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SpringCloud學習：從入門到初級實戰教程

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Spring Cloud

概述

本文提供了SpringCloud学习的全面指南，从环境搭建到快速入门示例，涵盖了服务注册与发现、服务网关、服务熔断与降级以及配置中心等核心知识点。通过实战案例，读者可以构建一个简单的微服务应用，综合运用SpringCloud的各项功能。

SpringCloud学习：从入门到初级实战教程

SpringCloud简介与环境搭建

SpringCloud是什么

Spring Cloud是一个基于Spring Boot的微服务框架。它为开发者提供了在分布式系统（如配置管理、服务发现、断路器、路由、微服务RPC调用等）中快速构建应用程序的能力。Spring Cloud简化了分布式系统中的一些常见问题，例如服务治理、负载均衡、配置中心等。它可以帮助开发者快速构建出稳定、易维护的分布式系统。

开发环境搭建

开发Spring Cloud应用需要搭建一个适合的开发环境。以下是环境搭建的基本步骤：

安装JDK
- 下载并安装最新的JDK版本。确保环境变量设置正确，可以通过命令 java -version 验证安装。
安装Maven
- 下载并安装Maven。同样需要配置环境变量，并通过命令 mvn -v 验证。
安装IDE
- 推荐使用IntelliJ IDEA或者Eclipse。安装并配置好这些开发工具，创建新的Spring Boot项目。
配置IDE环境
- 在IntelliJ IDEA中，可以通过File -> Settings -> Plugins 安装Spring Boot相关插件。
- 在Eclipse中，可以通过Help -> Eclipse Marketplace 安装Spring Tools Suite。

快速入门示例

创建第一个Spring Boot应用

创建一个新的Spring Boot项目。
配置pom.xml文件，添加Spring Boot和Spring Cloud的依赖。例如：

<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-server</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
            <version>2021.0.1</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>

创建Spring Boot应用启动类，例如：

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);
    }
}

启动应用。可以使用IDE的Run功能或者命令行 mvn spring-boot:run。

创建第一个微服务

创建一个新的Spring Boot项目。
配置pom.xml文件，添加Spring Boot和Spring Cloud的依赖。例如：

<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>

创建Spring Boot应用启动类，例如：

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

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

添加Eureka服务注册配置，例如：

spring:
  application:
    name: microservice
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

创建微服务控制器，例如：

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

@RestController
public class MicroserviceController {

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, Microservice!";
    }
}

启动应用。可以使用IDE的Run功能或者命令行 mvn spring-boot:run。

服务注册与发现

Eureka服务注册与发现原理

Eureka是Netflix公司开源的一个基于REST的服务发现组件，它提供了服务注册、服务发现以及服务管理的功能。Eureka服务分为服务端（Eureka Server）和客户端（Eureka Client）。服务端负责注册服务和管理服务，客户端负责将服务注册到服务端并获取其他服务的信息。

服务注册
- 服务端接收服务的注册请求，将服务的信息保存在内存中。
- 服务端的注册信息包括服务实例的名称、网络地址、健康状态等。
服务发现
- 客户端在启动时会向服务端注册，同时发现并绑定到服务端。
- 客户端会定期与服务端进行心跳通信，更新服务状态。
- 客户端通过服务端获取其他服务的地址和端口，实现服务的调用。

Eureka服务注册与发现实践

通过上面的快速入门示例，我们已经搭建了一个简单的Eureka服务注册与发现系统。下面通过代码示例进一步展示如何实现服务间通信。

配置Eureka Server

spring:
  application:
    name: eureka-server
server:
  port: 8761
eureka:
  instance:
    hostname: localhost
  client:
    register-with-eureka: false
    fetch-registry: false

配置Eureka Client

spring:
  application:
    name: microservice
server:
  port: 8080
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

创建服务调用

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.cloud.client.discovery.DiscoveryClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class ServiceController {

    @Autowired
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    @GetMapping("/services")
    public String services() {
        return "Available services: " + discoveryClient.getServices();
    }
}

