深入理解Ribbon之源码解析

分手后的思念是犯贱 2022-05-23 12:16 195阅读 0赞

# 深入理解Ribbon之源码解析 #

2017年07月08日 14:48:05

阅读数：42305

> 转载请标明出处：  
> [http://blog.csdn.net/forezp/article/details/74820899][http_blog.csdn.net_forezp_article_details_74820899]  
> 本文出自[方志朋的博客][Link 1]

## 什么是Ribbon ##

Ribbon是Netflix公司开源的一个负载均衡的项目，它属于上述的第二种，是一个客户端负载均衡器，运行在客户端上。它是一个经过了云端测试的IPC库，可以很好地控制HTTP和TCP客户端的一些行为。 Feign已经默认使用了Ribbon。

*  负载均衡
 *  容错
 *  多协议（HTTP，TCP，UDP）支持异步和反应模型
 *  缓存和批处理

## RestTemplate和Ribbon相结合 ##

Ribbon在Netflix组件是非常重要的一个组件，在Zuul中使用Ribbon做负载均衡，以及Feign组件的结合等。在Spring Cloud 中，作为开发中，做的最多的可能是将RestTemplate和Ribbon相结合，你可能会这样写：

@Configuration
    public class RibbonConfig { 
        @Bean
        @LoadBalanced
        RestTemplate restTemplate() {
            return new RestTemplate();
        }
    }

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消费另外一个的服务的接口，差不多是这样的：

@Service
    public class RibbonService { 
        @Autowired
        RestTemplate restTemplate;
        public String hi(String name) {
            return restTemplate.getForObject("http://eureka-client/hi?name="+name,String.class);
        }
    }

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## 深入理解Ribbon ##

### LoadBalancerClient ###

在Riibon中一个非常重要的组件为LoadBalancerClient，它作为负载均衡的一个客户端。它在spring-cloud-commons包下：  
的LoadBalancerClient是一个接口，它继承ServiceInstanceChooser，它的实现类是RibbonLoadBalancerClient，这三者之间的关系如下图：

![image.png][]

其中LoadBalancerClient接口，有如下三个方法，其中excute()为执行请求，reconstructURI()用来重构url：

public interface LoadBalancerClient extends ServiceInstanceChooser { 
      <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;
      <T> T execute(String serviceId, ServiceInstance serviceInstance, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;
      URI reconstructURI(ServiceInstance instance, URI original);
    
    }

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ServiceInstanceChooser接口，主要有一个方法，用来根据serviceId来获取ServiceInstance，代码如下:

public interface ServiceInstanceChooser {
    
        ServiceInstance choose(String serviceId);
    }

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LoadBalancerClient的实现类为RibbonLoadBalancerClient，这个类是非常重要的一个类，最终的负载均衡的请求处理，由它来执行。它的部分源码如下：

public class RibbonLoadBalancerClient implements LoadBalancerClient { 
    
    ...//省略代码
    
    @Override
        public ServiceInstance choose(String serviceId) {
            Server server = getServer(serviceId);
            if (server == null) {
                return null;
            }
            return new RibbonServer(serviceId, server, isSecure(server, serviceId),
                    serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server));
        }
    
    
    
    protected Server getServer(String serviceId) {
            return getServer(getLoadBalancer(serviceId));
       }
    
    
    protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer) {
            if (loadBalancer == null) {
                return null;
            }
            return loadBalancer.chooseServer("default"); // TODO: better handling of key
        }
    
    
    protected ILoadBalancer getLoadBalancer(String serviceId) {
            return this.clientFactory.getLoadBalancer(serviceId);
        }
    
        ...//省略代码

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在RibbonLoadBalancerClient的源码中，其中choose()方法是选择具体服务实例的一个方法。该方法通过getServer()方法去获取实例，经过源码跟踪，最终交给了ILoadBalancer类去选择服务实例。

ILoadBalancer在ribbon-loadbalancer的jar包下,它是定义了实现软件负载均衡的一个接口，它需要一组可供选择的服务注册列表信息，以及根据特定方法去选择服务，它的源码如下 ：

public interface ILoadBalancer {
    
        public void addServers(List<Server> newServers);
        public Server chooseServer(Object key);
        public void markServerDown(Server server);
        public List<Server> getReachableServers();
        public List<Server> getAllServers();
    }

