之间鉴权的时候使用。RequestInterceptor是在构建Feign.Builder的时候传进来的，Feign.Builder的组件都是通过ioc容器获取的，组件又是通过配置类来的，所以你需要的话就可以在配置类中声明RequestInterceptor对象。配置类有不同的优先级，按照自己的需求，可以在其中一个优先级使用，不过一般这种通用的东西，不是某个微服务特有的功能，一般选择在springboot启动中的容器中配置。
执行完targetRequest，回到executeAndDecode之后，会构建出一个Request，Request很好理解，就是一个请求，里面封装了http请求的东西。接下来就会调用Client的execute方法来执行请求，拿到响应，接下来就是基于处理这个响应，将响应数据封装成需要返回的参数，之后返回给调用方。
到这里，我们已经分析出接口的动态代理是如何运行的。其实就是通过每个方法对应的MethodHandler来实现的，MethodHandler主要就是拼接各种参数，组装成一个请求，随后交由Client接口的实现去发送请求。
二、LoadBalancerFeignClient
通过上面分析整个动态代理调用过程可以看出，Client是发送http请求的关键类。那么Client是什么玩意?还记得我在关于OpenFeign动态代理生成的那篇文章中留下的一个疑问么，当Feign客户端在构建动态代理的时候，填充很多组件到Feign.Builder中，其中有个组件就是Client的实现，我们并没有在FeignClientsConfiguration配置类中找到关于Client的对象的声明。不过当时我就提到了，这个组件的实现是要依赖负载均衡的，也就是这个组件是Feign用来整合Ribbon的入口。
接下来，我们就着重看一下Client的实现，看看Feign是如何通过ribbon实现负载均衡的。
我们先来看一下Feign跟ribbon整合的配置类。
@Import({ HttpClientFeignLoadBalancedConfiguration.class,
OkHttpFeignLoadBalancedConfiguration.class,
DefaultFeignLoadBalancedConfiguration.class })
public class FeignRibbonClientAutoConfiguration {
@Bean
@Primary
@ConditionalOnMissingBean
@ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
public CachingSpringLoadBalancerFactory cachingLBClientFactory(
SpringClientFactory factory) {
return new CachingSpringLoadBalancerFactory(factory);
}
@Bean
@Primary
@ConditionalOnMissingBean
@ConditionalOnClass(name = "org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
public CachingSpringLoadBalancerFactory retryabeCachingLBClientFactory(
SpringClientFactory factory, LoadBalancedRetryFactory retryFactory) {
return new CachingSpringLoadBalancerFactory(factory, retryFactory);
}
@Bean
@ConditionalOnMissingBean
public Request.Options feignRequestOptions() {
return LoadBalancerFeignClient.DEFAULT_OPTIONS;
}
}
我们来分析一下，首先通过@Impot注解导入了三个配置类。
-
HttpClientFeignLoadBalancedConfiguration：基于HttpClient实现http调用的。
-
OkHttpFeignLoadBalancedConfiguration：基于OkHttp实现http调用的。
-
DefaultFeignLoadBalancedConfiguration：默认的，也就是Feign原生的发送http的实现。
这里我们看一下DefaultFeignLoadBalancedConfiguration配置类，因为默认就是这，HttpClientFeignLoadBalancedConfiguration和OkHttpFeignLoadBalancedConfiguration都需要有引入HttpClient和OkHttp依赖才会有用
@Configuration(proxyBeanMethods = false)
class DefaultFeignLoadBalancedConfiguration {
@Bean
@ConditionalOnMissingBean
public Client feignClient(CachingSpringLoadBalancerFactory cachingFactory,
SpringClientFactory clientFactory) {
return new LoadBalancerFeignClient(new Client.Default(null, null), cachingFactory,
clientFactory);
}
}
这个配置类很简单，声明了LoadBalancerFeignClient到spring容器，传入了三个参数，一个Client的实现，一个CachingSpringLoadBalancerFactory和一个SpringClientFactory。LoadBalancerFeignClient这个类实现了Client接口，也就数说我们在构建Feign.Builder填充的就是这个对象，也就是上面说feign的执行流程最后用来执行请求的Client的实现。
