SpringCloud微服务教程：初学者的全面指南-原创手记-慕课网

概述

Spring Cloud微服务教程介绍了Spring Cloud框架的基础概念，包括服务发现、配置中心和负载均衡等核心功能。文章详细阐述了如何搭建Spring Cloud环境，并通过示例展示了服务注册与发现、配置中心使用、负载均衡以及服务容错的实现方法。Spring Cloud微服务教程旨在帮助开发者快速构建高可用、可扩展的分布式应用系统。

SpringCloud微服务教程：初学者的全面指南

1. Spring Cloud简介

1.1 什么是Spring Cloud

Spring Cloud是基于Spring Boot构建的一整套微服务框架，它提供了诸如服务发现、配置中心、路由网关、负载均衡、断路器等一系列微服务解决方案。Spring Cloud旨在简化分布式系统中实现一些常见的模式和约定的开发，使得开发者可以快速构建分布式应用系统。

1.2 Spring Cloud的核心概念

服务发现（Service Registry）：服务发现是微服务架构中的重要概念，它允许服务实例在启动时向服务注册中心注册自身，并且能够在运行期间随时更新其状态。服务消费者则能够通过服务注册中心查找服务实例，进而进行服务调用。
配置中心（Config Center）：配置中心用于集中化管理应用配置，支持动态更新，可以避免每个服务实例都维护一套独立的配置文件，降低了配置维护的复杂度。
路由网关（Route Gateway）：路由网关作为服务前端入口，负责将外部请求路由到后端不同的服务实例上，起到统一入口的作用。
断路器（Circuit Breaker）：断路器是一种容错机制，用于监控和防止分布式系统中的故障扩散，它可以在服务调用失败率过高时自动切断服务调用，避免故障雪崩效应。
负载均衡（Load Balancer）：负载均衡将网络流量分配到不同的服务器或服务实例上，以提高整个系统的性能、响应速度和可靠性。

1.3 Spring Cloud的优势

简化分布式系统开发：Spring Cloud提供了一系列组件来简化分布式系统开发，如服务发现、配置中心、负载均衡等。
快速构建微服务应用：Spring Cloud能够快速实现服务的拆分和组合，从而构建出高可用、可扩展的微服务应用。
全面的微服务解决方案：Spring Cloud不仅提供了服务的管理功能，还集成了很多现成的服务，如Ribbon、Hystrix、Zuul等，帮助开发者快速搭建完整的微服务架构。
易于集成：Spring Cloud基于Spring Boot构建，可以方便地集成到已有的Spring Boot项目中，降低了学习曲线。

2. Spring Cloud环境搭建

2.1 开发环境准备

Spring Cloud的运行环境主要依赖于Java环境和各种开发工具，如IntelliJ IDEA或Eclipse等。此外，还需要安装Maven作为项目构建工具。

Java环境

确保已安装JDK 1.8及以上版本。

java -version

Maven环境

确保已安装Maven 3.5及以上版本。

mvn -v

2.2 创建Spring Boot项目

使用Spring Initializr或者Spring Boot CLI来创建一个新的Spring Boot项目。

使用Spring Initializr创建项目

访问Spring Initializr。
选择项目的基本信息，如Spring Boot版本、Java版本、项目名、包名。
在“Dependencies”标签页中选择所需的依赖，例如Spring Web、Spring Cloud Starter Eureka。
点击“Generate”按钮生成项目文件。
下载解压项目文件，然后导入到开发工具中进行编辑。

使用Spring Boot CLI创建项目

使用Spring Boot CLI从命令行创建Spring Boot项目。

spring init --dependencies=web,cloud-eureka-client --groupId=com.example --artifactId=serviceA

2.3 集成Spring Cloud依赖

在项目中集成Spring Cloud依赖，可以在pom.xml文件中添加相应的依赖。

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

3. 服务发现与注册

3.1 Eureka服务注册与发现

Eureka是Netflix开源的一个服务注册与发现框架，主要用于构建服务网格架构中的服务治理组件。Eureka服务端提供服务注册和发现的功能，客户端通过向服务端发送心跳来维持自己的可用性，同时从服务端获取其他服务的地址信息并进行服务调用。

创建Eureka服务端

创建一个新的Spring Boot项目。
在pom.xml文件中添加Eureka服务端依赖。

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
       . . .

