github新增仓库 "dubbo-read"（点此查看），集合所有《Dubbo原理和源码解析》系列文章，后续将继续补充该系列，同时将针对Dubbo所做的功能扩展也进行分享。不定期更新，欢迎Follow。
一、框架设计
在官方《Dubbo 开发指南》框架设计部分，给出了引用服务时序图：
另外，在官方《Dubbo 用户指南》集群容错部分，给出了服务引用的各功能组件关系图：
本文将根据以上两张图，分析服务引用的实现原理，并进行详细的代码跟踪与解析。
二、原理和源码解析
2.1 创建代理
Dubbo 基于 Spring 的 Schema 扩展实现 XML 配置解析，DubboNamespaceHandler 会将 <dubbo:reference> 标签解析为 ReferenceBean，ReferenceBean 实现了 FactoryBean，因此当它在代码中有引用时，会调用 ReferenceBean#getObject() 方法进入节点注册和服务发现流程。
ReferenceBean.java
public Object getObject() throws Exception {
return get();
}ReferenceConfig.java
public synchronized T get() {
if (destroyed){
throw new IllegalStateException("Already destroyed!");
}
if (ref == null) {
init();
}
return ref;
}
private void init() {
//.......忽略
ref = createProxy(map);
}
private T createProxy(Map<String, String> map) {
//.....忽略
invoker = refprotocol.refer(interfaceClass, urls.get(0));
//.....忽略
// 创建服务代理
return (T) proxyFactory.getProxy(invoker);
}
2.2 服务发现
因为通过注册中心，因此在 ReferenceConfig.java#createProxy() 方法中，进入 RegistryProtocol.java#refer() 方法。
RegistryProtocol.java
private Cluster cluster;
public void setCluster(Cluster cluster) {
this.cluster = cluster;
}
private <T> Invoker<T> doRefer(Cluster cluster, Registry registry, Class<T> type, URL url) {
RegistryDirectory<T> directory = new RegistryDirectory<T>(type, url);
directory.setRegistry(registry);
directory.setProtocol(protocol);
URL subscribeUrl = new URL(Constants.CONSUMER_PROTOCOL, NetUtils.getLocalHost(), 0, type.getName(), directory.getUrl().getParameters());
if (! Constants.ANY_VALUE.equals(url.getServiceInterface())
&& url.getParameter(Constants.REGISTER_KEY, true)) {
registry.register(subscribeUrl.addParameters(Constants.CATEGORY_KEY, Constants.CONSUMERS_CATEGORY,
Constants.CHECK_KEY, String.valueOf(false)));
}
directory.subscribe(subscribeUrl.addParameter(Constants.CATEGORY_KEY,
Constants.PROVIDERS_CATEGORY
+ "," + Constants.CONFIGURATORS_CATEGORY
+ "," + Constants.ROUTERS_CATEGORY));
return cluster.join(directory);
}
RegistryDirectory 通过 RegistryDirectory#subscribeUrl() 向 Zookeeper 订阅服务节点信息并 watch 变更，这样就实现了服务自动发现。
2.3 Invoker选取
2.3.1 Cluster
上面我之所以把设置 Cluster 的代码贴上，是因为此处涉及到一个 Dubbo 服务框架核心的概念——微内核和插件机制（此处会单独一篇文章详细介绍）：
有关 Dubbo 的设计原则，请查看Dubbo《一些设计上的基本常识》。
Cluster 类的定义如下：
Cluster.java
@SPI(FailoverCluster.NAME)
public interface Cluster {
/**
* Merge the directory invokers to a virtual invoker.
