分布式应用运行时Dapr：万物皆可API

分布式应用运行时 Dapr：万物皆可 API

作者：张晓辉 2023-02-11 12:47:07

云计算

云原生 Dapr 是一个分布式系统工具包，通过提供 API 实现应用程序与外围组件的解耦合，让开发人员更加聚焦于业务逻辑的研发。

​Dapr[1] 分布式应用运行时 Distributed Application Runtime 的首字母缩写。有关多运行时，可以看下 Bilgin Ibryam 的 Multi-Runtime Microservices Architecture[2]，不想看英文的可以看下我之前的翻译。

Dapr 是一个分布式系统工具包，通过提供 API 实现应用程序与外围组件的解耦合，让开发人员更加聚焦于业务逻辑的研发。解耦也是与传统 SDK 的很大区别，能力不再是通过应用程序中加入库的方式提供，而是通过应用附近的边车（sidecar）运行时提供（sidecar 不是广为人知的服务网格 sidecar - pod 中的容器，而是广泛使用在系统软件设计中的一种模式，比如操作系统的 initd、日志采集组件，甚至是 Java 中的多线程。）。因此这里说的 Dapr sidecar 可能是个独立的进程，也可能是 pod 中的一个容器。

在 Dapr 中我们可以看到很多常见 SDK 的能力：

  • 如 SpringCloud、Netflix OSS 的 服务调用[3]，以及超时、熔断、重试等 弹性策略[4]
  • 如 Spring Data KeyValue 一样提供 状态存储[5] 的抽象，简化各种持久存储的访问
  • 如 Kafka、NATS、MQTT 等消息代理，提供 发布/订阅[6] 抽象供服务通过消息进行通信
  • 如 Kafka、MQTT、RabbitMQ 提供以事件触发应用的抽象：绑定[7]
  • 如 Redis 一样的 分布式锁[8]
  • 如 Consul、Kubernetes 等的 名称解析[9]
  • ...

以上能力都是通过 HTTP 和 gRPC API 暴露给应用，这些 API 在 Dapr 中被叫做 构建块[10]（building blocks），并且也 仅提供抽象，也就是说你可以随意替换底层实现（Dapr 中也叫做 组件[11]）而无需修改任何应用代码。

比如你的应用需要在存储中保存状态，在开发时可以使用 内存[12] 作为存储组件，其他环境中可以使用 Mysql[13]、Redis[14] 等持久化组件。

接下来，就借助官方的入门指南体验 Dapr 的。Dapr 提供了 多种入门指南[15]，这里我选了其中的 hello-kubernetes[16]，但实际操作可能与官方有些许差异，也正式这些差异能让（坑）我对 Dapr 有更多的了解。

环境

安装 Dapr CLI

Dapr CLI 是操作 Dapr 的工具，对可以用来安装、管理 Dapr 实例，以及进行 debug。参考官方的 安装文档[17]，我使用的是 macOS 选择 homebrew 来安装。

brew install dapr-cli

目前最新的版本是 1.9.1。

dapr version
CLI version: 1.9.1
Runtime version: n/a

创建 Kubernetes 集群

使用 k3s v1.23.8+k3s2 作为实验环境集群。

export INSTALL_K3S_VERSION=v1.23.8+k3s2
curl -sfL https://get.k3s.io | sh -s - --disable traefik --disable servicelb  --write-kubeconfig-mode 644 --write-kubeconfig ~/.kube/config

安装 Dapr

执行下面的命令将 Dapr 安装到集群中。

dapr init --kubernetes  --wait

检查组件是否正常运行。在 Kubernetes 环境下，我们的很多命令都要使用 --kubernetes​ 或者 -k 参数。

dapr status -k
  NAME                   NAMESPACE    HEALTHY  STATUS   REPLICAS  VERSION  AGE  CREATED
  dapr-dashboard         dapr-system  True     Running  1         0.11.0   47s  2023-02-11 08:30.25
  dapr-sentry            dapr-system  True     Running  1         1.9.6    47s  2023-02-11 08:30.25
  dapr-sidecar-injector  dapr-system  True     Running  1         1.9.6    47s  2023-02-11 08:30.25
  dapr-operator          dapr-system  True     Running  1         1.9.6    47s  2023-02-11 08:30.25
  dapr-placement-server  dapr-system  True     Running  1         1.9.6    47s  2023-02-11 08:30.25

