Spring Boot+gRPC构建微服务并部署到Istio（详细教程）

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作为Service Mesh和云原生技术的忠实拥护者，我却一直没有开发过Service Mesh的应用。正好最近受够了Spring Cloud的“折磨”，对Kubernetes也可以熟练使用了，而且网上几乎没有Spring Boot微服务部署到Istio的案例，我就开始考虑用Spring Boot写个微服务的Demo并且部署到Istio。项目本身不复杂，就是发送一个字符串并且返回一个字符串的最简单的Demo。

题外话：我本来是想用Spring MVC写的——因为周围有的同学不相信Spring MVC也可以开发微服务，但是Spring MVC的各种配置和依赖问题把我整的想吐，为了少掉几根头发，还是用了方便好用的Spring Boot。

为什么要用Istio？

目前，对于Java技术栈来说，构建微服务的最佳选择是Spring Boot而Spring Boot一般搭配目前落地案例很多的微服务框架Spring Cloud来使用。

Spring Cloud看似很完美，但是在实际上手开发后，很容易就会发现Spring Cloud存在以下比较严重的问题：

服务治理相关的逻辑存在于Spring Cloud Netflix等SDK中，与业务代码紧密耦合。
SDK对业务代码侵入太大，SDK发生升级且无法向下兼容时，业务代码必须做出改变以适配SDK的升级——即使业务逻辑并没有发生任何变化。
各种组件令人眼花缭乱，质量也参差不齐，学习成本太高，且组件之间代码很难完全复用，仅仅为了实现治理逻辑而学习SDK也并不是很好的选择。
绑定于Java技术栈，虽然可以接入其他语言但要手动实现服务治理相关的逻辑，不符合微服务“可以用多种语言进行开发”的原则。
Spring Cloud仅仅是一个开发框架，没有实现微服务所必须的服务调度、资源分配等功能，这些需求要借助Kubernetes等平台来完成。但Spring Cloud与Kubernetes功能上有重合，且部分功能也存在冲突，二者很难完美配合。

替代Spring Cloud的选择有没有呢？有！它就是Istio。

Istio彻底把治理逻辑从业务代码中剥离出来，成为了独立的进程（Sidecar）。部署时两者部署在一起，在一个Pod里共同运行，业务代码完全感知不到Sidecar的存在。这就实现了治理逻辑对业务代码的零侵入——实际上不仅是代码没有侵入，在运行时两者也没有任何的耦合。这使得不同的微服务完全可以使用不同语言、不同技术栈来开发，也不用担心服务治理问题，可以说这是一种很优雅的解决方案了。

所以，“为什么要使用Istio”这个问题也就迎刃而解了——因为Istio解决了传统微服务诸如业务逻辑与服务治理逻辑耦合、不能很好地实现跨语言等痛点，而且非常容易使用。只要会用Kubernetes，学习Istio的使用一点都不困难。

为什么要使用gRPC作为通信框架？

在微服务架构中，服务之间的通信是一个比较大的问题，一般采用RPC或者RESTful API来实现。

Spring Boot可以使用RestTemplate调用远程服务，但这种方式不直观，代码也比较复杂，进行跨语言通信也是个比较大的问题；而gRPC相比Dubbo等常见的Java RPC框架更加轻量，使用起来也很方便，代码可读性高，并且与Istio和Kubernetes可以很好地进行整合，在Protobuf和HTTP2的加持下性能也还不错，所以这次选择了gRPC来解决Spring Boot微服务间通信的问题。并且，虽然gRPC没有服务发现、负载均衡等能力，但是Istio在这方面就非常强大，两者形成了完美的互补关系。

由于考虑到各种grpc-spring-boot-starter可能会对Spring Boot与Istio的整合产生不可知的副作用，所以这一次我没有用任何的grpc-spring-boot-starter，而是直接手写了gRPC与Spring Boot的整合。不想借助第三方框架整合gRPC和Spring Boot的可以简单参考一下我的实现。

编写业务代码

首先使用Spring Initializr建立父级项目spring-boot-istio，并引入gRPC的依赖。pom文件如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><modelVersion>4.0.0</modelVersion><modules><module>spring-boot-istio-api</module><module>spring-boot-istio-server</module><module>spring-boot-istio-client</module></modules><parent><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId><version>2.2.6.RELEASE</version><relativePath/> <!-- lookup parent from repository --></parent><groupId>site.wendev</groupId><artifactId>spring-boot-istio</artifactId><version>0.0.1-SNAPSHOT</version><name>spring-boot-istio</name><description>Demo project for Spring Boot With Istio.</description><packaging>pom</packaging><properties><java.version>1.8</java.version></properties><dependencyManagement><dependencies><dependency><groupId>io.grpc</groupId><artifactId>grpc-all</artifactId><version>1.28.1</version></dependency></dependencies></dependencyManagement>
</project>

