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花一个周末,掌握 SpringCloud OpenFeign 核心原理

前言

现在的微服务在互联网圈子里应用已经相关广泛了,SpringCloud 是微服务领域当之无愧的 "头牌"

加上现在的一些轮子项目,新建一个全套的 SpringCloud 项目分分钟的事情,而我们要做的事情,就是不把认知停留在使用层面,所以要深入到源码中去理解 SpringCloud

为什么要选择 OpenFien? 因为它足够的 "小",符合我们的标题:一个周末搞定

Feign 的源代码中,Java 代码才 3w 多行,放眼现在热门的开源项目,包括不限于 Dubbo、Naocs、Skywalking 中 Java 代码都要 30w 行起步

通过本篇文章,希望读者朋友可以掌握如下知识

  • 什么是 Feign
  • Feign 和 Openfeign 的区别
  • OpenFeign 的启动原理
  • OpenFeign 的工作原理
  • OpenFeign 如何负载均衡

spring-cloud-starter-openfeign version:2.2.6.RELEASE

什么是 Feign

Feign 是声明式 Web 服务客户端,它使编写 Web 服务客户端更加容易

Feign 不做任何请求处理,通过处理注解相关信息生成 Request,并对调用返回的数据进行解码,从而实现 简化 HTTP API 的开发

如果要使用 Feign,需要创建一个接口并对其添加 Feign 相关注解,另外 Feign 还支持可插拔编码器和解码器,致力于打造一个轻量级 HTTP 客户端

Feign 和 Openfeign 的区别

Feign 最早是由 Netflix 公司进行维护的,后来 Netflix 不再对其进行维护,最终 Feign 由社区进行维护,更名为 Openfeign

为了少打俩字,下文简称 Opefeign 为 Feign

并将原项目迁移至新的仓库,所以我们在 Github 上看到 Feign 的坐标如下

<groupId>io.github.openfeign</groupId>
<artifactId>parent</artifactId>
<version>...</version>

Starter Openfeign

当然了,基于 SpringCloud 团队对 Netflix 的情有独钟,你出了这么好用的轻量级 HTTP 客户端,我这老大哥不得支持一下,所以就有了基于 Feign 封装的 Starter

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

Spring Cloud 添加了对 Spring MVC 注解的支持,并支持使用 Spring Web 中默认使用的相同 HttpMessageConverters

另外,Spring Cloud 老大哥同时集成了 Ribbon 和 Eureka 以及 Spring Cloud LoadBalancer,以在使用 Feign 时提供负载均衡的 HTTP 客户端

针对于注册中心的支持,包含但不限于 Eureka,比如 Consul、Naocs 等注册中心均支持

在我们 SpringCloud 项目开发过程中,使用的大多都是这个 Starter Feign

环境准备

为了方便大家理解,这里写出对应的生产方、消费方 Demo 代码,以及使用的注册中心

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注册中心使用的 Nacos,生产、消费方代码都比较简单。另外为了阅读体验感,文章原则是少放源码,更多的是给大家梳理核心逻辑

生产者服务

添加 Nacos 服务注册发现注解以及发布出 HTTP 接口服务

@EnableDiscoveryClient @SpringBootApplication
public class NacosProduceApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(NacosProduceApplication.classargs);
    }
    @RestController
    static class TestController {
        @GetMapping("/hello")
        public String hello(@RequestParam("name") String name) {
            return "hello " + name;
        }
    }
}

消费者服务

定义 FeignClient 消费服务接口

@FeignClient(value = "nacos-produce")
public interface DemoFeignClient {
    @RequestMapping(value = "/hello", method = RequestMethod.GET)
    String sayHello(@RequestParam("name") String name);
}

因为生产者使用 Nacos,所以消费者除了开启 Feign 注解,同时也要开启 Naocs 服务注册发现

@RestController @EnableFeignClients
@EnableDiscoveryClient @SpringBootApplication
public class NacosConsumeApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(NacosConsumeApplication.classargs);
    }

    @Autowired private DemoFeignClient demoFeignClient;

