Javaᶜⁿ 面试突击

灰度发布（Gray Release，也称为灰度发布或金丝雀发布）是指在软件或服务发布过程中，将新版本的功能或服务以较小的比例引入到生产环境中，仅向部分用户或节点提供新功能的一种发布策略。

在传统的全量发布中，新版本的功能会一次性全部部署到所有的用户或节点上。然而，这种方式潜在的风险是，如果新版本存在缺陷或问题，可能会对所有用户或节点产生严重的影响，导致系统崩溃或服务不可用。

相比之下，灰度发布采用较小的规模，并逐步将新版本的功能引入到生产环境中，仅向一小部分用户或节点提供新功能。通过持续监测和评估，可以在发现问题时及时回滚或修复。这种逐步引入新版本的方式可以降低风险，并提高系统的稳定性和可靠性。

1.实现思路

灰色发布的常见实现思路有以下几种：

  • 根据用户划分：根据用户标识或用户组进行划分，在整个用户群体中只选择一小部分用户获得新功能。
  • 根据地域划分：在不同地区或不同节点上进行划分，在其中的一小部分地区或节点进行新功能的发布。
  • 根据流量划分：根据流量的百分比或请求次数进行划分，只将一部分请求流量引导到新功能上。

而在生产环境中，比较常用的是根据用户标识来实现灰色发布，也就是说先让一小部分用户体验新功能，以发现新服务中可能存在的某种缺陷或不足。

2.具体实现

Spring Cloud 全链路灰色发布的关键实现思路如下图所示：

灰度发布的具体实现步骤如下：

  1. 前端程序在灰度测试的用户 Header 头中打上标签，例如在 Header 中添加“grap-tag: true”，其表示要进行灰常测试（访问灰度服务），而其他则为访问正式服务。
  2. 在负载均衡器 Spring Cloud LoadBalancer 中，拿到 Header 中的“grap-tag”进行判断，如果此标签不为空，并等于“true”的话，表示要访问灰度发布的服务，否则只访问正式的服务。
  3. 在网关 Spring Cloud Gateway 中，将 Header 标签“grap-tag: true”继续往下一个调用服务中传递。
  4. 在后续的调用服务中，需要实现以下两个关键功能：
    1. 在负载均衡器 Spring Cloud LoadBalancer 中，判断灰度发布标签，将请求分发到对应服务。
    2. 将灰度发布标签（如果存在），继续传递给下一个调用的服务。

经过第四步的反复传递之后，整个 Spring Cloud 全链路的灰度发布就完成了。

3.核心实现思路和代码

灰度发布的关键实现技术和代码如下。

3.1 区分正式服务和灰度服务

在灰度发布的执行流程中，有一个核心的问题，如果在 Spring Cloud LoadBalancer 进行服务调用时，区分正式服务和灰度服务呢？

这个问题的解决方案是：在灰度服务既注册中心的 MetaData（元数据）中标识自己为灰度服务即可，而元数据中没有标识（灰度服务）的则为正式服务，以 Nacos 为例，它的设置如下：

spring:
  application:
    name: canary-user-service
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        username: nacos
        password: nacos
        server-addr: localhost:8848
        namespace: public
        register-enabled: true 
        metadata: { "grap-tag":"true" } # 标识自己为灰度服务