然后建立公共依赖模块spring-boot-istio-api，pom文件如下，主要就是gRPC的一些依赖：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><parent><artifactId>spring-boot-istio</artifactId><groupId>site.wendev</groupId><version>0.0.1-SNAPSHOT</version></parent><modelVersion>4.0.0</modelVersion><artifactId>spring-boot-istio-api</artifactId><dependencies><dependency><groupId>io.grpc</groupId><artifactId>grpc-all</artifactId></dependency><dependency><groupId>javax.annotation</groupId><artifactId>javax.annotation-api</artifactId><version>1.3.2</version></dependency></dependencies><build><extensions><extension><groupId>kr.motd.maven</groupId><artifactId>os-maven-plugin</artifactId><version>1.6.2</version></extension></extensions><plugins><plugin><groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId><artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId><version>0.6.1</version><configuration><protocArtifact>com.google.protobuf:protoc:3.11.3:exe:${os.detected.classifier}</protocArtifact><pluginId>grpc-java</pluginId><pluginArtifact>io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.28.1:exe:${os.detected.classifier}</pluginArtifact><protocExecutable>/Users/jiangwen/tools/protoc-3.11.3/bin/protoc</protocExecutable></configuration><executions><execution><goals><goal>compile</goal><goal>compile-custom</goal></goals></execution></executions></plugin></plugins></build>
</project>

建立src/main/proto文件夹，在此文件夹下建立hello.proto，定义服务间的接口如下：

syntax = "proto3";option java_package = "site.wendev.spring.boot.istio.api";
option java_outer_classname = "HelloWorldService";package helloworld;service HelloWorld {rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse) {}
}message HelloRequest {string name = 1;
}message HelloResponse {string message = 1;
}

很简单，就是发送一个name返回一个带name的message。

然后生成服务端和客户端的代码，并且放到java文件夹下。这部分内容可以参考gRPC的官方文档。

有了API模块之后，就可以编写服务提供者（服务端）和服务消费者（客户端）了。这里我们重点看一下如何整合gRPC和Spring Boot。

服务端

业务代码非常简单：

/*** 服务端业务逻辑实现** @author 江文*/
@Slf4j
@Component
public class HelloServiceImpl extends HelloWorldGrpc.HelloWorldImplBase {@Overridepublic void sayHello(HelloWorldService.HelloRequest request,StreamObserver<HelloWorldService.HelloResponse> responseObserver) {// 根据请求对象建立响应对象，返回响应信息HelloWorldService.HelloResponse response = HelloWorldService.HelloResponse.newBuilder().setMessage(String.format("Hello, %s. This message comes from gRPC.", request.getName())).build();responseObserver.onNext(response);responseObserver.onCompleted();log.info("Client Message Received：[{}]", request.getName());}
}

光有业务代码还不行，我们还需要在应用启动时把gRPC Server也给一起启动起来。首先写一下Server端的启动、关闭等逻辑：

/*** gRPC Server的配置——启动、关闭等* 需要使用<code>@Component</code>注解注册为一个Spring Bean** @author 江文*/
@Slf4j
@Component
public class GrpcServerConfiguration {@AutowiredHelloServiceImpl service;/** 注入配置文件中的端口信息 */@Value("${grpc.server-port}")private int port;private Server server;public void start() throws IOException {// 构建服务端log.info("Starting gRPC on port {}.", port);server = ServerBuilder.forPort(port).addService(service).build().start();log.info("gRPC server started, listening on {}.", port);// 添加服务端关闭的逻辑Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {log.info("Shutting down gRPC server.");GrpcServerConfiguration.this.stop();log.info("gRPC server shut down successfully.");}));}private void stop() {if (server != null) {// 关闭服务端server.shutdown();}}public void block() throws InterruptedException {if (server != null) {// 服务端启动后直到应用关闭都处于阻塞状态，方便接收请求server.awaitTermination();}}
}

