Kratos 設計理念

2022-04-22 13:56 更新

設計理念

本篇文檔闡述Kratos的設計理念，介紹Kratos項目的整體情況和主要組件

設計哲學

Kratos是一個Go語言實現的微服務框架，說得更準確一點，它更類似于一個使用Go構建微服務的工具箱，開發(fā)者可以按照自己的習慣選用或定制其中的的組件，來打造自己的微服務。也正是由于這樣的原因，Kratos并不綁定于特定的基礎設施，不限定于某種注冊中心，或數據庫ORM等，所以您可以十分輕松地將任意庫集成進項目里，與Kratos共同運作。

圍繞這樣的核心設計理念，我們設計了如下的項目生態(tài)：

  • ?kratos ?Kratos框架核心，主要包含了基礎的CLI工具，內置的HTTP/gRPC接口生成和服務生命周期管理，提供鏈路追蹤、配置文件、日志、服務發(fā)現、監(jiān)控等組件能力和相關接口定義。
  • ?contrib ?基于上述核心定義的基礎接口，對配置文件、日志、服務發(fā)現、監(jiān)控等服務進行具體實現所形成的一系列插件，可以直接使用它們，也可以參考它們的代碼，做您需要的服務的適配，從而集成進kratos項目中來。
  • ?aegis ?我們將服務可用性相關的算法：如限流、熔斷等算法放在了這個獨立的項目里，幾乎沒有外部依賴，它更不依賴Kratos，您可以在直接在任意項目中使用。您也可以輕松將它集成到Kratos中使用，提高服務的可用性。
  • ?layout ?我們設計的一個默認的項目模板，它包含一個參考了DDD和簡潔架構設計的項目結構、Makefile腳本和Dockerfile文件。但這個項目模板不是必需的，您可以任意修改它，或使用自己設計的項目結構，Kratos依然可以正常工作?？蚣鼙旧聿粚椖拷Y構做任何假設和限制，您可以按照自己的想法來使用，具有很強的可定制性。
  • ?gateway ?這個是我們剛剛起步，用Go開發(fā)的API Gateway，后續(xù)您可以使用它來作為您Kratos微服務的網關，用于微服務API的治理，項目正在施工中，歡迎關注。

倉庫、文檔和社區(qū)

GitHub倉庫：https://github.com/go-kratos

文檔：https://go-kratos.dev/

微信群：go-kratos 官方微信群

Discord：go-kratos

為什么v2完全重新設計

以前關注過kratos項目的可能知道，Kratos的v1版本已經開源了很久，也是個較為完善的框架。那么為什么不直接基于v1繼續(xù)迭代，而是要推倒重來，推出完全重新設計的v2呢？

經驗源自踩坑。

在業(yè)務不斷迭代、項目不斷膨脹的情況下，我們發(fā)現，過去的框架和項目結構設計，導致代碼變更成本逐漸升高，而沒有進行合理的抽象，導致更難進行模塊的測試，也更難對第三方基礎庫進行適配和遷移，這在一定程度上拉低了生產力。

因此，我們參考了大量的DDD和Clean Architecture等業(yè)界先進設計理念，重新設計了微服務的項目結構，并且這個結構隨著我們的后續(xù)研究，會進一步進行迭代，讓它成為微服務項目結構的最佳實踐。

沒錯，新版本的是從kratos-layout開始的。也許剛接觸這個項目結構時會覺得不適應，但隨著項目迭代，代碼復雜度的提高，這個定義良好的結構，將使項目保持優(yōu)秀的代碼可讀性、可測試性，以及令人滿意的開發(fā)效率和可維護性。

更重要的一點是，這一次我們想面向社區(qū)來設計和開發(fā)這個框架。讓更多的開發(fā)者能夠使用我們的框架來提高生產力，同時參與到我們的項目中來。

所以我們把整個框架設計成為一個插座，我們希望整個框架輕量，插件化，可定制。對于幾乎每一個微服務相關的功能模塊，我們都設計了標準化接口，對于第三方庫設計為插件，這樣就能迅速把任意基礎設施集成到使用Kratos的項目里，因此，無論您的公司使用何種基礎設施，有何種規(guī)范，您都可以輕松將Kratos定制成與您的開發(fā)、生產環(huán)境相匹配的樣子。

不破不立，v2是一次從內到外的徹底革新，我們無法在舊版本上修修補補，而是選擇重新設計和開發(fā)新版本。而目前v2版本也已經在很多生產環(huán)境使用，我們也將持續(xù)迭代和完善這個框架，同時也更歡迎各位開發(fā)者參與進來，一起讓它變得更好。

數據庫/緩存/消息隊列/...