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其中，addServers()方法是添加一个Server集合；chooseServer()方法是根据key去获取Server；markServerDown()方法用来标记某个服务下线；getReachableServers()获取可用的Server集合；getAllServers()获取所有的Server集合。

## DynamicServerListLoadBalancer ##

它的继承类为BaseLoadBalancer，它的实现类为DynamicServerListLoadBalancer，这三者之间的关系如下：

![image.png][image.png 1]

查看上述三个类的源码，可用发现，配置以下信息，IClientConfig、IRule、IPing、ServerList、ServerListFilter和ILoadBalancer，查看BaseLoadBalancer类，它默认的情况下，实现了以下配置：

*  IClientConfig ribbonClientConfig: DefaultClientConfigImpl配置
 *  IRule ribbonRule: RoundRobinRule 路由策略
 *  IPing ribbonPing: DummyPing
 *  ServerList ribbonServerList: ConfigurationBasedServerList
 *  ServerListFilter ribbonServerListFilter: ZonePreferenceServerListFilter
 *  ILoadBalancer ribbonLoadBalancer: ZoneAwareLoadBalancer

IClientConfig 用于对客户端或者负载均衡的配置，它的默认实现类为DefaultClientConfigImpl。

IRule用于复杂均衡的策略，它有三个方法，其中choose()是根据key 来获取server,setLoadBalancer()和getLoadBalancer()是用来设置和获取ILoadBalancer的，它的源码如下：

public interface IRule{
    
        public Server choose(Object key);
    
        public void setLoadBalancer(ILoadBalancer lb);
    
        public ILoadBalancer getLoadBalancer();    
    }

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IRule有很多默认的实现类，这些实现类根据不同的算法和逻辑来处理负载均衡。Ribbon实现的IRule有一下。在大多数情况下，这些默认的实现类是可以满足需求的，如果有特性的需求，可以自己实现。

*  BestAvailableRule 选择最小请求数
 *  ClientConfigEnabledRoundRobinRule 轮询
 *  RandomRule 随机选择一个server
 *  RoundRobinRule 轮询选择server
 *  RetryRule 根据轮询的方式重试
 *  WeightedResponseTimeRule 根据响应时间去分配一个weight ，weight越低，被选择的可能性就越低
 *  ZoneAvoidanceRule 根据server的zone区域和可用性来轮询选择

![image.png][image.png 2]

IPing是用来想server发生”ping”，来判断该server是否有响应，从而判断该server是否可用。它有一个isAlive()方法，它的源码如下：

public interface IPing {
        public boolean isAlive(Server server);
    }

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IPing的实现类有PingUrl、PingConstant、NoOpPing、DummyPing和NIWSDiscoveryPing。它门之间的关系如下：

![image.png][image.png 3]

*  PingUrl 真实的去ping 某个url，判断其是否alive
 *  PingConstant 固定返回某服务是否可用，默认返回true，即可用
 *  NoOpPing 不去ping,直接返回true,即可用。
 *  DummyPing 直接返回true，并实现了initWithNiwsConfig方法。
 *  NIWSDiscoveryPing，根据DiscoveryEnabledServer的InstanceInfo的InstanceStatus去判断，如果为InstanceStatus.UP，则为可用，否则不可用。

ServerList是定义获取所有的server的注册列表信息的接口，它的代码如下：

public interface ServerList<T extends Server> { 
    
        public List<T> getInitialListOfServers();
        public List<T> getUpdatedListOfServers();   
    
    }

ServerListFilter接口，定于了可根据配置去过滤或者根据特性动态获取符合条件的server列表的方法，代码如下：

public interface ServerListFilter<T extends Server> { 
    
        public List<T> getFilteredListOfServers(List<T> servers);
    
    }

阅读DynamicServerListLoadBalancer的源码，DynamicServerListLoadBalancer的构造函数中有个initWithNiwsConfig()方法。在改方法中，经过一系列的初始化配置，最终执行了restOfInit()方法。其代码如下：

public DynamicServerListLoadBalancer(IClientConfig clientConfig) {
            initWithNiwsConfig(clientConfig);
        }
    
        @Override
        public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) {
            try {
                super.initWithNiwsConfig(clientConfig);
                String niwsServerListClassName = clientConfig.getPropertyAsString(
                        CommonClientConfigKey.NIWSServerListClassName,
                        DefaultClientConfigImpl.DEFAULT_SEVER_LIST_CLASS);
    