定义好gRPC的启动、停止等逻辑后，就可以使用CommandLineRunner把它加入到Spring Boot的启动中去了：

/*** 加入gRPC Server的启动、停止等逻辑到Spring Boot的生命周期中** @author 江文*/
@Component
public class GrpcCommandLineRunner implements CommandLineRunner {@AutowiredGrpcServerConfiguration configuration;@Overridepublic void run(String... args) throws Exception {configuration.start();configuration.block();}
}

之所以要把gRPC的逻辑注册成Spring Bean，就是因为在这里要获取到它的实例并进行相应的操作。

这样，在启动Spring Boot时，由于CommandLineRunner的存在，gRPC服务端也就可以一同启动了。

客户端

业务代码同样非常简单：

/*** 客户端业务逻辑实现** @author 江文*/
@RestController
@Slf4j
public class HelloController {@AutowiredGrpcClientConfiguration configuration;@GetMapping("/hello")public String hello(@RequestParam(name = "name", defaultValue = "JiangWen", required = false) String name) {// 构建一个请求HelloWorldService.HelloRequest request = HelloWorldService.HelloRequest.newBuilder().setName(name).build();// 使用stub发送请求至服务端HelloWorldService.HelloResponse response = configuration.getStub().sayHello(request);log.info("Server response received: [{}]", response.getMessage());return response.getMessage();}
}

在启动客户端时，我们需要打开gRPC的客户端，并获取到channel和stub以进行RPC通信，来看看gRPC客户端的实现逻辑：

/*** gRPC Client的配置——启动、建立channel、获取stub、关闭等* 需要注册为Spring Bean** @author 江文*/
@Slf4j
@Component
public class GrpcClientConfiguration {/** gRPC Server的地址 */@Value("${server-host}")private String host;/** gRPC Server的端口 */@Value("${server-port}")private int port;private ManagedChannel channel;private HelloWorldGrpc.HelloWorldBlockingStub stub;public void start() {// 开启channelchannel = ManagedChannelBuilder.forAddress(host, port).usePlaintext().build();// 通过channel获取到服务端的stubstub = HelloWorldGrpc.newBlockingStub(channel);log.info("gRPC client started, server address: {}:{}", host, port);}public void shutdown() throws InterruptedException {// 调用shutdown方法后等待1秒关闭channelchannel.shutdown().awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS);log.info("gRPC client shut down successfully.");}public HelloWorldGrpc.HelloWorldBlockingStub getStub() {return this.stub;}
}

比服务端要简单一些。

最后，仍然需要一个CommandLineRunner把这些启动逻辑加入到Spring Boot的启动过程中：

/*** 加入gRPC Client的启动、停止等逻辑到Spring Boot生命周期中** @author 江文*/
@Component
@Slf4j
public class GrpcClientCommandLineRunner implements CommandLineRunner {@AutowiredGrpcClientConfiguration configuration;@Overridepublic void run(String... args) {// 开启gRPC客户端configuration.start();// 添加客户端关闭的逻辑Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {try {configuration.shutdown();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}));}
}

编写Dockerfile

业务代码跑通之后，就可以制作Docker镜像，准备部署到Istio中去了。

在开始编写Dockerfile之前，先改动一下客户端的配置文件：

server:port: 19090
spring:application:name: spring-boot-istio-client
server-host: ${server-host}
server-port: ${server-port}

接下来编写Dockerfile：

服务端：

FROM openjdk:8u121-jdk
RUN /bin/cp /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime \&& echo 'Asia/Shanghai' >/etc/timezone
ADD /target/spring-boot-istio-server-0.0.1-SNAPSHOT.jar /
ENV SERVER_PORT="18080"
ENTRYPOINT java -jar /spring-boot-istio-server-0.0.1-SNAPSHOT.jar

可以看到这里添加了启动参数，配合前面的配置，当这个镜像部署到Kubernetes集群时，就可以在Kubernetes的配合之下通过服务名找到服务端了。

同时，服务端和客户端的pom文件中添加：

<build><plugins><plugin><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId><configuration><executable>true</executable></configuration></plugin><plugin><groupId>com.spotify</groupId><artifactId>dockerfile-maven-plugin</artifactId><version>1.4.13</version><dependencies><dependency><groupId>javax.activation</groupId><artifactId>activation</artifactId><version>1.1</version></dependency></dependencies><executions><execution><id>default</id><goals><goal>build</goal><goal>push</goal></goals></execution></executions><configuration><repository>wendev-docker.pkg.coding.net/develop/docker/${project.artifactId}</repository><tag>${project.version}</tag><buildArgs><JAR_FILE>${project.build.finalName}.jar</JAR_FILE></buildArgs></configuration></plugin></plugins>
</build>