3.2 负载均衡调用灰度服务

Spring Cloud LoadBalancer 判断并调用灰度服务的关键实现代码如下：

private Response<ServiceInstance> getInstanceResponse(List<ServiceInstance> instances,
                                                          Request request) {
        // 实例为空
        if (instances.isEmpty()) {
            if (log.isWarnEnabled()) {
                log.warn("No servers available for service: " + this.serviceId);
            }
            return new EmptyResponse();
        } else { // 服务不为空
            RequestDataContext dataContext = (RequestDataContext) request.getContext();
            HttpHeaders headers = dataContext.getClientRequest().getHeaders();
            // 判断是否为灰度发布（请求）
            if (headers.get(GlobalVariables.GRAY_KEY) != null &&
                    headers.get(GlobalVariables.GRAY_KEY).get(0).equals("true")) {
                // 灰度发布请求，得到新服务实例列表
                List<ServiceInstance> findInstances = instances.stream().
                        filter(s -> s.getMetadata().get(GlobalVariables.GRAY_KEY) != null &&
                                s.getMetadata().get(GlobalVariables.GRAY_KEY).equals("true"))
                        .toList();
                if (findInstances.size() > 0) { // 存在灰度发布节点
                    instances = findInstances;
                }
            } else { // 查询非灰度发布节点
                // 灰度发布测试请求，得到新服务实例列表
                instances = instances.stream().
                        filter(s -> s.getMetadata().get(GlobalVariables.GRAY_KEY) == null ||
                                !s.getMetadata().get(GlobalVariables.GRAY_KEY).equals("true"))
                        .toList();
            }
            // 随机正数值 ++i（ & 去负数）
            int pos = this.position.incrementAndGet() & Integer.MAX_VALUE;
            // ++i 数值 % 实例数 取模 -> 轮询算法
            int index = pos % instances.size();
            // 得到服务实例方法
            ServiceInstance instance = (ServiceInstance) instances.get(index);
            return new DefaultResponse(instance);
        }
    }

以上代码为自定义负载均衡器，并使用了轮询算法。如果 Header 中有灰度标签，则只查询灰度服务的节点实例，否则则查询出所有的正式节点实例（以供服务调用或服务转发）。

3.3 网关传递灰度标识

要在网关 Spring Cloud Gateway 中传递灰度标识，只需要在 Gateway 的全局自定义过滤器中设置 Response 的 Header 即可，具体实现代码如下：

package com.example.gateway.config;

import com.loadbalancer.canary.common.GlobalVariables;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GatewayFilterChain;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
import org.springframework.core.Ordered;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpResponse;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.server.ServerWebExchange;
import reactor.core.publisher.Mono;

@Component
public class LoadBalancerFilter implements GlobalFilter {
    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        // 得到 request、response 对象
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
        if (request.getQueryParams().getFirst(GlobalVariables.GRAY_KEY) != null) {
            // 设置金丝雀标识
            response.getHeaders().set(GlobalVariables.GRAY_KEY,
                    "true");
        }
        // 此步骤正常，执行下一步
        return chain.filter(exchange);
    }
}

3.4 Openfeign 传递灰度标签

HTTP 调用工具 Openfeign 传递灰度标签的实现代码如下：

import feign.RequestInterceptor;
import feign.RequestTemplate;
import jakarta.servlet.http.HttpServletRequest;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder;
import org.springframework.web.context.request.ServletRequestAttributes;

import java.util.Enumeration;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

@Component
public class FeignRequestInterceptor implements RequestInterceptor {
    @Override
    public void apply(RequestTemplate template) {
        // 从 RequestContextHolder 中获取 HttpServletRequest
        ServletRequestAttributes attributes = (ServletRequestAttributes)
                RequestContextHolder.getRequestAttributes();
        // 获取 RequestContextHolder 中的信息
        Map<String, String> headers = getHeaders(attributes.getRequest());
        // 放入 openfeign 的 RequestTemplate 中
        for (Map.Entry<String, String> entry : headers.entrySet()) {
            template.header(entry.getKey(), entry.getValue());
        }
    }

    /**
     * 获取原请求头
     */
    private Map<String, String> getHeaders(HttpServletRequest request) {
        Map<String, String> map = new LinkedHashMap<>();
        Enumeration<String> enumeration = request.getHeaderNames();
        if (enumeration != null) {
            while (enumeration.hasMoreElements()) {
                String key = enumeration.nextElement();
                String value = request.getHeader(key);
                map.put(key, value);
            }
        }
        return map;
    }
}

小结

灰度发布是微服务时代保证生产环境安全的必备措施，而其关键实现思路是：

1、注册中心区分正常服务和灰度服务；

2、负载均衡正确转发正常服务和灰度服务；

3、网关和 HTTP 工具传递灰度标签。

这样，我们就完整的实现 Spring Cloud 全链路灰度发布功能了。

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