Go 微服务开发框架 DMicro 的设计思路

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  erpc 和  goframe 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

设计理念

对  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.

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  Client 和  Server, 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 一个或 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

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:

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。

在  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。

转存失败重新上传取消 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.