*/
@Adaptive
<T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException;
}
cluster 的类型是 Cluster$Adaptive，实际上是一个通用的代理类，它会根据 URL 中的 cluster 参数值定位到实际的 Cluster 实现类（默认是 FailoverCluster）。 由于 ExtensionLoader 在实例化对象时，会在实例化完成之后自动套上 Wrapper 类，而 MockerClusterWrapper 就是这样一个 Wrapper。
MockerClusterWrapper.java
public class MockClusterWrapper implements Cluster {
private Cluster cluster;
public MockClusterWrapper(Cluster cluster) {
this.cluster = cluster;
}
public <T> Invoker<T> join(Directory<T> directory) throws RpcException {
return new MockClusterInvoker<T>(directory, this.cluster.join(directory));
}
}
也就是说，实例化出来的 FailoverCluster 会作为参数赋予 MockerClusterWrapper#cluster，而 MockClusterWrapper 会作为参数赋予 RegistryProtocol#cluster。因此 RegistryProtocol#doRefer() 中调用 cluster.join(directory) 实际上是调用的 MockClusterWrapper#join(directory)。 使用这种机制，可以把一些公共的处理放在 Wrapper 类中，实现代码和功能收敛。
MockClusterInvoker.java
public Result invoke(Invocation invocation) throws RpcException {
Result result = null;
String value = directory.getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(),
Constants.MOCK_KEY, Boolean.FALSE.toString()).trim();
if (value.length() == 0 || value.equalsIgnoreCase("false")){
//no mock
result = this.invoker.invoke(invocation);
} else if (value.startsWith("force")) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.info("force-mock: " + invocation.getMethodName() +
" force-mock enabled , url : " + directory.getUrl());
}
//force:direct mock
result = doMockInvoke(invocation, null);
} else {
//fail-mock
try {
result = this.invoker.invoke(invocation);
}catch (RpcException e) {
if (e.isBiz()) {
throw e;
} else {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.info("fail-mock: " + invocation.getMethodName() +
" fail-mock enabled , url : " + directory.getUrl(), e);
}
//fail:mock
result = doMockInvoke(invocation, e);
}
}
}
return result;
}
这里还涉及到 Dubbo 另外一个核心机制——Mock。Mock 可以在测试中模拟服务调用的各种异常情况，还用来实现服务降级。 从 MockClusterWrapper.join() 方法可知，实际创建的 ClusterInvoker 是封装了 FailoverClusterInvoker 的 MockerClusterInvoker。
在 MockerClusterInvoker 中，调用之前 Dubbo 会先检查 URL 中是否有 mock 参数（通过服务治理后台 Consumer 端的屏蔽和容错进行设置，或者直接动态设置 mock 参数值），如果存在且以 force 开头，则不发起远程调用直接执行降级逻辑；如果存在且以 fail 开头，则在远程调用异常时才会执行降级逻辑。
因此，通过 MockerClusterWrapper 成功地在 Invoker 中植入了 Mock 机制。
2.3.2 Directory
在 RegistryProtocol#doRefer() 中可以看到，服务发现过程是通过 RegistryDirectory 向 Zookeeper 订阅来实现的。 先看看 Directory 类之间的关系：
看下 Directory 接口的定义：
Directory.java
public interface Directory<T> extends Node {
Class<T> getInterface();
List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException;
}
Directory 可以看做是对应 Interface 的 Invoker 列表，而这个列表可能是动态变化的，比如注册中心推送变更。
通过 ReferenceConfig#createProxy() 方法可知，StaticDirectory 主要用于多注册中心引用的场景，它的 invoker 列表是通过参数传入的、固定的。在此不做更详细的解析了。
RegistryDirectory 用于使用单注册中心发现服务的场景。RegistryDirectory 没有重写 list() 方法，所以使用 AbstractDirectory#list() 方法：
AbstractDirectory.java
public List<Invoker<T>> list(Invocation invocation) throws RpcException {
if (destroyed) {
throw new RpcException("Directory already destroyed .url: " + getUrl());
}
List<Invoker<T>> invokers = doList(invocation);
List<Router> localRouters = this.routers; // local reference
if (localRouters != null && !localRouters.isEmpty()) {
for (Router router : localRouters) {
try {
if (router.getUrl() == null ||
router.getUrl().getParameter(Constants.RUNTIME_KEY, false)) {
invokers = router.route(invokers, getConsumerUrl(), invocation);
}
} catch (Throwable t) {
logger.error("Failed to execute router: " + getUrl() +
", cause: " + t.getMessage(), t);
}
}
}
return invokers;
}
RegistryDirectory.java
/**
* 获取 invoker 列表
*/
public List<Invoker<T>> doList(Invocation invocation) {
if (forbidden) {
throw new RpcException(RpcException.FORBIDDEN_EXCEPTION, "Forbid consumer " +
NetUtils.getLocalHost() + " access service " + getInterface().getName() +
" from registry " + getUrl().getAddress() + " use dubbo version " +
Version.getVersion() +
", Please check registry access list (whitelist/blacklist).");
}
List<Invoker<T>> invokers = null;
Map<String, List<Invoker<T>>> localMethodInvokerMap = this.methodInvokerMap; //本地缓存
if (localMethodInvokerMap != null && localMethodInvokerMap.size() > 0) {
String methodName = RpcUtils.getMethodName(invocation);
//根据方法名从本地缓存中获取invoker列表，此处略
//……
}
return invokers == null ? new ArrayList<Invoker<T>>(0) : invokers;
}
/**
* 节点变更通知
*/
public synchronized void notify(List<URL> urls) {
List<URL> invokerUrls = new ArrayList<URL>();
List<URL> routerUrls = new ArrayList<URL>();
List<URL> configuratorUrls = new ArrayList<URL>();
for (URL url : urls) {
String protocol = url.getProtocol();
String category = url.getParameter(Constants.CATEGORY_KEY, Constants.DEFAULT_CATEGORY);
if (Constants.ROUTERS_CATEGORY.equals(category)
|| Constants.ROUTE_PROTOCOL.equals(protocol)) {
routerUrls.add(url);
} else if (Constants.CONFIGURATORS_CATEGORY.equals(category)
|| Constants.OVERRIDE_PROTOCOL.equals(protocol)) {
configuratorUrls.add(url);
} else if (Constants.PROVIDERS_CATEGORY.equals(category)) {
invokerUrls.add(url);
} else {
logger.warn("Unsupported category " + category + " in notified url: " +
url + " from registry " + getUrl().getAddress() +
" to consumer " + NetUtils.getLocalHost());
}
}
// configurators
if (configuratorUrls != null && configuratorUrls.size() >0 ){
this.configurators = toConfigurators(configuratorUrls);
}
// routers
if (routerUrls != null && routerUrls.size() >0 ){
List<Router> routers = toRouters(routerUrls);
if(routers != null){ // null - do nothing
setRouters(routers);
}
}
List<Configurator> localConfigurators = this.configurators; // local reference
// 合并override参数
this.overrideDirectoryUrl = directoryUrl;
if (localConfigurators != null && localConfigurators.size() > 0) {
for (Configurator configurator : localConfigurators) {
this.overrideDirectoryUrl = configurator.configure(overrideDirectoryUrl);
}
}
// providers
refreshInvoker(invokerUrls);
}
/**
* 根据invokerURL列表转换为invoker列表
*/
private void refreshInvoker(List<URL> invokerUrls){
//......
