本文背景還要從網(wǎng)易考拉海購(下文簡稱“考拉”)微服務化說起，現(xiàn)在任何大型的互聯(lián)網(wǎng)應用，尤其是電商應用從Monolithic單體應用走向微服務化已經(jīng)是必然趨勢。微服務化是一個比較寬泛的概念，涉及到一個產品生命周期的多個方面，首先它作為一個指導原則指引業(yè)務劃分、架構解耦等；技術層面實施微服務需要開發(fā)測試階段、運行階段、發(fā)布階段、部署階段等一系列基礎框架的支撐。我們在享受服務化易擴展易部署等便利性的同時，也面臨新的問題，如數(shù)據(jù)一致性、分布式調用鏈路追蹤、異常定位、日志采集等。
本文將集中在支撐微服務交互、運行的基礎框架講解上，即考拉當前使用的Dubbok框架，Dubbok由阿里開源Dubbo框架的優(yōu)化和功能改進而來。當前開源上可選用的微服務框架主要有Dubbo、Spring Cloud等，鑒于Dubbo完備的功能和文檔且在國內被眾多大型互聯(lián)網(wǎng)公司選用，考拉自然也選擇了Dubbo作為服務化的基礎框架。其實相比于Dubbo，Spring Cloud可以說是一個更完備的微服務解決方案，它從功能性上是Dubbo的一個超集，個人認為從選型上對于一些中小型企業(yè)Spring Cloud可能是一個更好的選擇。提起Spring Cloud，一些開發(fā)的第一印象是http+JSON的rest通信，性能上難堪重用，其實這也是一種誤讀。微服務選型要評估以下幾點：內部是否存在異構系統(tǒng)集成的問題；備選框架功能特性是否滿足需求；http協(xié)議的通信對于應用的負載量會否真正成為瓶頸點(Spring Cloud也并不是和http+JSON強制綁定的，如有必要Thrift、protobuf等高效的RPC、序列化協(xié)議同樣可以作為替代方案)；社區(qū)活躍度、團隊技術儲備等。作為已經(jīng)沒有團隊持續(xù)維護的開源項目，選擇Dubbo框架內部就必須要組建一個維護團隊，先不論你要準備要集成多少功能做多少改造，作為一個支撐所有工程正常運轉的基礎組件，問題的及時響應與解答、重大缺陷的及時修復能力就已足夠重要。
下文將選取Dubbo高性能RPC通信原理、服務注冊發(fā)現(xiàn)特性、依賴隔離、啟動與停機等幾個方面闡述Dubbok的工作原理和相關改進工作。
一、高性能RPC
Dubbo作為一個分布式通信框架，最基本的職責就是完成跨進程的遠程調用(RPC)。以下是RPC基本流程圖：
RPC基本原理非常簡單，那么Dubbo是如何實現(xiàn)高效的RPC通信的呢，和其他分布式通信組件關注點一樣，主要集中在以下幾點的優(yōu)化：
1.協(xié)議棧：
Dubbo支持自定義RPC協(xié)議，冗余字段少、通信性能高；
序列化協(xié)議支持hessian2、Dubbo自定義序列化等高性能協(xié)議；
Dubbo支持序列化協(xié)議解碼在業(yè)務線程(Netty3編碼自動在業(yè)務線程執(zhí)行)；
Dubbo RPC通信協(xié)議棧
2.線程模型：
依賴Netty3的非阻塞線程模型，支持I/O、業(yè)務邏輯線程分離，通過Handler鏈處理請求。
Netty基本線程模型
Dubbo業(yè)務線程與netty3 IO線程交互
這里特別強調Netty3，是因為Netty4在線程模型、buffer緩沖區(qū)等方面做了重大的設計和性能改進，包括Inbound、Outbound事件強制在I/O線程發(fā)起、buffer通過緩沖池減少分配釋放、DirectBuffer實現(xiàn)緩沖區(qū)零復制等。Netty這塊升級相對是一個高風險的點，明面上的API兼容性改造是小，如對Netty4工作原理認識不足，新的線程模型、buffer緩沖池等帶來的非預期性能下降、內存泄露等問題相對更難定位與跟蹤。
講到線程模型，實現(xiàn)上密切相關的Dubbo網(wǎng)絡連接模型必須要提一下。Dubbo默認是所有服務共享單一的TCP長連接的(這也是為什么服務接口不適合傳輸大負載值，即容易阻塞其他服務的調用)。為響應慢或重要的服務接口考慮，Dubbo支持設置多TCP連接，此時連接數(shù)和線程池數(shù)默認是綁定的，即每連接對應一個線池，consumer、provider都執(zhí)行這個策略，從線程隔離的角度講是合理的，但不注意也容易造成線程占用資源過多，尤其是對于消費端基本無線程阻塞的情況下可能是一個設計缺陷。
3.緩沖區(qū)：
Dubbo默認使用的全部是heap緩沖區(qū)，因此Socket通信不可避免會存在內核緩沖區(qū)和堆緩沖區(qū)復制消耗；除此之外在RPC協(xié)議解析(包括粘包/半包處理)、序列化協(xié)議解析等處理上也存在heap區(qū)內的復制，因此性能上是存在優(yōu)化點的(當然要確有必要)。
二、自動注冊/發(fā)現(xiàn)、負載均衡等服務化特性
高性能通信是Dubbo作為RPC框架的基本功能，但使其區(qū)別于Thrift、hessian、gRPC等框架的關鍵在于其新增的服務間自動協(xié)調、服務治理等特性。
1. 服務自動注冊自動發(fā)現(xiàn)、負載均衡