这样执行mvn clean package时就可以同时把docker镜像构建出来了。

编写部署文件

有了镜像之后，就可以写部署文件了：

服务端：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: spring-boot-istio-server
spec:type: ClusterIPports:- name: httpport: 18080targetPort: 18080- name: grpcport: 18888targetPort: 18888selector:app: spring-boot-istio-server
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: spring-boot-istio-server
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: spring-boot-istio-servertemplate:metadata:labels:app: spring-boot-istio-serverspec:containers:- name: spring-boot-istio-serverimage: wendev-docker.pkg.coding.net/develop/docker/spring-boot-istio-server:0.0.1-SNAPSHOTimagePullPolicy: Alwaystty: trueports:- name: httpprotocol: TCPcontainerPort: 18080- name: grpcprotocol: TCPcontainerPort: 18888

主要是暴露服务端的端口：18080和gRPC Server的端口18888，以便可以从Pod外部访问服务端。

客户端：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:name: spring-boot-istio-client
spec:type: ClusterIPports:- name: httpport: 19090targetPort: 19090selector:app: spring-boot-istio-client
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:name: spring-boot-istio-client
spec:replicas: 1selector:matchLabels:app: spring-boot-istio-clienttemplate:metadata:labels:app: spring-boot-istio-clientspec:containers:- name: spring-boot-istio-clientimage: wendev-docker.pkg.coding.net/develop/docker/spring-boot-istio-client:0.0.1-SNAPSHOTimagePullPolicy: Alwaystty: trueports:- name: httpprotocol: TCPcontainerPort: 19090

主要是暴露客户端的端口19090，以便访问客户端并调用服务端。

如果想先试试把它们部署到k8s可不可以正常访问，可以这样配置Ingress：

apiVersion: networking.k8s.io/v1beta1
kind: Ingress
metadata:name: nginx-webannotations:kubernetes.io/ingress.class: "nginx"nginx.ingress.kubernetes.io/use-reges: "true"nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-connect-timeout: "600"nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-send-timeout: "600"nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-read-timeout: "600"nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "10m"nginx.ingress.kubernetes.io/rewrite-target: /
spec:rules:- host: dev.wendev.sitehttp:paths:- path: /backend:serviceName: spring-boot-istio-clientservicePort: 19090

Istio的网关配置文件与k8s不大一样：

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:name: spring-boot-istio-gateway
spec:selector:istio: ingressgatewayservers:- port:number: 80name: httpprotocol: HTTPhosts:- "*"
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:name: spring-boot-istio
spec:hosts:- "*"gateways:- spring-boot-istio-gatewayhttp:- match:- uri:exact: /helloroute:- destination:host: spring-boot-istio-clientport:number: 19090

主要就是暴露/hello这个路径，并且指定对应的服务和端口。

部署应用到Istio

首先搭建k8s集群并且安装istio。我使用的k8s版本是1.16.0，Istio版本是最新的1.6.0-alpha.1，使用istioctl命令安装Istio。建议跑通官方的bookinfo示例之后再来部署本项目。

注：以下命令都是在开启了自动注入Sidecar的前提下运行的

我是在虚拟机中运行的k8s，所以istio-ingressgateway没有外部ip：

$ kubectl get svc istio-ingressgateway -n istio-system
NAME                   TYPE       CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)                                                                                                                                      AGE
istio-ingressgateway   NodePort   10.97.158.232   <none>        15020:30388/TCP,80:31690/TCP,443:31493/TCP,15029:32182/TCP,15030:31724/TCP,15031:30887/TCP,15032:30369/TCP,31400:31122/TCP,15443:31545/TCP   26h

所以，需要设置IP和端口，以NodePort的方式访问gateway：

export INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="http2")].nodePort}')
export SECURE_INGRESS_PORT=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.spec.ports[?(@.name=="https")].nodePort}')
export INGRESS_HOST=127.0.0.1
export GATEWAY_URL=$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT

必须要等到两个pod全部变为Running而且Ready变为2/2才算部署完成。

接下来就可以通过

curl -s http://${GATEWAY_URL}/hello

访问到服务了。如果成功返回了Hello, JiangWen. This message comes from gRPC.的结果，没有出错则说明部署完成。

来源：blog.csdn.net/weixin_43887447/article/

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