在application.yml文件中配置Eureka服务端。

server:
  port: 8761
spring:
  application:
  name: eureka-service
eureka:
  instance:
  hostname: localhost
 client:
  register-with-eureka: false
  fetch-registry: false
  # 设置服务端的地址，即服务端提供发现的地址
  service-url:
    defaultZone: http://${eureka.instance.hostname}:${server.port}/eureka/

创建启动类，并添加@EnableEurekaServer注解。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;

@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaServerApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(EurekaServerApplication.class, args);
    }
}

创建Eureka客户端

创建一个新的Spring Boot项目。
在pom.xml文件中添加Eureka客户端依赖。

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

在application.yml文件中配置Eureka客户端。

server:
 port: 8080
spring:
 application:
  name: serviceA
eureka:
 instance:
  hostname: localhost
 client:
  # 设置服务端的地址，即服务端提供发现的地址
  service-url:
    defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

创建启动类，并添加@EnableDiscoveryClient注解。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.EnableEurekaClient;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.annotation.EnableEurekaClient;

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class EurekaClientApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(EurekaClientApplication.class, args);
    }
}

3.2 使用Feign实现服务调用

Feign是一个声明式的web服务客户端，它使得编写web服务客户端变得非常容易。Feign提供了一种优雅的使用HTTP请求进行远程服务调用的模式，它还支持了Ribbon的负载均衡功能。

创建Feign客户端

在项目中添加Feign客户端依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
</dependency>

在主启动类上添加@EnableFeignClients注解。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.EnableEurekaClient;
import org.springframework.cloud.openfeign.EnableFeignClients;

@EnableFeignClients
@EnableEurekaClient
@SpringBootApplication
public class EurekaClientFeignApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(EurekaClientFeignApplication.class, args);
    }
}

创建Feign客户端接口。

import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;

@FeignClient(name = "serviceB")
public interface ServiceBClient {
    @GetMapping("/api/hello")
    String hello();
}

在服务中使用Feign客户端。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class ServiceAClientController {
    @Autowired
    private ServiceBClient serviceBClient;

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, " + serviceBClient.hello();
    }
}

4. 配置中心的使用

4.1 配置中心的概念

配置中心用于集中化管理应用配置，支持动态更新，可以避免每个服务实例都维护一套独立的配置文件，降低了配置维护的复杂度。通过配置中心，可以实现配置的版本管理和灰度发布。

4.2 使用Spring Cloud Config实现配置管理

Spring Cloud Config提供了集中化、外部化的配置管理方案。它可以将所有的外部配置文件放置在一个集中式的服务器中，然后各个应用可以根据自身的需求，通过配置中心获取对应的配置信息。这样不仅可以减少配置文件的维护成本，还可以方便地进行环境切换。

创建Spring Cloud Config服务器

创建一个新的Spring Boot项目。
在pom.xml文件中添加Spring Cloud Config服务器依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-config-server</artifactId>
</dependency>

在application.yml文件中配置Spring Cloud Config服务器。

server:
 port: 8888
spring:
 application:
  name: config-server
cloud:
 config:
  server:
   git:
    uri: git@github.com:username/repo.git
    search-paths: config

创建启动类，并添加@EnableConfigServer注解。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.config.server.EnableConfigServer;

@EnableConfigServer
@SpringBootApplication
public class ConfigServerApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConfigServerApplication.class, args);
    }
}

创建Spring Cloud Config客户端

在客户端项目中添加Spring Cloud Config客户端依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-config</artifactId>
</dependency>

在bootstrap.yml文件中配置Spring Cloud Config客户端。

spring:
 application:
  name: serviceA
cloud:
 config:
  uri: http://localhost:8888

在客户端项目中使用配置。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/config")
public class ConfigController {
    @Value("${greeting.message:Hello}")
    private String message;

    @GetMapping("/message")
    public String getMessage() {
        return message;
    }
}

创建启动类，并添加@EnableDiscoveryClient注解。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.EnableEurekaClient;

@EnableEurekaClient
@SpringBootApplication
public class ConfigClientApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConfigClientApplication.class, args);
    }
}

5. 负载均衡与路由

5.1 Ribbon负载均衡原理

Ribbon是一个基于客户端的负载均衡工具，它可与Eureka服务发现组件配合使用，将网络流量合理地分配到不同的服务实例上。Ribbon通过一系列策略来实现负载均衡，如轮询、随机选择、最少活跃线程数等。

