深入理解Ribbon之源码解析

什么是Ribbon

Ribbon是Netflix公司开源的一个负载均衡的项目，它属于上述的第二种，是一个客户端负载均衡器，运行在客户端上。它是一个经过了云端测试的IPC库，可以很好地控制HTTP和TCP客户端的一些行为。 Feign已经默认使用了Ribbon。

• 负载均衡
• 容错
• 多协议（HTTP，TCP，UDP）支持异步和反应模型
• 缓存和批处理

RestTemplate和Ribbon相结合

Ribbon在Netflix组件是非常重要的一个组件，在Zuul中使用Ribbon做负载均衡，以及Feign组件的结合等。在Spring Cloud 中，作为开发中，做的最多的可能是将RestTemplate和Ribbon相结合，你可能会这样写：

@Configurationpublic class RibbonConfig {    @Bean    @LoadBalanced    RestTemplate restTemplate() {        return new RestTemplate();    }}

消费另外一个的服务的接口，差不多是这样的：

@Servicepublic class RibbonService {    @Autowired    RestTemplate restTemplate;    public String hi(String name) {        return restTemplate.getForObject("http://eureka-client/hi?name="+name,String.class);    }}

深入理解Ribbon

LoadBalancerClient

在Riibon中一个非常重要的组件为LoadBalancerClient，它作为负载均衡的一个客户端。它在spring-cloud-commons包下：
的LoadBalancerClient是一个接口，它继承ServiceInstanceChooser，它的实现类是RibbonLoadBalancerClient，这三者之间的关系如下图：

其中LoadBalancerClient接口，有如下三个方法，其中excute()为执行请求，reconstructURI()用来重构url：

public interface LoadBalancerClient extends ServiceInstanceChooser {  <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;  <T> T execute(String serviceId, ServiceInstance serviceInstance, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;  URI reconstructURI(ServiceInstance instance, URI original);}

ServiceInstanceChooser接口，主要有一个方法，用来根据serviceId来获取ServiceInstance，代码如下:

public interface ServiceInstanceChooser {    ServiceInstance choose(String serviceId);}

LoadBalancerClient的实现类为RibbonLoadBalancerClient，这个类是非常重要的一个类，最终的负载均衡的请求处理，由它来执行。它的部分源码如下：

public class RibbonLoadBalancerClient implements LoadBalancerClient {...//省略代码@Override    public ServiceInstance choose(String serviceId) {        Server server = getServer(serviceId);        if (server == null) {            return null;        }        return new RibbonServer(serviceId, server, isSecure(server, serviceId),                serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server));    }protected Server getServer(String serviceId) {        return getServer(getLoadBalancer(serviceId));   }protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer) {        if (loadBalancer == null) {            return null;        }        return loadBalancer.chooseServer("default"); // TODO: better handling of key    }protected ILoadBalancer getLoadBalancer(String serviceId) {        return this.clientFactory.getLoadBalancer(serviceId);    }    ...//省略代码

在RibbonLoadBalancerClient的源码中，其中choose()方法是选择具体服务实例的一个方法。该方法通过getServer()方法去获取实例，经过源码跟踪，最终交给了ILoadBalancer类去选择服务实例。

ILoadBalancer在ribbon-loadbalancer的jar包下,它是定义了实现软件负载均衡的一个接口，它需要一组可供选择的服务注册列表信息，以及根据特定方法去选择服务，它的源码如下 ：

public interface ILoadBalancer {    public void addServers(List<Server> newServers);    public Server chooseServer(Object key);    public void markServerDown(Server server);    public List<Server> getReachableServers();    public List<Server> getAllServers();}

其中，addServers()方法是添加一个Server集合；chooseServer()方法是根据key去获取Server；markServerDown()方法用来标记某个服务下线；getReachableServers()获取可用的Server集合；getAllServers()获取所有的Server集合。

DynamicServerListLoadBalancer

它的继承类为BaseLoadBalancer，它的实现类为DynamicServerListLoadBalancer，这三者之间的关系如下：

查看上述三个类的源码，可用发现，配置以下信息，IClientConfig、IRule、IPing、ServerList、ServerListFilter和ILoadBalancer，查看BaseLoadBalancer类，它默认的情况下，实现了以下配置：