    @GetMapping("/test")
    public String test() {
        String result = demoFeignClient.sayHello("公号-源码兴趣圈");
        return result;
    }
}

Feign 的启动原理

我们在 SpringCloud 的使用过程中,如果想要启动某个组件,一般都是 @Enable... 这种方式注入,Feign 也不例外,我们需要在类上标记此注解 @EnableFeignClients

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

继续深入看一下注解内部都做了什么。注解内部的方法就不说明了,不加会有默认的配置,感兴趣可以跟下源码

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@Documented
@Import(FeignClientsRegistrar.class)
public @interface EnableFeignClients 
{...}

前三个注解看着平平无奇,重点在第四个 @Import 上,一般使用此注解都是想要动态注册 Spring Bean 的

注入@Import

通过名字也可以大致猜出来,这是 Feign 注册 Bean 使用的,使用到了 Spring 相关的接口,一起看下起了什么作用

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ResourceLoaderAware、EnvironmentAware 为 FeignClientsRegistrar 中两个属性 resourceLoader、environment 赋值,对 Spring 了解的小伙伴理解问题不大

ImportBeanDefinitionRegistrar 负责动态注入 IOC Bean,分别注入 Feign 配置类、FeignClient Bean

// 资源加载器,可以加载 classpath 下的所有文件
private ResourceLoader resourceLoader;
// 上下文,可通过该环境获取当前应用配置属性等
private Environment environment;

@Override
public void setEnvironment(Environment environment) {
    this.environment = environment;
}

@Override
public void setResourceLoader(ResourceLoader resourceLoader) {
    this.resourceLoader = resourceLoader;
}

@Override
public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
   // 注册 @EnableFeignClients 提供的自定义配置类中的相关 Bean 实例
    registerDefaultConfiguration(metadata,registry);
    // 扫描 packge,注册被 @FeignClient 修饰的接口类为 IOC Bean
    registerFeignClients(metadata, registry);
}

添加全局配置

registerDefaultConfiguration 方法流程如下

  1. 获取 @EnableFeignClients 注解上的属性以及对应 Value
  2. 生成 FeignClientSpecification(存储 Feign 中的配置类) 对应的构造器 BeanDefinitionBuilder
  3. FeignClientSpecification Bean 名称为 default. + @EnableFeignClients 修饰类全限定名称 + FeignClientSpecification
  4. @EnableFeignClients defaultConfiguration 默认为 {},如果没有相关配置, 默认使用 FeignClientsConfiguration 并结合 name 填充到 FeignClientSpecification,最终注册为 IOC Bean

注册 FeignClient 接口

将重点放在 registerFeignClients 上,该方法主要就是将修饰了 @FeignClient 的接口注册为 IOC Bean

  1. 扫描 @EnableFeignClients 注解,如果有 clients,则加载指定接口,为空则根据 scanner 规则扫描出修饰了 @FeignClient 的接口
  2. 获取 @FeignClient 上对应的属性,根据 configuration 属性去创建接口级的 FeignClientSpecification 配置类 IOC Bean
  3. 将 @FeignClient 的属性设置到 FeignClientFactoryBean 对象上,并注册 IOC Bean

@FengnClient 修饰的接口实际上使用了 Spring 的代理工厂生成代理类,所以这里会把修饰了 @FeignClient 接口的 BeanDefinition 设置为 FeignClientFactoryBean 类型,而 FeignClientFactoryBean 继承自 FactoryBean

也就是说,当我们定义 @FeignClient 修饰接口时,注册到 IOC 容器中 Bean 类型变成了 FeignClientFactoryBean

在 Spring 中,FactoryBean 是一个工厂 Bean,用来创建代理 Bean。工厂 Bean 是一种特殊的 Bean,对于需要获取 Bean 的消费者而言,它是不知道 Bean 是普通 Bean 或是工厂 Bean 的。工厂 Bean 返回的实例不是工厂 Bean 本身,而是会返回执行了工厂 Bean 中 FactoryBean#getObject 逻辑的实例