                ServerList<T> niwsServerListImpl = (ServerList<T>) ClientFactory
                        .instantiateInstanceWithClientConfig(niwsServerListClassName, clientConfig);
                this.serverListImpl = niwsServerListImpl;
    
                if (niwsServerListImpl instanceof AbstractServerList) {
                    AbstractServerListFilter<T> niwsFilter = ((AbstractServerList) niwsServerListImpl)
                            .getFilterImpl(clientConfig);
                    niwsFilter.setLoadBalancerStats(getLoadBalancerStats());
                    this.filter = niwsFilter;
                }
    
                String serverListUpdaterClassName = clientConfig.getPropertyAsString(
                        CommonClientConfigKey.ServerListUpdaterClassName,
                        DefaultClientConfigImpl.DEFAULT_SERVER_LIST_UPDATER_CLASS
                );
    
                this.serverListUpdater = (ServerListUpdater) ClientFactory
                        .instantiateInstanceWithClientConfig(serverListUpdaterClassName, clientConfig);
    
                restOfInit(clientConfig);
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(
                        "Exception while initializing NIWSDiscoveryLoadBalancer:"
                                + clientConfig.getClientName()
                                + ", niwsClientConfig:" + clientConfig, e);
            }
        }

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在restOfInit()方法上，有一个 updateListOfServers()的方法，该方法是用来获取所有的ServerList的。

void restOfInit(IClientConfig clientConfig) {
            boolean primeConnection = this.isEnablePrimingConnections();
            // turn this off to avoid duplicated asynchronous priming done in BaseLoadBalancer.setServerList()
            this.setEnablePrimingConnections(false);
            enableAndInitLearnNewServersFeature();
    
            updateListOfServers();
            if (primeConnection && this.getPrimeConnections() != null) {
                this.getPrimeConnections()
                        .primeConnections(getReachableServers());
            }
            this.setEnablePrimingConnections(primeConnection);
            LOGGER.info("DynamicServerListLoadBalancer for client {} initialized: {}", clientConfig.getClientName(), this.toString());
        }

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进一步跟踪updateListOfServers()方法的源码，最终由serverListImpl.getUpdatedListOfServers()获取所有的服务列表的，代码如下：

@VisibleForTesting
        public void updateListOfServers() {
            List<T> servers = new ArrayList<T>();
            if (serverListImpl != null) {
                servers = serverListImpl.getUpdatedListOfServers();
                LOGGER.debug("List of Servers for {} obtained from Discovery client: {}",
                        getIdentifier(), servers);
    
                if (filter != null) {
                    servers = filter.getFilteredListOfServers(servers);
                    LOGGER.debug("Filtered List of Servers for {} obtained from Discovery client: {}",
                            getIdentifier(), servers);
                }
            }
            updateAllServerList(servers);
        }

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而serverListImpl是ServerList接口的具体实现类。跟踪代码，ServerList的实现类为DiscoveryEnabledNIWSServerList，在ribbon-eureka.jar的com.netflix.niws.loadbalancer下。其中DiscoveryEnabledNIWSServerList有 getInitialListOfServers()和getUpdatedListOfServers()方法，具体代码如下：

@Override
        public List<DiscoveryEnabledServer> getInitialListOfServers(){
            return obtainServersViaDiscovery();
        }
    
        @Override
        public List<DiscoveryEnabledServer> getUpdatedListOfServers(){
            return obtainServersViaDiscovery();
        }

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继续跟踪源码，obtainServersViaDiscovery（），是根据eurekaClientProvider.get()来回去EurekaClient，再根据EurekaClient来获取注册列表信息，代码如下：

private List<DiscoveryEnabledServer> obtainServersViaDiscovery() {
            List<DiscoveryEnabledServer> serverList = new ArrayList<DiscoveryEnabledServer>();
    
            if (eurekaClientProvider == null || eurekaClientProvider.get() == null) {
                logger.warn("EurekaClient has not been initialized yet, returning an empty list");
                return new ArrayList<DiscoveryEnabledServer>();
            }
    
            EurekaClient eurekaClient = eurekaClientProvider.get();
            if (vipAddresses!=null){
                for (String vipAddress : vipAddresses.split(",")) {
                    // if targetRegion is null, it will be interpreted as the same region of client
                    List<InstanceInfo> listOfInstanceInfo = eurekaClient.getInstancesByVipAddress(vipAddress, isSecure, targetRegion);
                    for (InstanceInfo ii : listOfInstanceInfo) {
                        if (ii.getStatus().equals(InstanceStatus.UP)) {
    