示例应用

环境部署好之后，我们来看下要用的示例应用。

git clone https://github.com/dapr/quickstarts
cd quickstarts/tutorials/hello-kubernetes

示例中包含了 2 个应用 pythonapp​ 和 nodeapp，以及 Redis。

  • nodeapp 提供 HTTP 端点来创建和查询订单，订单信息保存在 Redis 中
  • pythonapp​ 会持续访问 nodeapp 的 HTTP 端点来创建订单

用到了 Dapr 的两个功能：服务调用和状态存储。

创建应用命名空间

应用将部署在 dpar-test 命名空间下。

kubectl create namespace dapr-test

状态存储

状态存储使用 Redis，先部署 Redis 到命名空间 store​ 下。简单起见，只使用单 master 节点，并设置密码 changeme。

helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami
helm repo update
helm install redis bitnami/redis --namespace store --create-namespace \
  --set replica.replicaCount=0 \
  --set auth.password=changeme

创建组件

由于 Redis 设置了密码，需要为 Dapr 提供访问 Redis 的密码，通过 Secret 来传递。Secret 保存在 dapr-test 下。

kubectl create secret generic redis -n dapr-test --from-literal=redis-password=changeme

根据 Redis store 规范[18] 在 dapr-test​ 下创建组件 statetore：

  • 组件类型 type 为 state.redis
  • 版本 versinotallow=v1
  • 访问地址 redisHost=redis-master.store:6379
  • Redis 的访问密码从秘钥 redis 的键 redis-password 获取
  • auth.secretStore 指定秘钥存储的类型是 `Kubernetes`[19]
kubectl apply -n dapr-test -f - <apiVersion: dapr.io/v1alpha1
kind: Component
metadata:
  name: statestore
spec:
  type: state.redis
  version: v1
  metadata:
  - name: redisHost
    value: redis-master.store:6379
  - name: redisPassword
    secretKeyRef:
      name: redis
      key: redis-password
auth:
  secretStore: kubernetes
EOF

访问状态存储

通过 Dapr API 访问状态存储[20]，请求格式：POST http://localhost:/v1.0/state/。

下面截取了 nodeapp​ 中的部分代码，stateStoreName​ 就是上面创建的 statestore​。应用和组件位于同一命名空间下，直接只用 statestore​；否则，就要代码组件所在的命名空间 storeName.storeNamespace​（由于代码中硬编码了组件名 statestore，所以在同命名空间下创建组件）。

const stateStoreName = `statestore`;
const stateUrl = `http://localhost:${daprPort}/v1.0/state/${stateStoreName}`;

const state = [{
    key: "order",
    value: data
}];

const response = await fetch(stateUrl, {
    method: "POST",
    body: JSON.stringify(state),
    headers: {
        "Content-Type": "application/json"
    }
});

服务调用

调用方 pythonapp 的代码。

  • 通过 sidecar daprd 的地址 localhost 和端口 3500 访问 HTTP API。
  • 在请求头中通过 dapr-app-id 指定目标应用 id nodeapp。应用 id 是通过 Kubernetes 注解 dapr.io/app-id 来设置的，更多注解可参考 文档[21]。
  • 目标方法名通过请求路径来指定：/neworder
dapr_port = os.getenv("DAPR_HTTP_PORT", 3500)
dapr_url = "http://localhost:{}/neworder".format(dapr_port)

n = 0
while True:
    n += 1
    message = {"data": {"orderId": n}}

    try:
        response = requests.post(dapr_url, jsnotallow=message, timeout=5, headers = {"dapr-app-id": "nodeapp"} )
        if not response.ok:
            print("HTTP %d => %s" % (response.status_code,
                                     response.content.decode("utf-8")), flush=True)
    except Exception as e:
        print(e, flush=True)

    time.sleep(1)

部署应用

kubectl apply -n dapr-test -f deploy/node.yaml
kubectl wait --for=cnotallow=ready pod -n dapr-test -l app=node --timeout=60s
kubectl apply -n dapr-test -f deploy/python.yaml
kubectl wait --for=cnotallow=ready pod -n dapr-test -l app=python --timeout=60s