在上述代码中，DiscoveryClient用于发现和获取其他服务的信息。通过getServices()方法可以获取所有注册的服务名称。

服务网关

Zuul服务网关简介

Zuul是Netflix公司开源的一个基于Java的路由和服务网关组件。它提供了一组过滤器，可以实现路由转发、服务容错等功能，同时作为服务的统一入口，提供了API的安全防护。

Zuul的工作原理

路由转发
- Zuul作为请求的统一入口，接收客户端的请求。
- Zuul根据请求的路由规则，将请求转发到相应的服务实例。
- 请求的路由规则可以配置在配置文件中。
服务容错
- Zuul可以配置多种过滤器，实现服务容错功能。
- 过滤器可以实现链路追踪、请求重试、超时处理等功能，提高系统的健壮性。

使用Zuul构建服务网关

下面通过代码示例展示如何使用Zuul构建一个服务网关。

创建Zuul Gateway

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

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

配置路由规则

spring:
  application:
    name: zuul-gateway
server:
  port: 8081
zuul:
  routes:
    microservice:
      path: /microservice/**
      serviceId: microservice

创建客户端服务调用

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

@FeignClient(name = "microservice", url = "http://localhost:8080")
public interface MicroserviceClient {

    @RequestMapping("/hello")
    String hello();
}

创建服务调用控制器

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

@RestController
public class GatewayController {

    @FeignClient(name = "microservice", url = "http://localhost:8080")
    private MicroserviceClient microserviceClient;

    @GetMapping("/microservice/hello")
    public String hello() {
        return microserviceClient.hello();
    }
}

通过上述代码，我们创建了一个Zuul Gateway，配置了路由规则，并通过控制台输出了路由信息。

服务熔断与降级

Hystrix原理介绍

Hystrix是Netflix公司开源的一个用于处理分布式系统延迟和容错的库。它提供了断路器、线程隔离、请求缓存、请求合并等功能，帮助微服务实现容错机制。

Hystrix的工作原理

断路器
- Hystrix使用断路器模式，当服务调用失败次数超过阈值时，断路器会打开，阻止后续的请求。
- 断路器会定期检测服务的健康状态，如果服务恢复了正常，则断路器会关闭，允许正常的请求通过。
线程隔离
- Hystrix使用线程池来隔离服务调用，防止一个服务调用占用过多资源，影响其他服务的调用。
请求缓存
- Hystrix提供了请求缓存功能，可以缓存请求的返回结果，减少服务调用的次数，提高系统的响应速度。
请求合并
- Hystrix可以将多个请求合并成一个请求，减少服务的调用次数，提高系统的吞吐量。

实现服务熔断与降级

下面通过代码示例展示如何使用Hystrix实现服务熔断与降级。

创建服务端

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);
    }
}

创建客户端

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

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

配置服务端

spring:
 application:
    name: eureka-server
server:
  port: 8761
eureka:
 instance:
    hostname: localhost
 client:
    register-with-eureka: false
    fetch-registry: false

配置客户端

spring:
 application:
    name: microservice
server:
  port: 8080
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

创建服务调用

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.cloud.netflix.hystrix.contrib.javanica.annotation.HystrixCommand;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class ServiceController {

    @Autowired
    private ServiceClient serviceClient;

    @GetMapping("/service")
    @HystrixCommand(fallbackMethod = "fallbackMethod")
    public String service() {
        return serviceClient.callService();
    }

    public String fallbackMethod() {
        return "Service call failed, fallback method invoked.";
    }
}

在上述代码中，HystrixCommand注解用于标记Hystrix命令，fallbackMethod方法用于提供降级逻辑。当服务调用失败时，会调用fallbackMethod方法返回降级逻辑的返回值。

服务配置中心

Config配置中心概念

Spring Cloud Config是一个集中式的配置服务器，可以将配置文件集中管理，并通过HTTP REST API提供配置文件的获取服务。这样可以统一管理所有微服务的配置信息，简化配置管理的过程。