                            if(shouldUseOverridePort){
                                if(logger.isDebugEnabled()){
                                    logger.debug("Overriding port on client name: " + clientName + " to " + overridePort);
                                }
    
                                // copy is necessary since the InstanceInfo builder just uses the original reference,
                                // and we don't want to corrupt the global eureka copy of the object which may be
                                // used by other clients in our system
                                InstanceInfo copy = new InstanceInfo(ii);
    
                                if(isSecure){
                                    ii = new InstanceInfo.Builder(copy).setSecurePort(overridePort).build();
                                }else{
                                    ii = new InstanceInfo.Builder(copy).setPort(overridePort).build();
                                }
                            }
    
                            DiscoveryEnabledServer des = new DiscoveryEnabledServer(ii, isSecure, shouldUseIpAddr);
                            des.setZone(DiscoveryClient.getZone(ii));
                            serverList.add(des);
                        }
                    }
                    if (serverList.size()>0 && prioritizeVipAddressBasedServers){
                        break; // if the current vipAddress has servers, we dont use subsequent vipAddress based servers
                    }
                }
            }
            return serverList;
        }

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其中eurekaClientProvider的实现类是LegacyEurekaClientProvider，它是一个获取eurekaClient类，通过静态的方法去获取eurekaClient，其代码如下：

class LegacyEurekaClientProvider implements Provider<EurekaClient> { 
    
        private volatile EurekaClient eurekaClient;
    
        @Override
        public synchronized EurekaClient get() {
            if (eurekaClient == null) {
                eurekaClient = DiscoveryManager.getInstance().getDiscoveryClient();
            }
    
            return eurekaClient;
        }
    }

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EurekaClient的实现类为DiscoveryClient，在之前已经分析了它具有服务注册、获取服务注册列表等的全部功能。

由此可见，负载均衡器是从EurekaClient获取服务信息，并根据IRule去路由，并且根据IPing去判断服务的可用性。

那么现在还有个问题，负载均衡器多久一次去获取一次从Eureka Client获取注册信息呢。

在BaseLoadBalancer类下，BaseLoadBalancer的构造函数，该构造函数开启了一个PingTask任务，代码如下：

public BaseLoadBalancer(String name, IRule rule, LoadBalancerStats stats,
                IPing ping, IPingStrategy pingStrategy) {
            ...//代码省略
            setupPingTask();
             ...//代码省略
        }

setupPingTask()的具体代码逻辑，它开启了ShutdownEnabledTimer执行PingTask任务，在默认情况下pingIntervalSeconds为10，即每10秒钟，想EurekaClient发送一次”ping”。

void setupPingTask() {
            if (canSkipPing()) {
                return;
            }
            if (lbTimer != null) {
                lbTimer.cancel();
            }
            lbTimer = new ShutdownEnabledTimer("NFLoadBalancer-PingTimer-" + name,
                    true);
            lbTimer.schedule(new PingTask(), 0, pingIntervalSeconds * 1000);
            forceQuickPing();
        }

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PingTask源码，即new一个Pinger对象，并执行runPinger()方法。

class PingTask extends TimerTask { 
            public void run() {
                try {
                    new Pinger(pingStrategy).runPinger();
                } catch (Exception e) {
                    logger.error("LoadBalancer [{}]: Error pinging", name, e);
                }
            }
        }

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查看Pinger的runPinger()方法，最终根据 pingerStrategy.pingServers(ping, allServers)来获取服务的可用性，如果该返回结果，如之前相同，则不去向EurekaClient获取注册列表，如果不同则通知ServerStatusChangeListener或者changeListeners发生了改变，进行更新或者重新拉取。

public void runPinger() throws Exception {
                if (!pingInProgress.compareAndSet(false, true)) { 
                    return; // Ping in progress - nothing to do
                }
    
                // we are "in" - we get to Ping
    
                Server[] allServers = null;
                boolean[] results = null;
    