正如前文提到的，Kratos框架不限制您使用任何第三方庫來進行項目開發(fā)，因此您可以根據喜好來選擇庫進行集成。我們也會逐步針對更多被廣泛使用的第三方庫開發(fā)插件。

這里給出一些被廣泛使用的庫供參考：

數據庫：

緩存：

消息隊列：

其它更多的優(yōu)秀go庫，可以在awesome-go這個倉庫中找找。

CLI工具

kratos命令目前主要用于從模板創(chuàng)建項目，維護依賴包版本等。

Protobuf定義API

Kratos使用Protobuf進行API定義。Protobuf是由Google開發(fā)的一種語言中立的數據序列化協議。它有結構定義清晰、可擴展性好、體積小、性能優(yōu)秀等特點，在眾多公司和項目被廣泛使用。

在使用Kratos的項目中，您將使用如下的IDL進行您的接口定義，并且通過protoc工具生成相應的.pb.go文件，其中包含根據定義生成的的服務端和客戶端代碼。隨后您就可以在自己的項目內部注冊服務端代碼使用，或引用客戶端代碼進行遠程調用。

Kratos默認僅生成gRPC接口的代碼，如果需要生成HTTP代碼，請在proto文件中使用option (google.api.http)來添加HTTP部分的定義后再進行生成。默認情況下，HTTP接口將使用JSON作為序列化格式，如果想使用其它序列化格式（form，XML等），請參考文檔序列化進行相應的配置即可。

syntax = "proto3";

package helloworld.v1;

import "google/api/annotations.proto";

option go_package = "github.com/go-kratos/kratos-layout/api/helloworld/v1;v1";

// The greeting service definition.
service Greeter {
  // Sends a greeting
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply)  {
        option (google.api.http) = {
            get: "/helloworld/{name}"
        };
    }
}

// The request message containing the user's name.
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// The response message containing the greetings
message HelloReply {
  string message = 1;
}

需要注意，雖然Protobuf定義的API的可靠性更強，但字段結構靈活性相對JSON要弱一些，因此如果您有諸如文件上傳接口，或者某些無法對應到proto的JSON結構需要使用，我門還提供了“逃生門”，在我們的Protobuf體系之外定義這些接口，實現為普通的http.Handler并且掛載到路由上，或者用struct來定義您的字段?？梢詤⒖嘉覀兊?a href="http://o2fo.com/targetlink?url=https://github.com/go-kratos/examples/blob/main/http/upload/main.go" target="_blank">upload例子進行實現。

元信息傳遞

服務之間的API調用，如果有某些元信息需要傳遞過去，而不是寫在payload消息中，可以使用Metadata包進行字段設置和提取。

錯誤處理

Kratos的errors模塊提供了error的封裝?？蚣芤差A定義了一系列標準錯誤供使用。

錯誤處理這一塊的設計也經過了很久的討論才定下來，主要設計理念如下：

  1. ?code ?語義近似HTTP的Status Code（例如客戶端傳參數錯誤用400）同時也作為大類錯誤，在HTTP接口中的HTTP Code會使用它，好處是網關層可以根據這個code觸發(fā)相應策略（重試、限流、熔斷等）。
  2. ?reason ?業(yè)務的具體錯誤碼，為可讀的字符串，能夠表明，在同一個服務中應該唯一。
  3. ?message ?用戶可讀的信息，可以在客戶端（App、瀏覽器等）進行相應的展示給用戶看。
  4. ?metadata ?為一些附加信息，可以作為補充信息使用。

在API返回的錯誤信息中，以HTTP接口為例，消息結構大概是長這個樣子的：

{
    // 錯誤碼，跟 http-status 一致，并且在 grpc 中可以轉換成 grpc-status
    "code": 500,
    // 錯誤原因，定義為業(yè)務判定錯誤碼
    "reason": "USER_NOT_FOUND",
    // 錯誤信息，為用戶可讀的信息，可作為用戶提示內容
    "message": "invalid argument error",
    // 錯誤元信息，為錯誤添加附加可擴展信息
    "metadata": {"some-key": "some-value"}
}