服務自動注冊發(fā)現(xiàn)依賴于注冊中心的支持，consumer與provider通過注冊中心獲取各自地址后直接通信。目前考拉使用Zookeeper作為注冊中心，Dubbo原生支持Redis作為注冊中心，使用pub/sub機制協(xié)調服務的上下線事件通知，但Redis方案要求服務器時間同步且存在性能消耗過大的缺點。
消費者/提供者注冊中心交互圖
使用Zookeeper作為注冊中心，建議選用curator作為客戶端框架；
Zookeeper服務器異常宕機并重新啟動的場景下，Dubbo服務的recover恢復機制存在不能重新注冊的問題，導致老zk session失效后服務被錯誤清除。
服務框架常見負載均衡實現(xiàn)方案包括：集中式、分布式，分布式又可分進程內、分進程兩種。Dubbo采用的是服務發(fā)現(xiàn)和負載均衡共同集成在consumer端的分布式進程內解決方案
Dubbo負載均衡策略
負載均衡策略上Dubbo原生提供的有基于權重隨機負載、最少活躍數(shù)優(yōu)先、Roundrobin、一致性Hash等幾個方案。
在實際應用中，為了能對個別錯誤率較高的異常provider做到及時發(fā)現(xiàn)、及時引流，Dubbok增加了新的負載均衡策略，在支持權重的基礎上自動發(fā)現(xiàn)異常provider，異常期自動減流、正常后自動恢復流量。
2.路由、集群容錯、限流
和負載均衡策略一樣，Dubbo的路由方案是集成在消費端的，加上集群容錯功能客戶端相對是一個重量的功能封裝�？蛇x方案是將路由工作移到注冊中心完成(這要求注冊中心具有較強的可定制性，不僅路由像權限控制、服務過濾、環(huán)境隔離等都可由注冊中心集成)
限流目前支持consumer、provider端并發(fā)限流，實際上是基于信號量限制的，以接口粒度分配信號量，當信號量用完新的調用將被拒絕，當業(yè)務返回后信號量被釋放。
消費端限流應該是為整個提供端集群分配信號量，而Dubbo錯誤的將信號量分配給單個機器。這個問題目前可以通過下文提到的隔離框架的流控功能來實現(xiàn)。
限流并非精確限制，不應當依賴其實現(xiàn)嚴格的并發(fā)數(shù)控制。
后端backend服務限流需要業(yè)務方合理評估每個接口的流控值，要求對業(yè)務量有足夠經(jīng)驗值(可能要在多次線上調優(yōu)后才能最終得出合理的流控值)�？祭瓋炔苛骺貙嵺`證明，對于保證服務穩(wěn)定性、優(yōu)先保證重要消費方、實現(xiàn)服務隔離等有著重要的作用。
3.服務動態(tài)治理
動態(tài)治理本質上是依賴Dubbo運行期參數(shù)的動態(tài)調整，再通用一點其實就是應用的參數(shù)動態(tài)調整，開源常用的disconf、diamond、archaius等集中配置管理工具都是設計來解決這個問題。Dubbo內部在url參數(shù)傳遞模型基礎上實現(xiàn)了一套參數(shù)動態(tài)配置邏輯，個人認為相比于Dubbo的實現(xiàn)，集成disconf等更專業(yè)的框架應該是更好的解決方案，或許Dubbo為了一些其他設計目標解除了對一些外部框架的強制依賴。動態(tài)治理可以實現(xiàn)從基本參數(shù)如timeout、mock到一些高級特性如路由、限流等幾乎所有的運行期參數(shù)調整。
Dubbo原生在動態(tài)配置上存在很多bug，配置不生效或配置規(guī)則誤讀等問題都遇到過，如果你再使用原生Dubbo過程中也遇到任何配置問題，Dubbok應該都已經(jīng)解決掉了。
三、依賴隔離(服務降級)
當應用被設計依賴外部服務時，要始終保持警惕狀態(tài)：外部依賴是不穩(wěn)定的，為此對接外部依賴做好解耦是關鍵，避免外部接口發(fā)生異常拖垮自身系統(tǒng)。Dubbo提供了超時timeout機制作為最基本的解耦措施，同時在接口報錯時支持提供降級的容錯邏輯；除了容錯降級，Dubbo進一步支持強制的短路降級。
容錯 短路
然而在容錯降級與短路降級之間，Dubbo缺乏一種在容錯與短路間切換的機制，即自動熔斷。自動熔斷要達到的效果是：當接口偶然報錯時執(zhí)行容錯返回備用數(shù)據(jù)，而當接口持續(xù)大量報錯時能自動在消費端對接口調用短路直接返回備用數(shù)據(jù)，之后持續(xù)監(jiān)測接口可用性，接口恢復后自動恢復調用。這樣能最大限度減少接口異常對消費方的影響，同時也減輕本就處于異常狀態(tài)的提供端負載。
自動熔斷工作原理圖
Dubbok通過標準SPI的的形式，實現(xiàn)了熔斷功能。目前支持兩套方案：一套是自己實現(xiàn)的熔斷邏輯；一套是通過集成hystrix框架實現(xiàn)。目前支持錯誤率、最低請求量、熔斷時間窗等基本配置，支持將業(yè)務異常納入統(tǒng)計范疇；以上參數(shù)均可通過SOA治理平臺運行期動態(tài)調整；支持外部Dubbo依賴調用的準實時監(jiān)控。
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本文標題：網(wǎng)易考拉海購Dubbok框架優(yōu)化詳解
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