• IClientConfig ribbonClientConfig: DefaultClientConfigImpl配置
• IRule ribbonRule: RoundRobinRule 路由策略
• IPing ribbonPing: DummyPing
• ServerList ribbonServerList: ConfigurationBasedServerList
• ServerListFilter ribbonServerListFilter: ZonePreferenceServerListFilter
• ILoadBalancer ribbonLoadBalancer: ZoneAwareLoadBalancer

IClientConfig 用于对客户端或者负载均衡的配置，它的默认实现类为DefaultClientConfigImpl。

IRule用于复杂均衡的策略，它有三个方法，其中choose()是根据key 来获取server,setLoadBalancer()和getLoadBalancer()是用来设置和获取ILoadBalancer的，它的源码如下：

public interface IRule{    public Server choose(Object key);    public void setLoadBalancer(ILoadBalancer lb);    public ILoadBalancer getLoadBalancer();    }

IRule有很多默认的实现类，这些实现类根据不同的算法和逻辑来处理负载均衡。Ribbon实现的IRule有一下。在大多数情况下，这些默认的实现类是可以满足需求的，如果有特性的需求，可以自己实现。

• BestAvailableRule 选择最小请求数

• ClientConfigEnabledRoundRobinRule 轮询

• RandomRule 随机选择一个server

• RoundRobinRule 轮询选择server
• RetryRule 根据轮询的方式重试
• WeightedResponseTimeRule 根据响应时间去分配一个weight ，weight越低，被选择的可能性就越低
• ZoneAvoidanceRule 根据server的zone区域和可用性来轮询选择

IPing是用来想server发生”ping”，来判断该server是否有响应，从而判断该server是否可用。它有一个isAlive()方法，它的源码如下：

public interface IPing {    public boolean isAlive(Server server);}

IPing的实现类有PingUrl、PingConstant、NoOpPing、DummyPing和NIWSDiscoveryPing。它门之间的关系如下：

• PingUrl 真实的去ping 某个url，判断其是否alive
• PingConstant 固定返回某服务是否可用，默认返回true，即可用
• NoOpPing 不去ping,直接返回true,即可用。
• DummyPing 直接返回true，并实现了initWithNiwsConfig方法。
• NIWSDiscoveryPing，根据DiscoveryEnabledServer的InstanceInfo的InstanceStatus去判断，如果为InstanceStatus.UP，则为可用，否则不可用。

ServerList是定义获取所有的server的注册列表信息的接口，它的代码如下：

public interface ServerList<T extends Server> {    public List<T> getInitialListOfServers();    public List<T> getUpdatedListOfServers();   }

ServerListFilter接口，定于了可根据配置去过滤或者根据特性动态获取符合条件的server列表的方法，代码如下：

public interface ServerListFilter<T extends Server> {    public List<T> getFilteredListOfServers(List<T> servers);}

阅读DynamicServerListLoadBalancer的源码，DynamicServerListLoadBalancer的构造函数中有个initWithNiwsConfig()方法。在改方法中，经过一系列的初始化配置，最终执行了restOfInit()方法。其代码如下：