Feign 的工作原理

说 Feign 的工作原理,核心点围绕在被 @FeignClient 修饰的接口,如何发送及接收 HTTP 网络请求

上面说到 @FeignClient 修饰的接口最终填充到 IOC 容器的类型是 FeignClientFactoryBean,先来看下它是什么

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FactoryBean 接口特征

这里说一下 FeignClientFactoryBean 都有哪些特征

  1. 它会在类初始化时执行一段逻辑,依据 Spring InitializingBean 接口
  2. 如果它被别的类 @Autowired 进行注入,返回的不是它本身,而是 FactoryBean#getObject 返回的类,依据 Spring FactoryBean 接口
  3. 它能够获取 Spring 上下文对象,依据 Spring ApplicationContextAware 接口

先来看它的初始化逻辑都执行了什么

@Override
public void afterPropertiesSet() {
    Assert.hasText(contextId, "Context id must be set");
    Assert.hasText(name, "Name must be set");
}

没有特别的操作,只是使用断言工具类判断两个字段不为空。ApplicationContextAware 也没什么说的,获取上下文对象赋值到对象的局部变量里,重点以及关键就是 FactoryBean#getObject 方法

@Override
public Object getObject() throws Exception {
    return getTarget();
}

getTarget 源码方法还是挺长的,这里采用分段的形式展示

<T> getTarget() {
   // 从 IOC 容器获取 FeignContext
    FeignContext context = applicationContext.getBean(FeignContext.class);
   // 通过 context 创建 Feign 构造器
    Feign.Builder builder = feign(context);
  ...
}

这里提出一个疑问?FeignContext 什么时候、在哪里被注入到 Spring 容器里的?

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看到图片小伙伴就明了了,用了 SpringBoot 怎么会不使用自动装配的功能呢,FeignContext 就是在 FeignAutoConfiguration 中被成功创建

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初始化父子容器

feign 方法里日志工厂、编码、解码等类均是通过 get(...) 方法得到

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这里涉及到 Spring 父子容器的概念,默认子容器 Map 为空,获取不到服务名对应 Context 则新建

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从下图中看到,注册了一个 FeignClientsConfiguration 类型的 Bean,我们上述方法 feign 中的获取的编码、解码器等组件都是从此类中获取默认

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默认注册如下,FeignClientsConfiguration 是由创建 FeignContext 调用父类 Super 构造方法传入的

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关于父子类容器对应关系,以及提供 @FeignClient 服务对应子容器的关系(每一个服务对应一个子容器实例)

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回到 getInstance 方法,子容器此时已加载对应 Bean,直接通过 getBean 获取 FeignLoggerFactory

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如法炮制,Feign.Builder、Encoder、Decoder、Contract 都可以通过子容器获取对应 Bean

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configureFeign 方法主要进行一些配置赋值,比如超时、重试、404 配置等,就不再细说赋值代码了

到这里有必要总结一下创建 Spring 代理工厂的前半场代码

  1. 注入@FeignClient 服务时,其实注入的是 FactoryBean#getObject 返回代理工厂对象
  2. 通过 IOC 容器获取 FeignContext 上下文
  3. 创建 Feign.Builder 对象时会创建 Feign 服务对应的子容器
  4. 从子容器中获取日志工厂、编码器、解码器等 Bean
  5. 为 Feign.Builder 设置配置,比如超时时间、日志级别等属性,每一个服务都可以个性化设置

动态代理生成

继续嗑,上面都是开胃菜,接下来是最最最重要的地方了,小板凳坐板正了..

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因为我们在 @FeignClient 注解是使用 name 而不是 url,所以会执行负载均衡策略的分支

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Client:Feign 发送请求以及接收响应等都是由 Client 完成,该类默认 Client.Default,另外支持 HttpClient、OkHttp 等客户端

代码中的 Client、Targeter 在自动装配时注册,配合上文中的父子容器理论,这两个 Bean 在父容器中存在

因为我们并没有对 Hystix 进行设置,所以走入此分支

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创建反射类 ReflectiveFeign,然后执行创建实例类

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newInstance 方法对 @FeignClient 修饰的接口中 SpringMvc 等配置进行解析转换,对接口类中的方法进行归类,生成动态代理类