Map<String, Invoker<T>> newUrlInvokerMap = toInvokers(invokerUrls) ;// 将URL列表转成Invoker列表
//......
}
/**
* 合并url参数 顺序为override > -D >Consumer > Provider
*/
private Map<String, Invoker<T>> toInvokers(List<URL> urls) {
//......
URL url = mergeUrl(providerUrl);
//......
}
在 dolist() 方法中，如果通过服务治理禁止 Consumer 访问的话，此处直接抛出响应的异常。
RegistryDirectory 实现了 NotifyListener，在 ZK 节点变化时能收到通知更新内存缓存，其中 RegistryDirectory#mergeUrl() 方法中会按照优先级合并参数（动态配置在此处生效）。
服务引用时从内存缓存中获取并返回invoker列表，并根据路由规则再进行一次过滤。
2.3.3 Router
Router 的作用就是从 Directory 的 invoker 列表中刷选出符合路由规则的 invoker 子集。目前 Dubbo 提供了基于IP、应用名和协议等的静态路由功能，功能和实现比较简单，在此不做过多解释。
2.3.4 LoadBalance
通过 Direcotry 和 Router 之后，返回的是可用的 invoker 子集；在发起服务调用时，需要通过 LoadBalance 选择最终的一个目标 invoker。
在上面的 Cluster 章节中我们知道，调用时首先会经过 MockerClusterInvoker 拦截 Mock 设置，然后再根据配置调用实际的 Invoker（默认是 FailoverClusterInvoker）。
FailoverClusterInvoker 继承 AbstractClusterInvoker，在 AbstractClusterInvoker 中：
AbstractClusterInvoker.java
public Result invoke(final Invocation invocation) throws RpcException {
checkWheatherDestoried();
LoadBalance loadbalance;
List<Invoker<T>> invokers = list(invocation);
if (invokers != null && invokers.size() > 0) {
loadbalance = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class)
.getExtension(invokers.get(0).getUrl()
.getMethodParameter(invocation.getMethodName(),
Constants.LOADBALANCE_KEY,
Constants.DEFAULT_LOADBALANCE));
} else {
loadbalance = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance.class)
.getExtension(Constants.DEFAULT_LOADBALANCE);
}
RpcUtils.attachInvocationIdIfAsync(getUrl(), invocation);
return doInvoke(invocation, invokers, loadbalance);
}
FailoverClusterInvoker.java
public Result doInvoke(Invocation invocation, final List<Invoker<T>> invokers, LoadBalance loadbalance) throws RpcException {
List<Invoker<T>> copyinvokers = invokers;
checkInvokers(copyinvokers, invocation);
int len = getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(),
Constants.RETRIES_KEY, Constants.DEFAULT_RETRIES) + 1;
if (len <= 0) {
len = 1;
}
// retry loop.
RpcException le = null; // last exception.
List<Invoker<T>> invoked = new ArrayList<Invoker<T>>(copyinvokers.size());
Set<String> providers = new HashSet<String>(len);
for (int i = 0; i < len; i++) {
//重试时，进行重新选择，避免重试时invoker列表已发生变化.
//注意：如果列表发生了变化，那么invoked判断会失效，因为invoker示例已经改变
if (i > 0) {
checkWheatherDestoried();
copyinvokers = list(invocation);
//重新检查一下
checkInvokers(copyinvokers, invocation);
}
Invoker<T> invoker = select(loadbalance, invocation, copyinvokers, invoked);
invoked.add(invoker);
RpcContext.getContext().setInvokers((List)invoked);
try {
Result result = invoker.invoke(invocation);
if (le != null && logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn("", le);
}
return result;
} catch (RpcException e) {
if (e.isBiz()) { // biz exception.
throw e;
}
le = e;
} catch (Throwable e) {
le = new RpcException(e.getMessage(), e);
} finally {
providers.add(invoker.getUrl().getAddress());
}
}
throw new RpcException();
}
在调用或重试时，每次都通过 LoadBalance 选出一个 Invoker 进行调用。
至此，调用流程结束。