接下来我说一下入参的三个参数是什么意思。
-
Client.Default：就是Feign自己实现的Client，里面封装了真正发送http发送请求的功能，LoadBalancerFeignClient虽然也实现了Client接口，但是这个实现其实是为了整合Ribbon用的，并没有发送http的功能，所以需要有个可以发送http功能的实现。
-
CachingSpringLoadBalancerFactory：后面会说这个类的作用
-
SpringClientFactory：这个跟Feign里面的FeignContext的作用差不多，用来实现配置隔离的，当然，这个也在关于Ribbon的那篇文章有剖析过。
其实大家可以自行去看OkHttpFeignLoadBalancedConfiguration和HttpClientFeignLoadBalancedConfiguration，其实他们配置跟DefaultFeignLoadBalancedConfiguration是一样的，声明的对象都是LoadBalancerFeignClient，只不过将Client.Default换成了基于HttpClient和OkHttp的实现，也就是发送http请求使用的工具不一样。
FeignRibbonClientAutoConfiguration除了导入配置类还声明了CachingSpringLoadBalancerFactory，只不过一种是带基于spring实现的重试功能的，一种是不带的，主要看有没有引入spring重试功能的包，所以上面构建LoadBalancerFeignClient注入的CachingSpringLoadBalancerFactory就是在这声明的。
这里就说完了Feign整合ribbon的配置类FeignRibbonClientAutoConfiguration，我们也找到了构造Feign.Builder的实现LoadBalancerFeignClient，接下来就来剖析LoadBalancerFeignClient的实现。
public class LoadBalancerFeignClient implements Client {
static final Request.Options DEFAULT_OPTIONS = new Request.Options();
private final Client delegate;
private CachingSpringLoadBalancerFactory lbClientFactory;
private SpringClientFactory clientFactory;
public LoadBalancerFeignClient(Client delegate,
CachingSpringLoadBalancerFactory lbClientFactory,
SpringClientFactory clientFactory) {
this.delegate = delegate;
this.lbClientFactory = lbClientFactory;
this.clientFactory = clientFactory;
}
static URI cleanUrl(String originalUrl, String host) {
String newUrl = originalUrl;
if (originalUrl.startsWith("https://")) {
newUrl = originalUrl.substring(0, 8)
+ originalUrl.substring(8 + host.length());
}
else if (originalUrl.startsWith("http")) {
newUrl = originalUrl.substring(0, 7)
+ originalUrl.substring(7 + host.length());
}
StringBuffer buffer = new StringBuffer(newUrl);
if ((newUrl.startsWith("https://") && newUrl.length() == 8)
|| (newUrl.startsWith("http://") && newUrl.length() == 7)) {
buffer.append("/");
}
return URI.create(buffer.toString());
}
@Override
public Response execute(Request request, Request.Options options) throws IOException {
try {
URI asUri = URI.create(request.url());
String clientName = asUri.getHost();
URI uriWithoutHost = cleanUrl(request.url(), clientName);
FeignLoadBalancer.RibbonRequest ribbonRequest = new FeignLoadBalancer.RibbonRequest(
this.delegate, request, uriWithoutHost);
IClientConfig requestConfig = getClientConfig(options, clientName);
return lbClient(clientName)
.executeWithLoadBalancer(ribbonRequest, requestConfig).toResponse();
}
catch (ClientException e) {
IOException io = findIOException(e);
if (io != null) {
throw io;
}
throw new RuntimeException(e);
}
}
IClientConfig getClientConfig(Request.Options options, String clientName) {
IClientConfig requestConfig;