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可以看出 Feign 创建动态代理类的方式和 Mybatis Mapper 处理方式是一致的,因为两者都没有实现类

根据 newInstance 方法按照行为大致划分,共做了四件事

  1. 处理 @FeignCLient 注解(SpringMvc 注解等)封装为 MethodHandler 包装类
  2. 遍历接口中所有方法,过滤 Object 方法,并将默认方法以及 FeignClient 方法分类
  3. 创建动态代理对应的 InvocationHandler 并创建 Proxy 实例
  4. 接口内 default 方法 绑定动态代理类

MethodHandler 将方法参数、方法返回值、参数集合、请求类型、请求路径进行解析存储

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到这里我们也就可以 Feign 的工作方式了。前面那么多封装铺垫,封装个性化配置等等,最终确定收尾的是创建动态代理类

也就是说在我们调用 @FeignClient 接口时,会被 FeignInvocationHandler#invoke 拦截,并在动态代理方法中执行下述逻辑

  1. 接口注解信息封装为 HTTP Request
  2. 通过 Ribbon 获取服务列表,并对服务列表进行负载均衡调用( 服务名转换为 ip+port)
  3. 请求调用后,将返回的数据封装为 HTTP Response,继而转换为接口中的返回类型

既然已经明白了调用流程,那就正儿八经的试一哈,试过才知有没有...

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RequestTemplate:构建 Request 模版类

Options:存放连接、超时时间等配置类

Retryer:失败重试策略类

重试这一块逻辑看了很多遍,但是怎么看,一个 continue 关键字放到 while 的最后面都有点多余...

执行远端调用逻辑中使用到了 Rxjava (响应式编程),可以看到通过底层获取 server 后将服务名称转变为 ip+port 的方式

这种响应式编程的方式在 SpringCloud 中很常见,Hystix 源码底层也有使用

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网络调用默认使用 HttpURLConnection,可以配置使用 HttpClient 或者 OkHttp

调用远端服务后,再将返回值解析正常返回,到这里一个完成的 Feign 调用链就聊明白了

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图片参考@疯狂创客圈

Feign 如何负载均衡

一般而言,我们生产者注册多个服务,消费者调用时需要使用负载均衡从中 选取一个健康并且可用的生产者服务

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因为 Feign 内部集成 Ribbon,所以也支持此特性,一起看下它是怎么做的

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我们在 Nacos 上注册了两个服务,端口号 8080、8081。在获取负载均衡器时就可以获取服务集合

然后通过 chooseServer 方法选择一个健康实例返回,后面会新出一篇文章对 Ribbon 的负载均衡详细说明

通过返回的 Server 替换 URL 中的服务名,最后使用网络调用服务进行远端调用,完美的一匹

结语

文章从最基础的知识介绍什么是 Feign?继而从源码的角度上说明 Feign 的底层原理,总结如下:

  1. 通过 @EnableFeignCleints 注解启动 Feign Starter 组件
  2. Feign Starter 在项目启动过程中注册全局配置,扫描包下所有的 @FeignClient 接口类,并进行注册 IOC 容器
  3. @FeignClient 接口类被注入时,通过 FactoryBean#getObject 返回动态代理类
  4. 接口被调用时被动态代理类逻辑拦截,将 @FeignClient 请求信息通过编码器生成 Request
  5. 交由 Ribbon 进行负载均衡,挑选出一个健康的 Server 实例
  6. 继而通过 Client 携带 Request 调用远端服务返回请求响应
  7. 通过解码器生成 Response 返回客户端,将信息流解析成为接口返回数据

虽然 Feign 体量相对小,但是想要一篇文章完全描述,也不太现实,所以这里都是挑一些核心点讲解,没有写到的地方还请见谅

另外,由于作者水平有限, 欢迎大家能够反馈指正文章中错误不正确的地方, 感谢


参考文章:

  • https://blog.csdn.net/forezp/article/details/73480304
  • https://www.cnblogs.com/yangxiaohui227/p/12965340.html
  • https://www.cnblogs.com/crazymakercircle/p/11965726.html

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