Go 微服务开发框架DMicro的设计思路

原创
08/01 16:49
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Go 微服务开发框架DMicro的设计思路

DMicro源码地址:

背景

DMicro诞生的背景,是因为我写了10来年的PHP,想在公司内部推广Go,公司内部的组件及rpc协议都是基于swoole定制化开发的。调研了市面上的各种框架,包括beego,goframe,gin,go-micro,go-zero,erpc等等,可能是我当时技术能力有限,并不能让这些框架很好的适配我们的业务。

我们业务开发有几个痛点,在当时golang的生态中无法找到一整套解决方案。

  • 微服务应用和单体应用同时开发。
  • 高性能,高可用的网络通讯。
  • 需要自定义应用层的协议(重点)。
  • 需要灵活的插件扩展机制,方便适配现有系统(重点)。
  • 服务端与客户端的概念模糊,互相都能使用相同的api调用对方。
  • 支持Push消息。
  • 连接/会话管理。
  • 高效率的开发,支持通过proto生成代码。
  • 支持多种网络协议,tcp,websocket,quic,unixsocket.
  • 兼容http协议。
  • 能够更快速的定位问题。
  • 更便捷的增加新特性。

在对常用的开源框架做了简单的调研以后,发现并没有一款合适的框架能满足我的所有需求。在认真思考过后,发现erpcgoframe两个框架的结合体能满足我的需求,于是就诞生了自研DMicro.

概述

DMicro中的drpc组件的思想是参考erpc实现,甚至可以说是它的继承者。

drpc组件是DMicro框架的一部分,为了适配DMicro框架,在erpc的基础上做了深入的扩展开发。

整个DMicro大量使用goframe中的组件,如果业务使用goframe框架,可以无缝接入。

DRpc特性列表:

  • 对等通信,对等Api
  • 高性能,非阻塞异步IO
  • 自定义Proto,,兼容http协议,自定义Codec
  • Hook点,插件系统,
  • Push消息,session管理Socket抽象,
  • 断线重连,过载保护,负载均衡,心跳机制,
  • 平滑重启 ...

DServer特性列表:

  • 快速构建,平滑重启,多进程支持,单/多进程一致
  • 预定义命令行,ctrl命令管理服务
  • 可观测,可控制,应用沙盒

DMicro已经内置组件:

  • [x] Registry 服务注册
  • [x] Selector 服务发现
  • [x] Eventbus 事件总线
  • [x] Supervisor 进程管理
  • [ ] Code gen 代码生成
  • [ ] Tracing 链路追踪
  • [ ] Metrics 统计告警
  • [ ] Broker 限流熔断
  • [ ] OpenAPI 文档自动生成

架构

dmicro架构图

设计理念

DMicro框架的设计,从设计之初就是在追求灵活性,适应性。在保证微服务的稳定性前提下,追求项目的开发效率。

  • 面向接口设计,保证代码稳定,提供灵活定制。
  • 抽象各组件的接口,高内聚,低耦合。
  • 分层设计,自上而下逐层封装,利于稳定和维护。
  • 高性能,高可用,低消耗。
  • 对开发友好,封装复杂度。
  • 提供丰富的组件及功能,让开发专注业务。

无数个写DMicro的日夜,我都谨记开发三原则:

  • Clarity(清晰)
  • Simplicity(简单)
  • Productivity(生产力)

无论工作,还是做开源项目,都应该保持这三个原则,养成良好的习惯。

面向接口设计

DMicro秉承着万物皆接口的原则,提供框架无与伦比的扩展性.

下图展示的是消息的发送的流转流程,可以看到,所有的功能点都被抽象成了接口,每个功能点都提供了不同的实现.

消息流转图.png

会话 Session

大多数的Rpc框架并不强调会话(session)的概念,因其应用场景不需要用到会话(session). 那么drpc为什么需要抽象出会话(session)呢?

  • Endpoint 融合了ClientServer,需要提供相同的Api.
  • 服务端需要主动向客户端发送消息,并且获取客户端的响应.
  • 服务端支持对多个客户端批量发送消息.
  • 异步主动断开一个多个会话.
  • 获取会话底层的文件描述符,对其进行性能调优.
  • 可以为每个会话绑定特殊的数据/属性.

Session抽象了整个drpc框架的会话,把Socket,Message,Context都融合到一起. 开发者只需要对session进行操作,就能实现大多数需求.

  • 获取连接信息
  • 控制连接的生命周期(超时时间)
  • 控制单次请求的生命周期(超时时间)
  • 接收消息
  • 发送消息
  • 创建消息的上下文
  • 绑定会话的相关信息(如用户信息)
  • 断线重连
  • 主动断开会话.
  • 健康检查
  • 获取连接关闭事件
  • 为会话设置单独的id

Session接口可以细分为4个interface{},分别是EarlySession,BaseSession,CtxSession,Session. 对应的是应用的不同生命阶段会话(Session)拥有的不同属性.

  • EarlySession 表示刚生成会话,尚未启动 goroutine 读取数据的阶段.
  • BaseSession 只有最基础的方法,用于关闭连接时候的插件参数.
  • CtxSession 在处理程序上下文中传递的会话对象.
  • Session 全功能的会话对象.