if (options == DEFAULT_OPTIONS) {
requestConfig = this.clientFactory.getClientConfig(clientName);
}
else {
requestConfig = new FeignOptionsClientConfig(options);
}
return requestConfig;
}
protected IOException findIOException(Throwable t) {
if (t == null) {
return null;
}
if (t instanceof IOException) {
return (IOException) t;
}
return findIOException(t.getCause());
}
public Client getDelegate() {
return this.delegate;
}
private FeignLoadBalancer lbClient(String clientName) {
return this.lbClientFactory.create(clientName);
}
static class FeignOptionsClientConfig extends DefaultClientConfigImpl {
FeignOptionsClientConfig(Request.Options options) {
setProperty(CommonClientConfigKey.ConnectTimeout,
options.connectTimeoutMillis());
setProperty(CommonClientConfigKey.ReadTimeout, options.readTimeoutMillis());
}
@Override
public void loadProperties(String clientName) {
}
@Override
public void loadDefaultValues() {
}
}
}
在动态代理调用的那里我们得出一个结论，那就是最后会调用Client接口的execute方法的实现，所以我们就看一下execute方法的实现，这里就是一堆操作，从请求的URL中拿到了clientName，也就是服务名。
为什么可以拿到服务名？
其实很简单，OpenFeign构建动态代理的时候，传入了一个HardCodedTarget，当时说在构建HardCodedTarget的时候传入了一个url，那个url当时说了其实就是http://服务名，所以到这里，虽然有具体的请求接口的路径，但是还是类似 http://服务名/api/sayHello这种，所以可以通过路径拿到你锁请求的服务名。
拿到服务名之后，再拿到了一个配置类IClientConfig，最后调用lbClient，我们看一下lbClient的方法实现。
private FeignLoadBalancer lbClient(String clientName) {
return this.lbClientFactory.create(clientName);
}
就是调用CachingSpringLoadBalancerFactory的create方法
public FeignLoadBalancer create(String clientName) {
FeignLoadBalancer client = this.cache.get(clientName);
if (client != null) {
return client;
}
IClientConfig config = this.factory.getClientConfig(clientName);
ILoadBalancer lb = this.factory.getLoadBalancer(clientName);
ServerIntrospector serverIntrospector = this.factory.getInstance(clientName,
ServerIntrospector.class);
client = this.loadBalancedRetryFactory != null
? new RetryableFeignLoadBalancer(lb, config, serverIntrospector,
this.loadBalancedRetryFactory)
: new FeignLoadBalancer(lb, config, serverIntrospector);
this.cache.put(clientName, client);
return client;
}
创建的过程就是从每个服务对应的容器中获取到IClientConfig和ILoadBalancer。Ribbon那篇文章都讲过这些核心类，这里不再赘述。
默认就是创建不带spring重试功能的FeignLoadBalancer，放入缓存，最后返回这个FeignLoadBalancer。所以第一次来肯定没有，需要构建，也就是最终一定会返回FeignLoadBalancer，所以我们通过lbClient方法拿到的是FeignLoadBalancer。从这里可以看出CachingSpringLoadBalancerFactory是构建FeignLoadBalancer的工厂类，只不过先从缓存中查找，找不到再创建FeignLoadBalancer。
拿到FeignLoadBalancer之后就会调用executeWithLoadBalancer，接收到Response之后直接返回。
三、FeignLoadBalancer
那么这个FeignLoadBalancer又是啥呢？这里放上FeignLoadBalancer核心源码。
public class FeignLoadBalancer extends
AbstractLoadBalancerAwareClient<FeignLoadBalancer.RibbonRequest, FeignLoadBalancer.RibbonResponse> {
private final RibbonProperties ribbon;
