dubbo架构及原理
Dubbo架构及原理
--整理自官网文档
简介
Dubbo是阿里巴巴开源的一个分布式、高性能、透明化的RPC服务框架，提供服务自动注册、自动发现等高效服务治理方案。其功能主要包括：高性能NIO通讯及多协议集成，服务动态寻址与路由，软负载均衡与容错，依赖分析与降级等：
l 远程通讯：提供对多种基于长连接的NIO框架抽象封装，包括多种线程模型，序列化，以及“请求-响应”模式的信息交换方式。
l 集群容错：提供基于接口方法的透明远程过程调用，包括多协议支持，以及软负载均衡，失败容错，地址路由，动态配置等集群支持。
l 自动发现：基于注册中心目录服务，使服务消费方能动态的查找服务提供方，使地址透明，是服务提供方可以平滑增加或减少机器。
需求和背景
随着互联网的发展，网站应用的规模不断扩大，常规的垂直应用架构已无法应对，分布式服务架构以及流动计算架构势在必行，亟需一个治理系统确保架构有条不紊的演进。
· 单一应用架构
当网站流量很小时，只需一个应用，将所有功能都部署在一起，以减少部署节点和成本。此时，用于简化增删改查工作量的数据访问框架(ORM)是关键。
· 垂直应用架构
当访问量逐渐增大，单一应用增加机器带来的加速度越来越小，将应用拆成互不相干的几个应用，以提升效率。此时，用于加速前端页面开发的Web框架(MVC)是关键。
· 分布式服务架构
当垂直应用越来越多，应用之间交互不可避免，将核心业务抽取出来，作为独立的服务，逐渐形成稳定的服务中心，使前端应用能更快速的响应多变的市场需求。此时，用于提高业务复用及整合的分布式服务框架(RPC)是关键。
· 流动计算架构
当服务越来越多，容量的评估，小服务资源的浪费等问题逐渐显现，此时需增加一个调度中心基于访问压力实时管理集群容量，提高集群利用率。此时，用于提高机器利用率的资源调度和治理中心(SOA)是关键。
在大规模服务化之前，应用可能只是通过RMI或Hessian等工具，简单的暴露和引用远程服务，通过配置服务的URL地址进行调用，通过F5等硬件进行负载均衡。
(1) 当服务越来越多时，服务URL配置管理变得非常困难，F5硬件负载均衡器的单点压力也越来越大。
此时需要一个服务注册中心，动态的注册和发现服务，使服务的位置透明。 并通过在消费方获取服务提供方地址列表，实现软负载均衡和Failover，降低对F5硬件负载均衡器的依赖，也能减少部分成本。
(2) 当进一步发展，服务间依赖关系变得错踪复杂，甚至分不清哪个应用要在哪个应用之前启动，架构师都不能完整的描述应用的架构关系。
这时，需要自动画出应用间的依赖关系图，以帮助架构师理清理关系。
(3) 接着，服务的调用量越来越大，服务的容量问题就暴露出来，这个服务需要多少机器支撑？什么时候该加机器？
为了解决这些问题，第一步，要将服务现在每天的调用量，响应时间，都统计出来，作为容量规划的参考指标。 其次，要可以动态调整权重，在线上，将某台机器的权重一直加大，并在加大的过程中记录响应时间的变化，直到响应时间到达阀值，记录此时的访问量，再以此访问量乘以机器数反推总容量。
框架设计
下图是dubbo框架的设计示意图：
l 图中左边淡蓝背景的为服务消费方使用的接口，右边淡绿色背景的为服务提供方使用的接口，位于中轴线上的为双方都用到的接口。
l 图中从下至上分为十层，各层均为单向依赖，右边的黑色箭头代表层之间的依赖关系，每一层都可以剥离上层被复用，其中，Service和Config层为API，其它各层均为SPI。
l 图中绿色小块的为扩展接口，蓝色小块为实现类，图中只显示用于关联各层的实现类。
l 图中蓝色虚线为初始化过程，即启动时组装链，红色实线为方法调用过程，即运行时调时链，紫色三角箭头为继承，可以把子类看作父类的同一个节点，线上的文字为调用的方法。
各层说明：
l config配置层，对外提供配置接口，以SeviceConfig和Reference为中心，可以直接new配置类，也可以通过Spring加载配置类；
l proxy服务代理层，服务接口透明代理，生产客户端的Stub和服务器端的Skeleton，以ServiceProxy为中心，扩展接口为ProxyFactory;
l register注册中心层，封装服务地址的注册与发现，以服务URL为中心，扩展接口为RegistryFactory, Registry, RegistryService。
l cluster路由层，封装多个服务提供者的路由及负载均衡，并桥接注册中心，以Invoker为中心，扩展接口为Cluster, Router, Directory, LoadBalance；
