Spring cloud负载均衡 @LoadBalanced注解原理

接上一篇文章，案例代码也在上一篇文章的基础上。

在上一篇文章的案例中，我们创建了作为Eureka server的Eureka注册中心服务、作为Eureka client的userservice、orderservice。

orderservice引入RestTemplate，加入了@LoadBalanced注解，代码如下：

package com;@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class OrderServiceApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(OrderServiceApplication.class);}@Bean@LoadBalancedpublic RestTemplate restTemplate(){return new RestTemplate();}}

从而，我们实现了基于Eureka注册中心的微服务治理框架，在orderservice调用userservice的时候通过加了@LoadBalanced注解的RestTemplate实现了负载均衡。

今天的目标是：深入研究@LoadBalanced生效的底层原理。

@LoadBalanced是怎么实现负载均衡的？

我们要回答的第一个问题是，为什么@LoadBalanced能实现负载均衡？

我们从代码的源头一路追查下去…

orderservice通过RestTemplate实现对userservice的调用代码：

@Service
public class OrderService {@Autowiredprivate RestTemplate restTemplate;public String getOrder(){//通过userService获取user信息String url="http://userservice/user/getUser";System.out.println("url"+url);User user=restTemplate.getForObject(url,User.class);System.out.println(user);return user.getName();}
}

很容易的，我们需要有一个认知：这里访问的地址http://userservice/user/getUser只可能在Spring cloud服务治理环境下有意义，最终能访问到我们发布到本机上的userservice的如下服务：

1. http://localhost:8080
2. http://localhost:8081
3. http://localhost:8082

必定需要借助Spring Cloud的某一机制将http://userservice转换为上述地址之一。这个转换过程，也就是Spring Cloud的负载均衡机制。

跟踪getForObject：

	@Override@Nullablepublic <T> T getForObject(String url, Class<T> responseType, Object... uriVariables) throws RestClientException {RequestCallback requestCallback = acceptHeaderRequestCallback(responseType);HttpMessageConverterExtractor<T> responseExtractor =new HttpMessageConverterExtractor<>(responseType, getMessageConverters(), logger);return execute(url, HttpMethod.GET, requestCallback, responseExtractor, uriVariables);}

调用到execute方法：

	@Override@Nullablepublic <T> T execute(String url, HttpMethod method, @Nullable RequestCallback requestCallback,@Nullable ResponseExtractor<T> responseExtractor, Object... uriVariables) throws RestClientException {URI expanded = getUriTemplateHandler().expand(url, uriVariables);return doExecute(expanded, method, requestCallback, responseExtractor);}

doExecute方法：

@Nullableprotected <T> T doExecute(URI url, @Nullable HttpMethod method, @Nullable RequestCallback requestCallback,@Nullable ResponseExtractor<T> responseExtractor) throws RestClientException {Assert.notNull(url, "URI is required");Assert.notNull(method, "HttpMethod is required");ClientHttpResponse response = null;try {ClientHttpRequest request = createRequest(url, method);if (requestCallback != null) {requestCallback.doWithRequest(request);}response = request.execute();handleResponse(url, method, response);return (responseExtractor != null ? responseExtractor.extractData(response) : null);}catch (IOException ex) {String resource = url.toString();String query = url.getRawQuery();resource = (query != null ? resource.substring(0, resource.indexOf('?')) : resource);throw new ResourceAccessException("I/O error on " + method.name() +" request for \"" + resource + "\": " + ex.getMessage(), ex);}finally {if (response != null) {response.close();}}}

createRequest方法：

	protected ClientHttpRequest createRequest(URI url, HttpMethod method) throws IOException {ClientHttpRequest request = getRequestFactory().createRequest(url, method);initialize(request);if (logger.isDebugEnabled()) {logger.debug("HTTP " + method.name() + " " + url);}return request;}

最关键的部分来了，就是这个 getRequestFactory()方法，在RestTemplate的父类InterceptingHttpAccessor中定义：

    private final List<ClientHttpRequestInterceptor> interceptors = new ArrayList<>();public ClientHttpRequestFactory getRequestFactory() {List<ClientHttpRequestInterceptor> interceptors = getInterceptors();if (!CollectionUtils.isEmpty(interceptors)) {ClientHttpRequestFactory factory = this.interceptingRequestFactory;if (factory == null) {factory = new InterceptingClientHttpRequestFactory(super.getRequestFactory(), interceptors);this.interceptingRequestFactory = factory;}return factory;}else {return super.getRequestFactory();}}public List<ClientHttpRequestInterceptor> getInterceptors() {return this.interceptors;}

