聊聊服務(wù)治理中的路由設(shè)計(jì)

前言

路由（Route）的設(shè)計(jì)廣泛存在于眾多領(lǐng)域，以 RPC 框架 Dubbo 為例，就有標(biāo)簽路由、腳本路由、權(quán)重路由、同機(jī)房路由等實(shí)現(xiàn)。

在框架設(shè)計(jì)層面，路由層往往位于負(fù)載均衡層之前，在進(jìn)行選址時(shí)，路由完成的是 N 選 M（M <= N），而負(fù)載均衡完成的是 M 選一，共同影響選址邏輯，最后觸發(fā)調(diào)用。

在業(yè)務(wù)層面，路由往往是為了實(shí)現(xiàn)一定的業(yè)務(wù)語義，對(duì)流量進(jìn)行調(diào)度，所以服務(wù)治理框架通常提供的都是基礎(chǔ)的路由擴(kuò)展能力，使用者根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行擴(kuò)展。

今天這篇文章將會(huì)圍繞路由層該如何設(shè)計(jì)展開。

路由的抽象建模

先參考 Dubbo 2.7 的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行第一個(gè)版本的路由設(shè)計(jì)，該版本也最直觀，非常容易理解。

public?interface?Router?{
?List?route(List?invokers,?Invocation?invocation);
}

• Invoker：服務(wù)提供方地址的抽象
• Invocation：調(diào)用的抽象

上述的 route 方法實(shí)現(xiàn)的便是 N 選 M 的邏輯。

接下來，以業(yè)務(wù)上比較常見的同機(jī)房路由為例繼續(xù)建模。顧名思義，在部署時(shí)，提供者采用多機(jī)房部署，起到容災(zāi)的效果，同機(jī)房路由最簡(jiǎn)單的版本即過濾篩選出跟調(diào)用方同一機(jī)房的地址。

偽代碼實(shí)現(xiàn)如下：

List?route(List?invokers,?Invocation?invocation)?{
????String?site?=?invocation.getSite();
????List?result?=?new?ArrayList<>();
????for?(Invoker?invoker:?invokers)?{
????????if?(invoker.getSite().equals(site))?{
??????????result.add(invoker);
????????}
????}
????return?result;
}

Dubbo 在較新的 2.7 版本中，也是采用了這樣的實(shí)現(xiàn)方式。這種實(shí)現(xiàn)的弊端也是非常明顯的：**每一次調(diào)用，都需要對(duì)全量的地址進(jìn)行一次循環(huán)遍歷！注意，這是調(diào)用級(jí)別！**在超大規(guī)模的集群下，開銷之大，可想而知。

路由的改進(jìn)方案

基于之前路由的抽象建模，可以直觀地理解路由選址的過程，其實(shí)也就是 2 步：

1. 根據(jù)流量特性與路由規(guī)則特性選出對(duì)應(yīng)的路由標(biāo)。
2. 根據(jù)路由標(biāo)過濾對(duì)應(yīng)的服務(wù)端地址列表

縱觀整個(gè)調(diào)用過程：

第一步：一定是動(dòng)態(tài)的，Invocation 可能來自于不同的機(jī)房，自然會(huì)攜帶不同的機(jī)房標(biāo)。

第二步：根據(jù)路由標(biāo)過濾對(duì)應(yīng)的服務(wù)地址列表，完全是可以優(yōu)化的，因?yàn)榉?wù)端的地址列表基本是固定的（在不發(fā)生上下線時(shí)），可以提前計(jì)算好每個(gè)機(jī)房的地址列表，這樣就完成了算法復(fù)雜度從 O(N) 到 O(1) 的優(yōu)化。

基于這個(gè)優(yōu)化思路繼續(xù)完善，路由選址的過程不應(yīng)該發(fā)生在調(diào)用級(jí)別，而應(yīng)該發(fā)生在下面兩個(gè)場(chǎng)景：

1. 地址列表變化時(shí)。需要重新計(jì)算路由地址列表。
2. 路由規(guī)則發(fā)生變化時(shí)。例如路由規(guī)則不再是靜態(tài)的，可以接受動(dòng)態(tài)配置的推送，此時(shí)路由地址列表也需要重新計(jì)算。

但無論是哪個(gè)場(chǎng)景，相比調(diào)用級(jí)別的計(jì)算量，都是九牛一毛的存在。

優(yōu)化過后的路由方案，偽代碼如下：

Map>?invokerMap?=?new?ArrayList<>();
String?originRule;
List?originInvokers;

void?generateRoute(List?invokers,?String?rule)?{
??//?不同路由有不同的路由地址列表計(jì)算方式
??invokerMap?=?calculate(invokers,?rule);
}

//?地址推送
void?addressNotify(List?invokers)?{
??originInvokers?=?invokers;
??generateRoute(originInvokers,?originRule);
}

//?規(guī)則變化
void?ruleChange(String?rule)?{
??originRule?=?rule;
??generateRoute(originInvokers,?originRule);
}

List?route(Invocation?invocation)?{
????String?site?=?invocation.getSite();
????return?invokerMap.get(site);
}

這份偽代碼僅供參考，如果需要實(shí)現(xiàn)，仍然需要考慮非常多的細(xì)節(jié)，例如：

• 下一級(jí)路由如何觸發(fā)構(gòu)建
• 如何確保路由的可觀測(cè)性

優(yōu)化過后的方案，路由過程如下：

對(duì)比之前，主要是兩個(gè)變化：

1. 路由的代碼組織結(jié)構(gòu)從 pipeline 的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，變成樹型結(jié)構(gòu)
2. 建樹的過程發(fā)生在地址 notify 和規(guī)則推送時(shí)，在 invocation 級(jí)別無需計(jì)算

靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由

上述的新方案，并不是特別新奇的概念，正是我們熟知的”打表“。這里也要進(jìn)行說明，并不是所有的路由場(chǎng)景都可以提前打表，如果某一個(gè)路由的實(shí)現(xiàn)中，服務(wù)地址列表的切分依賴了調(diào)用時(shí)的信息，自然需要將 N 選 M 的過程延遲到調(diào)用時(shí)。但根據(jù)我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)的路由實(shí)現(xiàn)，基本都是標(biāo)的匹配過程，無非是路由標(biāo)的類型，計(jì)算標(biāo)的邏輯不一樣而已。

對(duì)于這類可以提前打表的路由實(shí)現(xiàn)，我們不妨稱之為靜態(tài)路由；而必須在調(diào)用級(jí)別計(jì)算的路由實(shí)現(xiàn)，可以稱之為動(dòng)態(tài)路由。

上述的優(yōu)化方案，適用于靜態(tài)路由場(chǎng)景，并且在真實(shí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，幾乎 90% 的路由實(shí)現(xiàn)都是靜態(tài)路由。

總結(jié)

本文以 Dubbo2.7 為例，在其基礎(chǔ)上提出了一種靜態(tài)路由策略的優(yōu)化方案，可以大大減少路由過程中的計(jì)算量。這里也給大家賣個(gè)關(guān)子，Dubbo 3.0 有沒有對(duì)這塊進(jìn)行優(yōu)化呢，采取的是不是本文的靜態(tài)路由方案呢，背后會(huì)不會(huì)有其他的思考呢？嘿嘿，本文先不給結(jié)論，有知道的小伙伴可以留言告訴大家哦。

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