聊聊服务治理中的路由设计

kirito-moe

发布于 2022-01-05 10:48:04

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发布于 2022-01-05 10:48:04

文章被收录于专栏：Kirito的技术分享

前言路由（Route）的设计广泛存在于众多领域，以 RPC 框架 Dubbo 为例，就有标签路由、脚本路由、权重路由、同机房路由等实现。

在框架设计层面，路由层往往位于负载均衡层之前，在进行选址时，路由完成的是 N 选 M（M <= N），而负载均衡完成的是 M 选一，共同影响选址逻辑，最后触发调用。

在业务层面，路由往往是为了实现一定的业务语义，对流量进行调度，所以服务治理框架通常提供的都是基础的路由扩展能力，使用者根据业务场景进行扩展。

路由过程

今天这篇文章将会围绕路由层该如何设计展开。

路由的抽象建模

先参考 Dubbo 2.7 的实现，进行第一个版本的路由设计，该版本也最直观，非常容易理解。

public interface Router {
 List<Invoker> route(List<Invoker> invokers, Invocation invocation);
}

Invoker：服务提供方地址的抽象
Invocation：调用的抽象

上述的 route 方法实现的便是 N 选 M 的逻辑。

接下来，以业务上比较常见的同机房路由为例继续建模。顾名思义，在部署时，提供者采用多机房部署，起到容灾的效果，同机房路由最简单的版本即过滤筛选出跟调用方同一机房的地址。

伪代码实现如下：

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

Dubbo 在较新的 2.7 版本中，也是采用了这样的实现方式。这种实现的弊端也是非常明显的：**每一次调用，都需要对全量的地址进行一次循环遍历！注意，这是调用级别！**在超大规模的集群下，开销之大，可想而知。

路由的改进方案

基于之前路由的抽象建模，可以直观地理解路由选址的过程，其实也就是 2 步：

根据流量特性与路由规则特性选出对应的路由标。
根据路由标过滤对应的服务端地址列表

纵观整个调用过程：

第一步：一定是动态的，Invocation 可能来自于不同的机房，自然会携带不同的机房标。

第二步：根据路由标过滤对应的服务地址列表，完全是可以优化的，因为服务端的地址列表基本是固定的（在不发生上下线时），可以提前计算好每个机房的地址列表，这样就完成了算法复杂度从 O(N) 到 O(1) 的优化。

基于这个优化思路继续完善，路由选址的过程不应该发生在调用级别，而应该发生在下面两个场景：

地址列表变化时。需要重新计算路由地址列表。
路由规则发生变化时。例如路由规则不再是静态的，可以接受动态配置的推送，此时路由地址列表也需要重新计算。

但无论是哪个场景，相比调用级别的计算量，都是九牛一毛的存在。

优化过后的路由方案，伪代码如下：

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

void generateRoute(List<Invoker> invokers, String rule) {
  // 不同路由有不同的路由地址列表计算方式
  invokerMap = calculate(invokers, rule);
}

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

// 规则变化
void ruleChange(String rule) {
  originRule = rule;
  generateRoute(originInvokers, originRule);
}

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

这份伪代码仅供参考，如果需要实现，仍然需要考虑非常多的细节，例如：

下一级路由如何触发构建
如何确保路由的可观测性

优化过后的方案，路由过程如下：

路由树选址

对比之前，主要是两个变化：

路由的代码组织结构从 pipeline 的链式结构，变成树型结构
建树的过程发生在地址 notify 和规则推送时，在 invocation 级别无需计算

静态路由和动态路由

上述的新方案，并不是特别新奇的概念，正是我们熟知的”打表“。这里也要进行说明，并不是所有的路由场景都可以提前打表，如果某一个路由的实现中，服务地址列表的切分依赖了调用时的信息，自然需要将 N 选 M 的过程延迟到调用时。但根据我个人的经验，大多数的路由实现，基本都是标的匹配过程，无非是路由标的类型，计算标的逻辑不一样而已。

对于这类可以提前打表的路由实现，我们不妨称之为静态路由；而必须在调用级别计算的路由实现，可以称之为动态路由。

上述的优化方案，适用于静态路由场景，并且在真实业务场景中，几乎 90% 的路由实现都是静态路由。