在Kratos中您可以使用proto文件定義您的業(yè)務錯誤，并通過工具生成對應的處理邏輯和方法。（如使用layout中提供的make errors指令。）

錯誤定義：

syntax = "proto3";

package api.blog.v1;
import "errors/errors.proto";

option go_package = "github.com/go-kratos/examples/blog/api/v1;v1";

enum ErrorReason {
  // 設置缺省錯誤碼
  option (errors.default_code) = 500;
  
  // 為某個枚舉單獨設置錯誤碼
  USER_NOT_FOUND = 0 [(errors.code) = 404];
  CONTENT_MISSING = 1 [(errors.code) = 400];;
}

錯誤創(chuàng)建： 

// 通過 errors.New() 響應錯誤
errors.New(500, "USER_NAME_EMPTY", "user name is empty")

// 通過 proto 生成的代碼響應錯誤，并且包名應替換為自己生成代碼后的 package name
api.ErrorUserNotFound("user %s not found", "kratos")

// 傳遞metadata
err := errors.New(500, "USER_NAME_EMPTY", "user name is empty")
err = err.WithMetadata(map[string]string{
    "foo": "bar",
})

錯誤斷言： 

err := wrong()

// 通過 errors.Is() 斷言
if errors.Is(err,errors.BadRequest("USER_NAME_EMPTY","")) {
    // do something
}

// 通過判斷 *Error.Reason 和 *Error.Code
e := errors.FromError(err)
if  e.Reason == "USER_NAME_EMPTY" && e.Code == 500 {
    // do something
}

// 通過 proto 生成的代碼斷言錯誤，并且包名應替換為自己生成代碼后的 package name
if api.IsUserNotFound(err) {
        // do something
})

配置文件

Kratos提供了統(tǒng)一的接口，支持配置文件的加載和變更訂閱。

通過實現Source 和 Watcher即可實現任意配置源（本地或遠程）的配置文件加載和變更訂閱。

已經實現了下列插件：

服務注冊&服務發(fā)現

Kratos定義了統(tǒng)一的注冊接口，通過實現Registrar和Discovery，您可以很輕松地將Kratos接入到您的注冊中心中。

您也可以直接使用我們已經實現好的插件：

日志

Kratos的日志模塊由兩部分組成：

  1. Logger：底層日志接口，用于快速適配各種日志庫到框架中來，僅提供一個最簡單的Log方法。
  2. Helper：高級日志接口，提供了一系列帶有日志等級和格式化方法的幫助函數，通常業(yè)務邏輯中建議使用這個，能夠簡化日志代碼。

我們已經實現好的插件用于適配目前一些日志庫，您也可以參考它們的代碼來實現自己需要的日志庫的適配：

監(jiān)控

監(jiān)控告警方面，您可以通過實現metrics相關接口將服務的統(tǒng)計數據上報給監(jiān)控平臺。

也可以直接使用我們已經實現好的插件：

鏈路追蹤

Kratos使用OpenTelemetry作為分布式鏈路追蹤所使用的標準，您可以通過對client和server配置tracing來將服務接入到鏈路追蹤平臺（如jaeger等），從而對服務的接口調用關系，耗時，錯誤等進行追蹤。

負載均衡

Kratos內置了若干種負載均衡算法，如Weighted round robin（默認）、P2C，Random等，您可以通過在client初始化時配置來使用他們。

限流熔斷

Kratos提供了限流ratelimit和熔斷circuitbreaker中間件，用于微服務出現異常故障時自動對流量進行限制，提升服務的健壯性，避免雪崩。這兩個中間件使用的算法，也可以在我們的可用性算法倉庫aegis中找到，獨立于Kratos直接使用。

中間件

您可以通過Kratos的middleware機制，統(tǒng)一微服務接口的某些共同邏輯。上面提到的功能插件，您可以通過實現Middleware編寫Kratos能夠使用的中間件。

同時在倉庫的middleware目錄下，我們也提供了一系列中間件供您使用。

插件

除了上述提到的插件外，我們還提供了一些其它插件，完整的插件列表請參考文檔社區(qū)插件

示例代碼

如果您看過文檔后，對某些功能的使用仍有疑惑，或者是希望尋找一些用Kratos寫項目的靈感，在倉庫的examples目錄下我們提供了很多代碼供參考。


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