 public DynamicServerListLoadBalancer(IClientConfig clientConfig) {        initWithNiwsConfig(clientConfig);    }    @Override    public void initWithNiwsConfig(IClientConfig clientConfig) {        try {            super.initWithNiwsConfig(clientConfig);            String niwsServerListClassName = clientConfig.getPropertyAsString(                    CommonClientConfigKey.NIWSServerListClassName,                    DefaultClientConfigImpl.DEFAULT_SEVER_LIST_CLASS);            ServerList<T> niwsServerListImpl = (ServerList<T>) ClientFactory                    .instantiateInstanceWithClientConfig(niwsServerListClassName, clientConfig);            this.serverListImpl = niwsServerListImpl;            if (niwsServerListImpl instanceof AbstractServerList) {                AbstractServerListFilter<T> niwsFilter = ((AbstractServerList) niwsServerListImpl)                        .getFilterImpl(clientConfig);                niwsFilter.setLoadBalancerStats(getLoadBalancerStats());                this.filter = niwsFilter;            }            String serverListUpdaterClassName = clientConfig.getPropertyAsString(                    CommonClientConfigKey.ServerListUpdaterClassName,                    DefaultClientConfigImpl.DEFAULT_SERVER_LIST_UPDATER_CLASS            );            this.serverListUpdater = (ServerListUpdater) ClientFactory                    .instantiateInstanceWithClientConfig(serverListUpdaterClassName, clientConfig);            restOfInit(clientConfig);        } catch (Exception e) {            throw new RuntimeException(                    "Exception while initializing NIWSDiscoveryLoadBalancer:"                            + clientConfig.getClientName()                            + ", niwsClientConfig:" + clientConfig, e);        }    }

在restOfInit()方法上，有一个 updateListOfServers()的方法，该方法是用来获取所有的ServerList的。

 void restOfInit(IClientConfig clientConfig) {        boolean primeConnection = this.isEnablePrimingConnections();        // turn this off to avoid duplicated asynchronous priming done in BaseLoadBalancer.setServerList()        this.setEnablePrimingConnections(false);        enableAndInitLearnNewServersFeature();        updateListOfServers();        if (primeConnection && this.getPrimeConnections() != null) {            this.getPrimeConnections()                    .primeConnections(getReachableServers());        }        this.setEnablePrimingConnections(primeConnection);        LOGGER.info("DynamicServerListLoadBalancer for client {} initialized: {}", clientConfig.getClientName(), this.toString());    }

进一步跟踪updateListOfServers()方法的源码，最终由serverListImpl.getUpdatedListOfServers()获取所有的服务列表的，代码如下：

   @VisibleForTesting    public void updateListOfServers() {        List<T> servers = new ArrayList<T>();        if (serverListImpl != null) {            servers = serverListImpl.getUpdatedListOfServers();            LOGGER.debug("List of Servers for {} obtained from Discovery client: {}",                    getIdentifier(), servers);            if (filter != null) {                servers = filter.getFilteredListOfServers(servers);                LOGGER.debug("Filtered List of Servers for {} obtained from Discovery client: {}",                        getIdentifier(), servers);            }        }        updateAllServerList(servers);    }

而serverListImpl是ServerList接口的具体实现类。跟踪代码，ServerList的实现类为DiscoveryEnabledNIWSServerList，在ribbon-eureka.jar的com.netflix.niws.loadbalancer下。其中DiscoveryEnabledNIWSServerList有 getInitialListOfServers()和getUpdatedListOfServers()方法，具体代码如下：

@Override    public List<DiscoveryEnabledServer> getInitialListOfServers(){        return obtainServersViaDiscovery();    }    @Override    public List<DiscoveryEnabledServer> getUpdatedListOfServers(){        return obtainServersViaDiscovery();    }

继续跟踪源码，obtainServersViaDiscovery（），是根据eurekaClientProvider.get()来回去EurekaClient，再根据EurekaClient来获取注册列表信息，代码如下：

 private List<DiscoveryEnabledServer> obtainServersViaDiscovery() {        List<DiscoveryEnabledServer> serverList = new ArrayList<DiscoveryEnabledServer>();        if (eurekaClientProvider == null || eurekaClientProvider.get() == null) {            logger.warn("EurekaClient has not been initialized yet, returning an empty list");            return new ArrayList<DiscoveryEnabledServer>();        }        EurekaClient eurekaClient = eurekaClientProvider.get();        if (vipAddresses!=null){            for (String vipAddress : vipAddresses.split(",")) {                // if targetRegion is null, it will be interpreted as the same region of client                List<InstanceInfo> listOfInstanceInfo = eurekaClient.getInstancesByVipAddress(vipAddress, isSecure, targetRegion);                for (InstanceInfo ii : listOfInstanceInfo) {                    if (ii.getStatus().equals(InstanceStatus.UP)) {                        if(shouldUseOverridePort){                            if(logger.isDebugEnabled()){                                logger.debug("Overriding port on client name: " + clientName + " to " + overridePort);                            }                            // copy is necessary since the InstanceInfo builder just uses the original reference,                            // and we don't want to corrupt the global eureka copy of the object which may be                            // used by other clients in our system                            InstanceInfo copy = new InstanceInfo(ii);                            if(isSecure){                                ii = new InstanceInfo.Builder(copy).setSecurePort(overridePort).build();                            }else{                                ii = new InstanceInfo.Builder(copy).setPort(overridePort).build();                            }                        }                        DiscoveryEnabledServer des = new DiscoveryEnabledServer(ii, isSecure, shouldUseIpAddr);                        des.setZone(DiscoveryClient.getZone(ii));                        serverList.add(des);                    }                }                if (serverList.size()>0 && prioritizeVipAddressBasedServers){                    break; // if the current vipAddress has servers, we dont use subsequent vipAddress based servers                }            }        }        return serverList;    }