l monitor监控层，RPC调用次数和调用时间监控，以Statistics为中心，扩展接口为MonitorFactory, Monitor, MonitorService；
l protocol远程调用层，封装RPC调用，以Invocation，Result为中心，扩展接口为Protocal, Invoker, Exporter；
l exchange信息交换层，封装请求响应模式，同步转异步，以Request, Response为中心，扩展接口为Exchanger, ExchangeChannel, ExchangeClient,ExchangeServer；
l transport网络传输层，抽象mina和netty为统一接口，以Message为中心，扩展接口为Channel, Transporter, Client, Server, Codec；
l serialize数据序列化层，可复用的一些工具，扩展接口为Serialization, ObjectInput, ObjectOutput,ThreadPool
关系说明：
l 在RPC中，Protocol是核心层，也就是只要有Protocol+Invoker+Exporter就可以完成非透明的RPC调用，然后在Invoker的主过程上Filter拦截点。
l 图中的Consumer和Provider是抽象概念，只是想让看图者更直观的了解哪些类分属于客户端和服务端，不用Client和Server的原因是Dubbo在很多场景下都使用Provider, Consumer, Registry, Monitor划分逻辑拓扑节点，保持统一概念。
l 而Cluster是外围概念，所以Cluster的目的是将多个Invoker伪装成一个Invoker，这样其他人只要关注Protocol层Invoker即可，加上Cluster或者去掉Cluster对其他层都不会造成影响，因为只有一个提供者时，是不需要Cluster的。
l Proxy层封装了所有接口的透明化代理，而在其他层都以Invoker为中心，只有到了暴露给用户使用时，才用Proxy将Invoker转成接口，或将接口实现转成Invoker，也就是去掉Proxy层RPC是可以Run的，只是不那么透明，不那么看起来像调本地服务一样调远程服务。
l 而Remoting实现是Dubbo协议的实现，如果你选择RMI协议，整个Remoting都不会用上，Remoting内部再划分为Transport传输层和Exchange信息交换层，Transport层只负责单向消息传输，是对Mina, Netty, Grizzly的抽象，它也可以扩展UDP传输，而Exchange层是在传输层之上封装了Request-Response语义。
l Registry和Monitor实际上不算一层，而是一个独立的节点，只是为了全局概览，用层的方式画在一起。
依赖关系
图例说明：
l 图中小方块Protocol, Cluster, Proxy, Service,Container, Registry, Monitor代表层或模块，蓝色的表示与业务有交互，绿色的表示只对Dubbo内部交互。
l 图中背景方块Consumer, Provider, Registry, Monitor代表部署逻辑拓普节点。
l 图中蓝色虚线为初始化时调用，红色虚线为运行时异步调用，红色实线为运行时同步调用。
l 图中只包含RPC的层，不包含Remoting的层，Remoting整体都隐含在Protocol中。
调用链
Dubbo的调用链如下：
暴露服务时序
引用服务时序
领域模型
在Dubbo的核心领域模型中：
l Protocol是服务域，它是Invoker暴露和引用的主功能入口，它负责Invoker的生命周期管理。
l Invoker是实体域，它是Dubbo的核心模型，其他模型都向它靠拢，或转换成它，它代表一个可执行体，可向它发起invoke调用，它有可能是一个本地的实现，也可能是一个远程的实现，也可能一个集群实现。
l Invocation是会话域，它持有调用过程中的变量，比如方法名，参数等。
基本原则
l 采用Microkernel+ Plugin模式，Microkernel只负责组装Plugin，Dubbo自身的功能也是通过扩展点实现的，也就是Dubbo的所有功能点都可被用户自定义扩展所替换。
l 采用URL作为配置信息的统一格式，所有扩展点都通过传递URL携带配置信息