Config的工作原理

配置文件存储
- 配置文件可以存储在Git、SVN等版本控制系统中。
- 配置文件的路径可以配置在配置中心的配置文件中。
配置文件获取
- 客户端通过HTTP REST API向配置服务器请求配置文件。
- 配置服务器从存储系统获取配置文件，并返回给客户端。
配置文件刷新
- 客户端可以配置监听配置文件的变化，当配置文件发生变化时，客户端会自动刷新配置。

实现配置中心功能

下面通过代码示例展示如何使用Spring Cloud Config实现配置中心功能。

创建Config Server

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

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

配置Config Server

spring:
 application:
    name: config-server
server:
  port: 8888
spring:
  cloud:
    config:
      server:
        git:
          uri: https://github.com/username/repository
          username: username
          password: password

创建Config Client

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.context.config.annotation.RefreshScope;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.EnableEurekaClient;
import org.springframework.cloud.netflix.ribbon.RibbonClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

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

@RestController
public class ConfigClientController {

    @Value("${app.message}")
    private String message;

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

配置Config Client

spring:
 application:
    name: config-client
server:
  port: 8083
spring:
  cloud:
    config:
      uri: http://localhost:8888

通过上述代码，我们创建了一个Config Server和一个Config Client。Config Server从Git仓库获取配置文件，并提供给Config Client。Config Client通过HTTP REST API向Config Server请求配置文件，并将配置信息注入到应用中。

实战案例：构建简单的微服务应用

综合应用各个知识点

在本节中，我们将综合应用前面介绍的知识点，构建一个简单的微服务应用。该应用包括服务注册与发现、服务网关、服务熔断与降级、服务配置中心等功能。

微服务项目结构

Eureka Server
- 提供服务注册与发现功能。
Zuul Gateway
- 提供服务网关功能。
Microservice
- 提供业务服务功能，包括服务熔断与降级。
Config Server
- 提供服务配置中心功能。
Config Client
- 获取配置中心的配置信息。

项目配置

Eureka Server

spring:
 application:
    name: eureka-server
server:
  port: 8761
eureka:
 instance:
    hostname: localhost
 client:
    register-with-eureka: false
    fetch-registry: false

Zuul Gateway

spring:
 application:
    name: zuul-gateway
server:
  port: 8081
zuul:
  routes:
    microservice:
      path: /microservice/**
      serviceId: microservice

Microservice

spring:
 application:
    name: microservice
server:
  port: 8082
eureka:
  client:
    service-url:
      defaultZone: http://localhost:8761/eureka/

Config Server

spring:
 application:
    name: config-server
server:
  port: 8888
spring:
  cloud:
    config:
      server:
        git:
          uri: https://github.com/username/repository
          username: username
          password: password

Config Client

spring:
 application:
    name: config-client
server:
  port: 8083
spring:
  cloud:
    config:
      uri: http://localhost:8888

示例代码

Eureka Server

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);
    }
}

Zuul Gateway

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

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

Microservice

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.EnableEurekaClient;
import org.springframework.cloud.netflix.hystrix.EnableHystrix;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import org.springframework.cloud.netflix.hystrix.contrib.javanica.annotation.HystrixCommand;

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

@RestController
public class ServiceController {

    @HystrixCommand(fallbackMethod = "fallbackMethod")
    @GetMapping("/service")
    public String service() {
        return "Service call success.";
    }

    public String fallbackMethod() {
        return "Service call failed, fallback method invoked.";
    }
}

Config Server

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

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

Config Client

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.context.config.annotation.RefreshScope;

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

@RestController
public class ConfigClientController {

    @Value("${app.message}")
    private String message;

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

微服务项目实战

运行项目

启动Eureka Server。
启动Zuul Gateway。
启动Microservice。
启动Config Server。
启动Config Client。

测试服务调用

访问 http://localhost:8082/service，返回 Service call success.。
访问 http://localhost:8081/microservice/service，返回 Service call success.。
访问 http://localhost:8083/message，返回 app.message 配置项的值。

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