protected int connectTimeout;
protected int readTimeout;
protected IClientConfig clientConfig;
protected ServerIntrospector serverIntrospector;
public FeignLoadBalancer(ILoadBalancer lb, IClientConfig clientConfig,
ServerIntrospector serverIntrospector) {
super(lb, clientConfig);
this.setRetryHandler(RetryHandler.DEFAULT);
this.clientConfig = clientConfig;
this.ribbon = RibbonProperties.from(clientConfig);
RibbonProperties ribbon = this.ribbon;
this.connectTimeout = ribbon.getConnectTimeout();
this.readTimeout = ribbon.getReadTimeout();
this.serverIntrospector = serverIntrospector;
}
@Override
public RibbonResponse execute(RibbonRequest request, IClientConfig configOverride)
throws IOException {
Request.Options options;
if (configOverride != null) {
RibbonProperties override = RibbonProperties.from(configOverride);
options = new Request.Options(override.connectTimeout(this.connectTimeout),
override.readTimeout(this.readTimeout));
}
else {
options = new Request.Options(this.connectTimeout, this.readTimeout);
}
Response response = request.client().execute(request.toRequest(), options);
return new RibbonResponse(request.getUri(), response);
}
}
FeignLoadBalancer继承自AbstractLoadBalancerAwareClient，AbstractLoadBalancerAwareClient又是啥玩意？看过我写的关于Ribbon核心组件已经运行原理的那篇文章小伙伴肯定知道，AbstractLoadBalancerAwareClient类主要作用是通过ILoadBalancer组件获取一个Server，然后基于这个Server重构了URI，也就是将你的请求路径http://服务名/api/sayHello转换成类似http://192.168.1.101:8088/api/sayHello这种路径，也就是将原服务名替换成服务所在的某一台机器ip和端口，替换之后就交由子类实现的exceut方法来发送http请求。
所以我们知道调用executeWithLoadBalancer之后，就会重构请求路径，将服务名替换成某个具体的服务器所在的ip和端口，之后交给子类execute来处理，对于这里来说，也就是FeignLoadBalancer的execute方法，因为FeignLoadBalancer继承AbstractLoadBalancerAwareClient。
直接定位到execute方法最核心的一行代码
Response response = request.client().execute(request.toRequest(), options);
request.client()就会拿到构建LoadBalancerFeignClient传入的那个Client的实现，我提到过，这个Client的实现是具体发送请求的实现，默认的就是Client.Default类（不是默认就有可能是基于HttpClient或者是OkHttp的实现）。所以这行代码就是基于这个Client就成功的发送了Http请求，拿到响应，然后将这个Response 封装成一个RibbonResponse返回，最后就返回给MethodHandler，然后解析响应，封装成方法的返回值返回给调用者。
好了，其实到这里就完全知道Feign是如何整合Ribbon的，LoadBalancerFeignClient其实是OpenFeign适配Ribbon的入口，FeignLoadBalancer才是真正实现选择负载均衡，发送http请求的组件，因为他继承了AbstractLoadBalancerAwareClient。
为了大家能够清楚的知道整个动态代理的调用过程，我在Ribbon的那张图的基础上，加上Feign的调用链路。
通过这张图，我们可以清楚地看出OpenFeign、Ribbon以及注册中心之间的协同关系。
四、总结
到这里，我通过三篇文章，算上Nacos那两篇，总共五篇文章完整的讲述了在微服务架构中，OpenFeign、Ribbon、Nacos（当然其它注册中心也可以）这三个组件协同工作的核心源码和流程。这里我再用简洁的话来总结一下他们的协同工作原理，OpenFeign在进行rpc调用的时候，由于不知道服务具体在哪台机器上，所以需要Ribbon这个负载均衡组件从服务所在的机器列表中选择一个，Ribbon中服务所在的机器列表是从注册中心拉取的，Ribbon提供了一个ServerList接口，注册中心实现之后，Ribbon就可以获取到服务所在的机器列表，这就是这三个组件最基本的原理。希望通过这五篇文章，小伙伴们可以对微服务架构的最基本的原理有一定的了解，同时也对OpenFeign、Ribbon、Nacos源码有一定的认识。
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