Feign 系列（03）Feign 工作原理

Feign 系列（03）Feign 工作原理

Spring Cloud 系列目录(https://www.cnblogs.com/binarylei/p/11563952.html#feign)

1. Feign 是如何设计的

首先回顾一下 Feign 的基本用法：

// 1. Feign 动态代理
GitHub github = Feign.builder()
    .decoder(new GsonDecoder())
    .target(GitHub.class, "https://api.github.com");
// 2. Feign 执行
List<Contributor> contributors = github.contributors("OpenFeign", "feign");

总结： Feign 使用时分成两步：一是生成 Feign 的动态代理；二是 Feign 执行。

图1：Feign 的整体设计

总结：

前两步是生成动态对象：将 Method 方法的注解解析成 MethodMetadata，并最终生成 Feign 动态代理对象。
后几步是调用过程：根据解析的 MethodMetadata 对象，将 Method 方法的参数转换成 Request，最后调用 Client 发送请求。

2. Feign 动态代理

Feign 的默认实现是 ReflectiveFeign，通过 Feign.Builder 构建。再看代码前，先了解一下 Target 这个对象。

public interface Target<T> {
  // 接口的类型
  Class<T> type();

  // 代理对象的名称，默认为url,负载均衡时有用
  String name();
  // 请求的url地址，eg: https://api/v2
  String url();
}

其中 Target.type 是用来生成代理对象的，url 是 Client 对象发送请求的地址。

2.1 ReflectiveFeign 构建

public Feign build() {
    // client 有三种实现 JdkHttp/ApacheHttp/okHttp，默认是 jdk 的实现
    SynchronousMethodHandler.Factory synchronousMethodHandlerFactory =
        new SynchronousMethodHandler.Factory(client, retryer, requestInterceptors, logger,
                                             logLevel, decode404, closeAfterDecode, propagationPolicy);
    ParseHandlersByName handlersByName =
        new ParseHandlersByName(contract, options, encoder, decoder, queryMapEncoder,
                                errorDecoder, synchronousMethodHandlerFactory);
    return new ReflectiveFeign(handlersByName, invocationHandlerFactory, queryMapEncoder);
}

总结： 介绍一下几个主要的参数：

Client 这个没什么可说的，有三种实现 JdkHttp/ApacheHttp/okHttp
RequestInterceptor 请求拦截器
Contract REST 注解解析器，默认为 Contract.Default()，即支持 Feign 的原生注解。
InvocationHandlerFactory 生成 JDK 动态代理，实际执行是委托给了 MethodHandler。

2.2 生成代理对象

public <T> T newInstance(Target<T> target) {
    // 1. Contract 将 target.type 接口类上的方法和注解解析成 MethodMetadata，
    //    并转换成内部的MethodHandler处理方式
    Map<String, MethodHandler> nameToHandler = targetToHandlersByName.apply(target);
    Map<Method, MethodHandler> methodToHandler = new LinkedHashMap<Method, MethodHandler>();
    List<DefaultMethodHandler> defaultMethodHandlers = new LinkedList<DefaultMethodHandler>();

    for (Method method : target.type().getMethods()) {
        if (method.getDeclaringClass() == Object.class) {
            continue;
        } else if (Util.isDefault(method)) {
            DefaultMethodHandler handler = new DefaultMethodHandler(method);
            defaultMethodHandlers.add(handler);
            methodToHandler.put(method, handler);
        } else {
            methodToHandler.put(method, nameToHandler.get(Feign.configKey(target.type(), method)));
        }
    }

    // 2. 生成 target.type 的 jdk 动态代理对象
    InvocationHandler handler = factory.create(target, methodToHandler);
    T proxy = (T) Proxy.newProxyInstance(target.type().getClassLoader(),
                                         new Class<?>[]{target.type()}, handler);

    for (DefaultMethodHandler defaultMethodHandler : defaultMethodHandlers) {
        defaultMethodHandler.bindTo(proxy);
    }
    return proxy;
}

总结： newInstance 生成了 JDK 的动态代理，从 factory.create(target, methodToHandler) 也可以看出 InvocationHandler 实际委托给了 methodToHandler。methodToHandler 默认是 SynchronousMethodHandler.Factory 工厂类创建的。

2.3 MethodHandler 方法执行器

ParseHandlersByName.apply 生成了每个方法的执行器 MethodHandler，其中最重要的一步就是通过 Contract 解析 MethodMetadata。

public Map<String, MethodHandler> apply(Target key) {
    // 1. contract 将接口类中的方法和注解解析 MethodMetadata
    List<MethodMetadata> metadata = contract.parseAndValidatateMetadata(key.type());
    Map<String, MethodHandler> result = new LinkedHashMap<String, MethodHandler>();
    for (MethodMetadata md : metadata) {
        // 2. buildTemplate 实际上将 Method 方法的参数转换成 Request
        BuildTemplateByResolvingArgs buildTemplate;
        if (!md.formParams().isEmpty() && md.template().bodyTemplate() == null) {
            // 2.1 表单
            buildTemplate = new BuildFormEncodedTemplateFromArgs(md, encoder, queryMapEncoder);
        } else if (md.bodyIndex() != null) {
            // 2.2 @Body 注解
            buildTemplate = new BuildEncodedTemplateFromArgs(md, encoder, queryMapEncoder);
        } else {
            // 2.3 其余
            buildTemplate = new BuildTemplateByResolvingArgs(md, queryMapEncoder);
        }
        // 3. 将 metadata 和 buildTemplate 封装成 MethodHandler
        result.put(md.configKey(),
                   factory.create(key, md, buildTemplate, options, decoder, errorDecoder));
    }
    return result;
}