使用Ribbon进行负载均衡

在项目中添加Ribbon依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
</dependency>

在Feign客户端接口中使用Ribbon。

import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;

@FeignClient(name = "serviceB", configuration = ServiceBClient.class)
public interface ServiceBClient {
    @GetMapping("/api/hello")
    String hello();
}

在Feign客户端配置类中配置Ribbon。

import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClient;
import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClients;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import com.netflix.loadbalancer.RoundRobinRule;

@Configuration
public class ServiceBClientConfig {
    @Bean
    public IRule ribbonRule() {
        return new RoundRobinRule();
    }
}

5.2 Zuul路由网关的使用

Zuul是Netflix开源的一个基于Java的路由服务，主要为Spring Cloud微服务提供了路由服务，它可以将客户端请求路由到后端不同的服务实例上，起到统一入口的作用。Zuul还提供了过滤器机制，可以用来实现请求的预处理和后处理，如身份验证、请求检查、响应缓存等。

创建Zuul路由网关

创建一个新的Spring Boot项目。
在pom.xml文件中添加Zuul路由网关依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-zuul</artifactId>
</dependency>

在application.yml文件中配置Zuul路由网关。

server:
 port: 9000
spring:
 application:
  name: api-gateway
zuul:
 routes:
  service-a:
   path: /api/sa/**
   sensitive-url: false
   serviceId: serviceA
  service-b:
   path: /api/sb/**
   sensitive-url: false
   serviceId: serviceB

创建启动类，并添加@EnableZuulProxy注解。

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.EnableEurekaClient;
import org.springframework.cloud.netflix.zuul.EnableZuulProxy;

@EnableZuulProxy
@EnableEurekaClient
@SpringBootApplication
public class ZuulGatewayApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ZuulGatewayApplication.class, args);
    }
}

6. 服务容错与故障转移

6.1 Hystrix断路器的使用

Hystrix是一个延迟和容错库，可以实现线程隔离和断路器等功能。Hystrix可以通过熔断机制来拦截错误请求，防止它们对整个服务产生影响。当一个服务调用出现异常时，Hystrix会记录该异常并触发断路器动作，以防止后续的请求继续调用该服务，从而保护整个系统不受连锁故障的影响。

使用Hystrix进行服务容错

在项目中添加Hystrix依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix</artifactId>
</dependency>

在Feign客户端接口中使用Hystrix。

import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClient;
import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClientConfiguration;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;

@FeignClient(name = "serviceB", configuration = ServiceBClient.class)
public interface ServiceBClient {
    @GetMapping("/api/hello")
    String hello();
}

在Feign客户端配置类中配置Hystrix。

import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClientConfiguration;
import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClients;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandGroupKey;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandKey;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandProperties;
import com.netflix.hystrix.HystrixThreadPoolProperties;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationSemaphoreMaxConcurrentCount;

@Configuration
@RibbonClients(
    defaultConfiguration = ServiceBClient.class
)
public class ServiceBClientConfig extends FeignClientConfiguration {
    @Bean
    public HystrixCommandProperties.Setter setter() {
        return HystrixCommandProperties.Setter()
            .withExecutionIsolationStrategy(ExecutionIsolationStrategy.SEMAPHORE)
            .withExecutionIsolationSemaphoreMaxConcurrentCount(10);
    }
}

6.2 断路器对微服务的影响

断路器机制可以有效防止故障扩散，当某个服务不可用时，断路器会启动，拦截后续对该服务的请求，并返回失败信息，避免客户端调用方陷入等待，进而导致系统崩溃。此外，当服务恢复正常后，断路器会自动切换回正常模式，继续提供服务。

模拟服务异常情况

在服务B中模拟服务异常。

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class ServiceBController {
    public ServiceBController() {
        throw new RuntimeException("Service is down");
    }

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello from serviceB";
    }
}

在服务A中调用服务B。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class ServiceAClientController {
    @Autowired
    private ServiceBClient serviceBClient;

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, " + serviceBClient.hello();
    }
}

通过上述示例，可以看到在服务B不可用时，断路器机制能够有效地保护服务A不受影响，并且在服务B恢复正常后，服务A也能够正常地调用服务B。