首先通过getInterceptor()方法检查是否有有拦截器，拦截器interceptors是由ClientHttpRequestInterceptor组成的一个list。如果有的话，就会创建InterceptingClientHttpRequestFactory、并且将拦截器interceptors送给InterceptingClientHttpRequestFactory工厂之后，返回工厂InterceptingClientHttpRequestFactory。

然后，方法调用返回到createRequest方法中，调用InterceptingClientHttpRequestFactory的createRequest方法，最终会调用到：

	@Overrideprotected ClientHttpRequest createRequest(URI uri, HttpMethod httpMethod, ClientHttpRequestFactory requestFactory) {return new InterceptingClientHttpRequest(requestFactory, this.interceptors, uri, httpMethod);}

方法最终返回的是InterceptingClientHttpRequest，并且，会将工厂InterceptingClientHttpRequestFactory持有的interceptors传递给InterceptingClientHttpRequest对象：

protected InterceptingClientHttpRequest(ClientHttpRequestFactory requestFactory,List<ClientHttpRequestInterceptor> interceptors, URI uri, HttpMethod method) {this.requestFactory = requestFactory;this.interceptors = interceptors;this.method = method;this.uri = uri;}

之后返回到doExecute方法中，会调用InterceptingClientHttpRequest的父类AbstractClientHttpRequest类的execute方法、之后又转回到InterceptingClientHttpRequest类的executeInternal方法：

	@Overrideprotected final ClientHttpResponse executeInternal(HttpHeaders headers, byte[] bufferedOutput) throws IOException {InterceptingRequestExecution requestExecution = new InterceptingRequestExecution();return requestExecution.execute(this, bufferedOutput);}

executeInternal方法创建了InterceptingClientHttpRequest内部类InterceptingRequestExecution对象之后，调用内部对象的execute方法。

查看内部类InterceptingRequestExecution，不难发现，他拿到了宿主类InterceptingClientHttpRequest的拦截器interceptors的迭代器：

private class InterceptingRequestExecution implements ClientHttpRequestExecution {private final Iterator<ClientHttpRequestInterceptor> iterator;public InterceptingRequestExecution() {this.iterator = interceptors.iterator();}@Overridepublic ClientHttpResponse execute(HttpRequest request, byte[] body) throws IOException {if (this.iterator.hasNext()) {ClientHttpRequestInterceptor nextInterceptor = this.iterator.next();return nextInterceptor.intercept(request, body, this);}else {HttpMethod method = request.getMethod();Assert.state(method != null, "No standard HTTP method");ClientHttpRequest delegate = requestFactory.createRequest(request.getURI(), method);request.getHeaders().forEach((key, value) -> delegate.getHeaders().addAll(key, value));if (body.length > 0) {if (delegate instanceof StreamingHttpOutputMessage) {StreamingHttpOutputMessage streamingOutputMessage = (StreamingHttpOutputMessage) delegate;streamingOutputMessage.setBody(outputStream -> StreamUtils.copy(body, outputStream));}else {StreamUtils.copy(body, delegate.getBody());}}return delegate.execute();}}}

然后在execute方法中首先遍历该迭代器iterator并调用迭代器对象ClientHttpRequestInterceptor的intercept方法。

拦截器ClientHttpRequestInterceptor就是实现负载均衡的关键所在，Spring正是在拦截器ClientHttpRequestInterceptor的intercept方法中，完成了负载均衡的实现：将请求中的服务名称比如本案例中的userservice、替换成了由Eureka注册中心下发下来的具体的userservice服务器（比如http://127.0.0.1:8081）

我们发现最关键的部分就是RestTemplate对象中的拦截器interceptors。

接下来的问题就是：interceptors是什么时候、怎么创建出来的？

拦截器的初始化

从RestTemplate的父类InterceptingHttpAccessor简单追踪一下，不难发现他的interceptors是通过setInterceptors方法赋值的，然后借助开发工具的帮助：
在这里插入图片描述
发现LoadBalanceAutoConfiguration调用了setInterceptors方法。

这个LoadBalanceAutoConfiguration的命名方式是不是很熟悉啊？我们前面分析过SpringBoot的自动配置，就是各种xxxxAutoConfiguration命名的类负责具体的自动配置任务的。