其中eurekaClientProvider的实现类是LegacyEurekaClientProvider，它是一个获取eurekaClient类，通过静态的方法去获取eurekaClient，其代码如下：

class LegacyEurekaClientProvider implements Provider<EurekaClient> {    private volatile EurekaClient eurekaClient;    @Override    public synchronized EurekaClient get() {        if (eurekaClient == null) {            eurekaClient = DiscoveryManager.getInstance().getDiscoveryClient();        }        return eurekaClient;    }}

EurekaClient的实现类为DiscoveryClient，在之前已经分析了它具有服务注册、获取服务注册列表等的全部功能。

由此可见，负载均衡器是从EurekaClient获取服务信息，并根据IRule去路由，并且根据IPing去判断服务的可用性。

那么现在还有个问题，负载均衡器多久一次去获取一次从Eureka Client获取注册信息呢。

在BaseLoadBalancer类下，BaseLoadBalancer的构造函数，该构造函数开启了一个PingTask任务，代码如下：

   public BaseLoadBalancer(String name, IRule rule, LoadBalancerStats stats,            IPing ping, IPingStrategy pingStrategy) {        ...//代码省略        setupPingTask();         ...//代码省略    }

setupPingTask()的具体代码逻辑，它开启了ShutdownEnabledTimer执行PingTask任务，在默认情况下pingIntervalSeconds为10，即每10秒钟，想EurekaClient发送一次”ping”。

    void setupPingTask() {        if (canSkipPing()) {            return;        }        if (lbTimer != null) {            lbTimer.cancel();        }        lbTimer = new ShutdownEnabledTimer("NFLoadBalancer-PingTimer-" + name,                true);        lbTimer.schedule(new PingTask(), 0, pingIntervalSeconds * 1000);        forceQuickPing();    }

PingTask源码，即new一个Pinger对象，并执行runPinger()方法。

class PingTask extends TimerTask {        public void run() {            try {                new Pinger(pingStrategy).runPinger();            } catch (Exception e) {                logger.error("LoadBalancer [{}]: Error pinging", name, e);            }        }    }

查看Pinger的runPinger()方法，最终根据 pingerStrategy.pingServers(ping, allServers)来获取服务的可用性，如果该返回结果，如之前相同，则不去向EurekaClient获取注册列表，如果不同则通知ServerStatusChangeListener或者changeListeners发生了改变，进行更新或者重新拉取。

  public void runPinger() throws Exception {            if (!pingInProgress.compareAndSet(false, true)) {                 return; // Ping in progress - nothing to do            }            // we are "in" - we get to Ping            Server[] allServers = null;            boolean[] results = null;            Lock allLock = null;            Lock upLock = null;            try {                /*                 * The readLock should be free unless an addServer operation is                 * going on...                 */                allLock = allServerLock.readLock();                allLock.lock();                allServers = allServerList.toArray(new Server[allServerList.size()]);                allLock.unlock();                int numCandidates = allServers.length;                results = pingerStrategy.pingServers(ping, allServers);                final List<Server> newUpList = new ArrayList<Server>();                final List<Server> changedServers = new ArrayList<Server>();                for (int i = 0; i < numCandidates; i++) {                    boolean isAlive = results[i];                    Server svr = allServers[i];                    boolean oldIsAlive = svr.isAlive();                    svr.setAlive(isAlive);                    if (oldIsAlive != isAlive) {                        changedServers.add(svr);                        logger.debug("LoadBalancer [{}]:  Server [{}] status changed to {}",                             name, svr.getId(), (isAlive ? "ALIVE" : "DEAD"));                    }                    if (isAlive) {                        newUpList.add(svr);                    }                }                upLock = upServerLock.writeLock();                upLock.lock();                upServerList = newUpList;                upLock.unlock();                notifyServerStatusChangeListener(changedServers);            } finally {                pingInProgress.set(false);            }        }