                Lock allLock = null;
                Lock upLock = null;
    
                try {
                    /* * The readLock should be free unless an addServer operation is * going on... */
                    allLock = allServerLock.readLock();
                    allLock.lock();
                    allServers = allServerList.toArray(new Server[allServerList.size()]);
                    allLock.unlock();
    
                    int numCandidates = allServers.length;
                    results = pingerStrategy.pingServers(ping, allServers);
    
                    final List<Server> newUpList = new ArrayList<Server>();
                    final List<Server> changedServers = new ArrayList<Server>();
    
                    for (int i = 0; i < numCandidates; i++) {
                        boolean isAlive = results[i];
                        Server svr = allServers[i];
                        boolean oldIsAlive = svr.isAlive();
    
                        svr.setAlive(isAlive);
    
                        if (oldIsAlive != isAlive) {
                            changedServers.add(svr);
                            logger.debug("LoadBalancer [{}]: Server [{}] status changed to {}", 
                                name, svr.getId(), (isAlive ? "ALIVE" : "DEAD"));
                        }
    
                        if (isAlive) {
                            newUpList.add(svr);
                        }
                    }
                    upLock = upServerLock.writeLock();
                    upLock.lock();
                    upServerList = newUpList;
                    upLock.unlock();
    
                    notifyServerStatusChangeListener(changedServers);
                } finally {
                    pingInProgress.set(false);
                }
            }

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由此可见，LoadBalancerClient是在初始化的时候，会向Eureka回去服务注册列表，并且向通过10s一次向EurekaClient发送“ping”，来判断服务的可用性，如果服务的可用性发生了改变或者服务数量和之前的不一致，则更新或者重新拉取。LoadBalancerClient有了这些服务注册列表，就可以根据具体的IRule来进行负载均衡。

## RestTemplate是如何和Ribbon结合的 ##

最后，回答问题的本质，为什么在RestTemplate加一个@LoadBalance注解就可可以开启负载均衡呢？

@LoadBalanced RestTemplate restTemplate() {
            return new RestTemplate();
        }

全局搜索ctr+shift+f @LoadBalanced有哪些类用到了LoadBalanced有哪些类用到了， 发现LoadBalancerAutoConfiguration类，即LoadBalancer自动配置类。

@Configuration
    @ConditionalOnClass(RestTemplate.class)
    @ConditionalOnBean(LoadBalancerClient.class)
    @EnableConfigurationProperties(LoadBalancerRetryProperties.class)
    public class LoadBalancerAutoConfiguration { 
    
    @LoadBalanced
        @Autowired(required = false)
        private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();
    }
        @Bean
        public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializer(
                final List<RestTemplateCustomizer> customizers) {
            return new SmartInitializingSingleton() {
                @Override
                public void afterSingletonsInstantiated() {
                    for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {
                        for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {
                            customizer.customize(restTemplate);
                        }
                    }
                }
            };
        }
    
    
        @Configuration
        @ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
        static class LoadBalancerInterceptorConfig {
            @Bean
            public LoadBalancerInterceptor ribbonInterceptor(
                    LoadBalancerClient loadBalancerClient,
                    LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {
                return new LoadBalancerInterceptor(loadBalancerClient, requestFactory);
            }
    
            @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);
                    }
                };
            }
        }
    
    }

在该类中，首先维护了一个被@LoadBalanced修饰的RestTemplate对象的List，在初始化的过程中，通过调用customizer.customize(restTemplate)方法来给RestTemplate增加拦截器LoadBalancerInterceptor。

而LoadBalancerInterceptor，用于实时拦截，在LoadBalancerInterceptor这里实现来负载均衡。LoadBalancerInterceptor的拦截方法如下：

@Override
        public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
                final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
            final URI originalUri = request.getURI();
            String serviceName = originalUri.getHost();
            Assert.state(serviceName != null, "Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);
            return this.loadBalancer.execute(serviceName, requestFactory.createRequest(request, body, execution));
        }

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## 总结 ##

综上所述，Ribbon的负载均衡，主要通过LoadBalancerClient来实现的，而LoadBalancerClient具体交给了ILoadBalancer来处理，ILoadBalancer通过配置IRule、IPing等信息，并向EurekaClient获取注册列表的信息，并默认10秒一次向EurekaClient发送“ping”,进而检查是否更新服务列表，最后，得到注册列表后，ILoadBalancer根据IRule的策略进行负载均衡。

而RestTemplate 被@LoadBalance注解后，能过用负载均衡，主要是维护了一个被@LoadBalance注解的RestTemplate列表，并给列表中的RestTemplate添加拦截器，进而交给负载均衡器去处理。

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