简单了解了下，LoadBalanceAutoConfiguration就是SpringBoot的自动配置类。我们找到LoadBalanceAutoConfiguration类在spring-cloud-commons包下，按图索骥，我们找到了包下的/META-INF/spring.factories文件：
在这里插入图片描述
因此我们知道，SpringBoot的自动配置机制会通过调用LoadBalanceAutoConfiguration类来完成LoadBalance的相关初始化工作。
所以我们接下来的工作就是要研究LoadBalanceAutoConfiguration。

LoadBalanceAutoConfiguration

第一步，从LoadBalanceAutoConfiguration类的源码知道他要通过restTemplateCustomizer方法加载一个RestTemplateCustomizer对象，方法需要一个参数LoadBalancerInterceptor：

		@Bean@ConditionalOnMissingBeanpublic RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {return restTemplate -> {List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(restTemplate.getInterceptors());list.add(loadBalancerInterceptor);restTemplate.setInterceptors(list);};}

先看一眼RestTemplateCustomizer类，只有一个customize方法，该方法有一个参数RestTemplate：

public interface RestTemplateCustomizer {void customize(RestTemplate restTemplate);}

这个customize方法已经在restTemplateCustomizer方法中通过lamda表达式定义出来了，代码逻辑很简单：

就是要将LoadBalancerInterceptor拦截器对象通过调用RestTemplate的setInterceptors方法加入到RestTemplate的interceptors中！

似乎快要摸到开关了！！！

那么我们现在又冒出了以下几个问题：

这个LoadBalancerInterceptor从哪里来？
RestTemplate从哪里来？
什么时候调用这个已经注入到Spring Ioc容器中的RestTemplateCustomizer的customize方法？

第1、第2两个问题其实很简单。看代码：

    @Configuration(proxyBeanMethods = false)@Conditional(RetryMissingOrDisabledCondition.class)static class LoadBalancerInterceptorConfig {@Beanpublic LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor(LoadBalancerClient loadBalancerClient,LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {return new LoadBalancerInterceptor(loadBalancerClient, requestFactory);}...
}

LoadBalancerAutoConfiguration类中有一个静态配置类LoadBalancerInterceptorConfig，通过loadBalancerInterceptor方法注入了LoadBalancerInterceptor 对象，创建对象的时候通过参数注入了loadBalancerClient和LoadBalancerRequestFactory。

第2个问题，RestTemplate的注入，其实是我们从应用层通过@Bean注入的，同时加了@LoadBalanced注解。

现在我们来回答第3个问题：

什么时候调用这个已经注入到Spring Ioc容器中的RestTemplateCustomizer的customize方法?

比前两个问题稍稍复杂了一点：

	@LoadBalanced@Autowired(required = false)private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();@Beanpublic SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializerDeprecated(final ObjectProvider<List<RestTemplateCustomizer>> restTemplateCustomizers) {return () -> restTemplateCustomizers.ifAvailable(customizers -> {for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {customizer.customize(restTemplate);}}});}

首先看到标注了@Autowire和@LoadBalanced注解的RestTemplates列表的注入，意思是：如果有加了@LoadBalanced注解的RestTemplates bean的话，就自动装配到restTemplates 变量中。

之后，通过loadBalancedRestTemplateInitializerDeprecated方法注入了一个SmartInitializingSingleton，我们知道SmartInitializingSingleton在装配到Spring Ioc之后会调用他的afterSingletonsInstantiated()方法。这里注入的SmartInitializingSingleton通过lamda实现了afterSingletonsInstantiated()方法，代码逻辑：通过方法参数打包注入到Ioc容器中的RestTemplateCustomizer（前面讲过了，他已经注入到IoC容器中了）到restTemplateCustomizers中，然后遍历restTemplates（这个list在前面说过了，已经把我们通过@Bean和@LoadBalanced注解的RestTemplate对象注入进来了）、针对每一个RestTemplate再遍历restTemplateCustomizers中的RestTemplateCustomizer对象，逐个调用他的customize方法。

OK！对于@LoadBalanced注解从应用、到初始化、生效机制，我们就分析清楚了。

最后还遗留两个小问题，初始化和应用两端各一个：初始化过程中的装配到loadBalancerInterceptor对象中的LoadBalancerClient具体是什么对象、什么时候注入的？应用端最终的负载均衡策略、负载均衡实现逻辑，我们还没具体分析。

下一篇文章解决上述两个问题。