正常情况下,开发者用到的都是Session,CtxSession这两个接口,其他2个接口是在插件中使用.

消息 Message

消息Message 包含消息头Header,消息体Body,是客户端与服务端之间通信的实体.

Message interface{} 抽象了对通信实体的操作.

  • Size消息的长度
  • Transfer-Filter-Pipeline 报文数据过滤处理管道
  • Seq 序列号
  • MType 消息类型
  • ServiceMethod 资源标识符
  • Meta 消息的元数据
  • BodyCodec 消息体编码格式
  • Body 消息体

消息结构组成.png

协议 Proto

协议是对消息Message对象的序列化和反向序列化,框架提供Proto 接口. 只需要实现该接口,开发者就能定制符合业务需求的自定义协议,从而提升了框架的灵活性.

接口的定义如下:

type Proto interface {
	Version() (byte, string)
	Pack(Message) error
	Unpack(Message) error
}
  • Version() 返回该协议的id和名字,两个组成唯一的版本号.
  • Pack 对消息Message对象进行序列化.
  • Unpack 对字节流反序列化,生成一个消息Message对象.

目前框架已支持Http,Json,Raw,Protobuf,JsonRpc这5个协议.

RAW协议组成如下:

raw协议的组成.png

其他协议可以参考代码.

编码 Codec

作为一个通用性的框架,支持的协议可以有多种,消息体的编解码也可以有多少种. drpc使用Codec接口对消息体Body进行编解码.

接口的定义如下:

type Codec interface {
	ID() byte
	Name() string
	Marshal(interface{}) ([]byte, error)
	Unmarshal([]byte, interface{}) error
}
  • ID 返回编Codec的id
  • Name 返回编Codec的名字,名字是为了开发者更容易识别.
  • Marshal 对消息内容进行编码
  • Unmarshal 对消息内容进行解码

目前框架已支持Form,Json,plain,Protobuf,XML这5个编解码.

连接 Socket

Socket扩展了net.Conn,并且抽象出接口,方便框架对底层网络协议的集成.

Socket接口实现了一部分Session接口的功能,Session接口调用的一些方法,实际上是转发调用了Socket中的方法.

这样的分层实现,让Socket拥有的集成其他协议的能力.

  • TCP V4,TCP V6
  • Unix Socket
  • KCP
  • QUIC

支持对连接的性能调优.

  • SetKeepAlive 开启链接保活
  • SetKeepAlivePeriod 链接保活间隔时间
  • SetReadBuffer 设置链接读缓冲区size
  • SetWriteBuffer 获取链接写缓冲区size
  • SetNoDelay 开启关闭no delay算法
  • ControlFD 支持操作链接的原始句柄

有机的组合

前面讲到,DMicro框架万物皆接口,分层+接口的设计,让DMicro有了灵活的组成高效且符合业务实际情况的能力.

接下来我们要讲到实现这些能力的基础.插件系统.

插件 Plugin

插件系统给框架带来了极大的扩展性和灵活性,是整个框架的一个灵魂模块,有了它,框架就有了无限可能。

什么样的插件系统才能算是优雅呢?我能想到的有以下几点:

  • 合理且丰富的hook位置,能够覆盖整个框架的生命周期,贯穿通讯的各个环节。
  • 每个hook位置的入参和出参都是经过精心设计。
  • 每个插件都能够使用多个hook位置,每个hook位置都能被多个插件使用。
  • 设计的足够简洁,优雅。能方便的进行二次开发定制。

drpc中,钩子贯穿与整个Endpoint的生命周期,是它不可或缺的重要一环。

接收call请求的服务端和发送call请求的客户端.png 通过这些钩子 Hook点,赋予了插件无限可能.

组件

有了插件,就能通过插件的组合,编写综合功能的组件,目前框架提供一些内置的组件,

  • 服务端 Rpc Server
  • 客户端 Rpc Client
  • 服务注册 Registry
  • 服务发现 Selector
  • 事件总线 EventBus
  • 进程管理 Supervisor

即将提供:

  • 链路追踪 Tracing
  • 统计告警 Metrics
  • 限流熔断 Broker.

限于篇幅的原因,具体组件的实现,这里就不深入讲解,请关注后续的文章.

未来展望

如果把DMicro比作人生,现在成长的阶段还处在少年时期,只完成了基础的架构设计和一部分组件的开发.

接下来的方向主要是往易用性和可靠性方向发展.

易用性:

  • 项目效能工具dmctl工具的开发,包括代码生成,项目结构生成,打包,编译等等功能.
  • 符合openapi定义的文档组件的开发.
  • 更加完善的文档和使用示例.

可靠性:

  • 可观测性
    • 链路追踪
    • 指标信息
    • 日志流
  • 生产可用
    • 测试用例的完善
    • 代码覆盖率
    • 性能调优

希望DMicro能在大家的呵护及鞭策下茁长成长.

开源不易,需要更多小伙伴加入,共创DMicro. 如果你希望使用DMicro,赶快引入代码,搭建你的第一个新项目吧! 如果你也想为DMicro生态添砖加瓦,赶快Fork代码,给我们提交pr吧!

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