总结： 这个方法由以下几步：

Contract 统一将方法解析 MethodMetadata(*)，这样就可以通过实现不同的 Contract 适配各种 REST 声明式规范。
buildTemplate 实际上将 Method 方法的参数转换成 Request。
将 metadata 和 buildTemplate 封装成 MethodHandler。

这样通过以上三步就创建了一个 Target.type 的代理对象 proxy，这个代理对象就可以像访问普通方法一样发送 Http 请求，其实和 RPC 的 Stub 模型是一样的。了解 proxy 后，其执行过程其实也就一模了然。

3. Feign 调用过程

3.1 FeignInvocationHandler#invoke

private final Map<Method, MethodHandler> dispatch;
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    ...
    // 每个Method方法对应一个MethodHandler
    return dispatch.get(method).invoke(args);
}

总结： 和上面的结论一样，实际的执行逻辑实际上是委托给了 MethodHandler。

3.2 SynchronousMethodHandler#invoke

// 发起 http 请求，并根据 retryer 进行重试
public Object invoke(Object[] argv) throws Throwable {
    // template 将 argv 参数构建成 Request
    RequestTemplate template = buildTemplateFromArgs.create(argv);
    Options options = findOptions(argv);
    Retryer retryer = this.retryer.clone();

    // 调用client.execute(request, options)
    while (true) {
        try {
            return executeAndDecode(template, options);
        } catch (RetryableException e) {
            try {
                // 重试机制
                retryer.continueOrPropagate(e);
            } catch (RetryableException th) {
                ...
            }
            continue;
        }
    }
}

总结： invoke 主要进行请求失败的重试机制，至于具体执行过程委托给了 executeAndDecode 方法。

// 一是编码生成Request；二是http请求；三是解码生成Response
Object executeAndDecode(RequestTemplate template, Options options) throws Throwable {
    // 1. 调用拦截器 RequestInterceptor，并根据 template 生成 Request
    Request request = targetRequest(template);
    // 2. http 请求
    Response response = client.execute(request, options);
	// 3. response 解码
    if (Response.class == metadata.returnType()) {
        byte[] bodyData = Util.toByteArray(response.body().asInputStream());
        return response.toBuilder().body(bodyData).build();
    }
    ...
}

Request targetRequest(RequestTemplate template) {
    // 执行拦截器
    for (RequestInterceptor interceptor : requestInterceptors) {
        interceptor.apply(template);
    }
    // 生成 Request
    return target.apply(template);
}

总结： executeAndDecode 最终调用 client.execute(request, options) 进行 http 请求。

4. 思考：如何基于 Feign 实现负载均衡与熔断

4.1 基于 Feign 的负载均衡 - 整合 Ribbon

想要进行负载均衡，那就要对 Client 进行包装，实现负载均衡。相关代码见RibbonClient和LBClient。

// RibbonClient 主要逻辑
private final Client delegate;
private final LBClientFactory lbClientFactory;
public Response execute(Request request, Request.Options options) throws IOException {
    try {
        URI asUri = URI.create(request.url());
        String clientName = asUri.getHost();
        URI uriWithoutHost = cleanUrl(request.url(), clientName);
        // 封装 RibbonRequest，包含 Client、Request、uri
        LBClient.RibbonRequest ribbonRequest =
            new LBClient.RibbonRequest(delegate, request, uriWithoutHost);
        // executeWithLoadBalancer 实现负载均衡
        return lbClient(clientName).executeWithLoadBalancer(
            ribbonRequest,
            new FeignOptionsClientConfig(options)).toResponse();
    } catch (ClientException e) {
        propagateFirstIOException(e);
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

总结： 实际上是把 Client 对象包装了一下，通过 executeWithLoadBalancer 进行负载均衡，这是 Ribbon 提供了 API。更多关于 Ribbon 的负载均衡就不在这进一步说明了。

public final class LBClient extends AbstractLoadBalancerAwareClient
	<LBClient.RibbonRequest, LBClient.RibbonResponse> {
	
	// executeWithLoadBalancer 方法通过负载均衡算法后，最终调用 execute
	@Override
    public RibbonResponse execute(RibbonRequest request, IClientConfig configOverride)
            throws IOException, ClientException {
        Request.Options options;
        if (configOverride != null) {
            options = new Request.Options(
                    configOverride.get(CommonClientConfigKey.ConnectTimeout, connectTimeout),
                    configOverride.get(CommonClientConfigKey.ReadTimeout, readTimeout),
                    configOverride.get(CommonClientConfigKey.FollowRedirects, followRedirects));
        } else {
            options = new Request.Options(connectTimeout, readTimeout);
        }
        // http 请求
        Response response = request.client().execute(request.toRequest(), options);
        if (retryableStatusCodes.contains(response.status())) {
            response.close();
            throw new ClientException(ClientException.ErrorType.SERVER_THROTTLED);
        }
        return new RibbonResponse(request.getUri(), response);
    }
}

4.2 基于 Feign 的熔断与限流 - 整合 Hystrix

想要进行限流，那就要在方法执行前进行拦截，也就是重写 InvocationHandlerFactory，在方法执行前进行熔断与限流。相关代码见 HystrixFeign，其实也就是实现了 HystrixInvocationHandler。

// HystrixInvocationHandler 主要逻辑
public Object invoke(final Object proxy, final Method method, final Object[] args)
      throws Throwable {
    HystrixCommand<Object> hystrixCommand =
        new HystrixCommand<Object>(setterMethodMap.get(method)) {
            @Override
            protected Object run() throws Exception {
                return HystrixInvocationHandler.this.dispatch.get(method).invoke(args);
            }
            @Override
            protected Object getFallback() {
            };
        }
    ...
	return hystrixCommand.execute();
}

参考：

Spring Cloud Feign设计原理：https://www.jianshu.com/p/8c7b92b4396c

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