检查 node 容器的日志，可以接收到了来自 pythonapp 的请求，并成功持久化存储了订单。

kubectl logs -f -n dapr-test -l app=node -c node

Successfully persisted state for Order ID: 1
Got a new order! Order ID: 1
Successfully persisted state for Order ID: 2
Got a new order! Order ID: 2
Successfully persisted state for Order ID: 3
Got a new order! Order ID: 3
Successfully persisted state for Order ID: 4
Got a new order! Order ID: 4

Debug

原本官方的指南是将 Redis 和应用部署在同一个命名空间中，加上 nodeapp 中硬编码了存储组件名。而我实验的时候讲 Redis 部署在了另一个空间下，检查 node 容器日志时看到的是：

Got a new order! Order ID: 1
Failed to persist state.

daprd 容器中，只有下面的日志。

time="2023-02-11T02:55:38.166259509Z" level=info msg="HTTP API Called: POST /v1.0/state/statestore" app_id=nodeapp instance=nodeapp-857cf6f985-jnmzw scope=dapr.runtime.http-info type=log useragent="node-fetch/1.0 (+https://github.com/bitinn/node-fetch)" ver=1.9.6

通过为 nodeapp​ 的 pod 添加注解 dapr.io/log-level="debug"​ 让 daprd 容器输出 debug 日志。

time="2023-02-11T03:05:07.663028821Z" level=debug msg="{ERR_STATE_STORE_NOT_CONFIGURED state store is not configured}" app_id=nodeapp instance=nodeapp-59b754ff54-c4x4s scope=dapr.runtime.http type=log ver=1.9.6

更多 Debug 方式，参考官方的 Troubleshooting 文档[22]。

总结

Dapr 提供了与传统 SDK 方式完成不同的方法来实现系统集成，让开发者可以专注于业务逻辑，而无需考虑底层的实现；对组织来说，应用变得更加便携，可以使用不同的云环境。

但是 Dapr 本身无法跨云跨集群，社区正在考虑与服务网格集成来实现混合多云环境下的服务调用，大家可以期待一下。

参考资料

[1] Dapr: https://dapr.io

[2] Multi-Runtime Microservices Architecture: https://www.infoq.com/articles/multi-runtime-microservice-architecture/

[3] 服务调用: https://docs.dapr.io/developing-applications/building-blocks/service-invocation/

[4] 弹性策略: https://docs.dapr.io/operations/resiliency/policies/

[5] 状态存储: https://docs.dapr.io/developing-applications/building-blocks/state-management/

[6] 发布/订阅: https://docs.dapr.io/developing-applications/building-blocks/pubsub/

[7] 绑定: https://docs.dapr.io/developing-applications/building-blocks/bindings/

[8] 分布式锁: https://docs.dapr.io/developing-applications/building-blocks/distributed-lock/distributed-lock-api-overview/

[9] 名称解析: https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-name-resolution/

[10] 构建块: https://docs.dapr.io/concepts/building-blocks-concept/

[11] 组件: https://docs.dapr.io/concepts/components-concept/

[12] 内存: https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-state-stores/setup-inmemory/

[13] Mysql: https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-state-stores/setup-mysql/

[14] Redis: https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-state-stores/setup-redis/

[15] 多种入门指南: https://github.com/dapr/quickstarts/tree/master/tutorials

[16] hello-kubernetes: https://github.com/dapr/quickstarts/tree/master/tutorials/hello-kubernetes

[17] 安装文档: https://docs.dapr.io/getting-started/install-dapr-cli/

[18] Redis store 规范: https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-state-stores/

[19] Kubernetes​: https://docs.dapr.io/reference/components-reference/supported-secret-stores/kubernetes-secret-store/

[20] Dapr API 访问状态存储: https://docs.dapr.io/reference/api/state_api/#save-state

[21] 文档: https://docs.dapr.io/reference/arguments-annotations-overview/

[22] Troubleshooting 文档: https://docs.dapr.io/operations/troubleshooting/

本文名称：分布式应用运行时Dapr：万物皆可API
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