由此可见，LoadBalancerClient是在初始化的时候，会向Eureka回去服务注册列表，并且向通过10s一次向EurekaClient发送“ping”，来判断服务的可用性，如果服务的可用性发生了改变或者服务数量和之前的不一致，则更新或者重新拉取。LoadBalancerClient有了这些服务注册列表，就可以根据具体的IRule来进行负载均衡。

RestTemplate是如何和Ribbon结合的

最后，回答问题的本质，为什么在RestTemplate加一个@LoadBalance注解就可可以开启负载均衡呢？

 @LoadBalanced    RestTemplate restTemplate() {        return new RestTemplate();    }
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全局搜索ctr+shift+f @LoadBalanced有哪些类用到了LoadBalanced有哪些类用到了， 发现LoadBalancerAutoConfiguration类，即LoadBalancer自动配置类。

@Configuration@ConditionalOnClass(RestTemplate.class)@ConditionalOnBean(LoadBalancerClient.class)@EnableConfigurationProperties(LoadBalancerRetryProperties.class)public class LoadBalancerAutoConfiguration {@LoadBalanced    @Autowired(required = false)    private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();}    @Bean    public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializer(            final List<RestTemplateCustomizer> customizers) {        return new SmartInitializingSingleton() {            @Override            public void afterSingletonsInstantiated() {                for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {                    for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {                        customizer.customize(restTemplate);                    }                }            }        };    }    @Configuration    @ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate")    static class LoadBalancerInterceptorConfig {        @Bean        public LoadBalancerInterceptor ribbonInterceptor(                LoadBalancerClient loadBalancerClient,                LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {            return new LoadBalancerInterceptor(loadBalancerClient, requestFactory);        }        @Bean        @ConditionalOnMissingBean        public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(                final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {            return new RestTemplateCustomizer() {                @Override                public void customize(RestTemplate restTemplate) {                    List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(                            restTemplate.getInterceptors());                    list.add(loadBalancerInterceptor);                    restTemplate.setInterceptors(list);                }            };        }    }}

在该类中，首先维护了一个被@LoadBalanced修饰的RestTemplate对象的List，在初始化的过程中，通过调用customizer.customize(restTemplate)方法来给RestTemplate增加拦截器LoadBalancerInterceptor。

而LoadBalancerInterceptor，用于实时拦截，在LoadBalancerInterceptor这里实现来负载均衡。LoadBalancerInterceptor的拦截方法如下：

@Override    public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,            final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {        final URI originalUri = request.getURI();        String serviceName = originalUri.getHost();        Assert.state(serviceName != null, "Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);        return this.loadBalancer.execute(serviceName, requestFactory.createRequest(request, body, execution));    }

总结

综上所述，Ribbon的负载均衡，主要通过LoadBalancerClient来实现的，而LoadBalancerClient具体交给了ILoadBalancer来处理，ILoadBalancer通过配置IRule、IPing等信息，并向EurekaClient获取注册列表的信息，并默认10秒一次向EurekaClient发送“ping”,进而检查是否更新服务列表，最后，得到注册列表后，ILoadBalancer根据IRule的策略进行负载均衡。

而RestTemplate 被@LoadBalance注解后，能过用负载均衡，主要是维护了一个被@LoadBalance注解的RestTemplate列表，并给列表中的RestTemplate添加拦截器，进而交给负载均衡器去处理。