测试环境多泳道的实践

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一、背景

优鲜非常重视测试环境治理，提高开发和测试人员的使用效率。从 2018 年就开始了测试环境治理之路，也有幸的见证了其中几个阶段，最早期，2018 年初测试环境当时几台虚机，把需要测试的服务部署上去，经常发生抢占问题，刚部署服务分支又被别人覆盖，测试完流程才发现代码部署不正确，造成效率非常低下；2018 年年中开始对测试环境进行治理，初始化了十几套域名和机器，用域名隔离环境，各业务线通过发布系统抢占环境后使用，这样暂时缓解了代码被覆盖的问题，但是抢占问题依旧十分严重；2020 年开启了第二波整治，借助 Docker 的快速扩展能力开始对测试环境新一轮的治理，通过自研的环境管理系统（以下简称阿拉丁系统）可以拉起一套完全隔离的全链路环境，资源隔离好，但是随着全链路环境的增多，任何一个全链路环境问题可能都需要开发去查看，给开发和测试也增加了维护成本。目前，我们正着手新一轮的测试环境治理工作，致力于提高测试环境使用效率。

二、多泳道介绍

2.1、什么是多泳道

多泳道结构就是借鉴了游泳比赛的概念，所有运动员在一个泳池内，划分了比赛赛道，谁超出赛道就算犯规。那么抽象到设计中就是，一套完整的服务链路就是一个泳道，而请求数据就是运动员，在自己泳道中任意流转，不会干扰其他泳道的数据。再进一步抽象，分离出主泳道和分支泳道概念，目的是把通用的服务集中在主泳道，分支泳道部署变动服务，并且依赖主泳道的通用服务，内部通过物理或者逻辑隔离请求数据。

2.2、多泳道的目标

一方面是保证测试环境稳定，提高测试效率。联想到测试环境，大多数反应是测试环境不稳定，主要由以下原因造成，一方面测试环境部署的是开发中代码，代码的不稳定；一方面测试环境存在脏数据；一方面是对测试环境的不重视，缺少监控等；另一方面的测试的机器资源没法和线上对齐等因素，导致测试环境必然是不稳定的。因此多泳道方案提出了主泳道和分支泳道概念，主泳道则部署稳定代码和线上代码保持一致，保证了代码的稳定性，然后开发人员只用专心维护一套全链路环境，降低了维护成本，提高了主泳道的稳定性。

另一方面解决抢占问题，提高开发效率。在多业务线多需求同时开发时，都需要各自一套环境隔离，相互不造成影响，但测试环境的机器是有限，就会造成大家相互抢占，或者共用同一环境，造成测试效率降低。因此多泳道方案提出一种规范，收回开发人员部署主泳道权限，由系统定期自动部署最新稳定代码，而开发人员只在分支泳道部署变动服务，其余全部依赖主泳道中服务，减少部署量和资源浪费，由于分支泳道非常轻量，可以非常快捷创建和销毁。

2.3、多泳道的价值收益

经过多业务小组验证，在测试环境创建时间方面至少提升 10 倍，原来创建一套测试环境需要拷贝底层数据库，拉取全链路所有服务等，耗时大概 3 小时，但是泳道方案拉起一个分支泳道只需几分钟。由于分支泳道的快捷性，可以创建更多的分支泳道给不同业务组或者同业务组不同需求。总结一下，就是更快更多更稳定。

三、技术方案

3.1、系统架构

架构主要包括三部分，网关层，RPC 层和数据层。

网关层主要负责环境识别与环境标识注入，前台通过测试域名隔离环境，例如：b2.missfresh.net/xx，请求到网关后解析出环境标识 b2，然后植入 HTTP Header 中，往下透传。
RPC 层主要负责服务发现与选择，环境标识透传等。通过服务发现找到对应环境下服务，再通过自定义路由策略选择指定服务执行，并把环境标识继续透传给下游。
数据层主要负责测试环境数据隔离与共用。

逻辑结构主要分为主泳道和分支泳道。

主泳道部署全链路稳定代码，作为公共环境，承载其他环境缺省服务，保证请求链路通畅。
分支泳道只需部署改动服务，未改动服务使用主泳道中服务，比如底层的商品，库存等服务，发号器，推送等组件，目的是减少公共服务的维护成本，提高使用效率等。

根据以上流程，需要对组件做一些改动：

网关新增环境标识注入。测试环境使用开源的流量网关（Kong），然后额外定制一个插件，解析域名并把环境标识注入到 HTTP Header 中，往下透传。
链路标识的透传。使用开源的链路追踪系统（Pinpoint），新增或者增强链路透传插件，把链路标识透传下去。选择 Pinpoint 是因为它以 JavaAgent 方式嵌入到服务中，对服务是无感知的，可以结合部署系统做到无感知升级，比使用 SDK 方式更友好。
服务的感知。共用一套 Zookeeper，保证各泳道服务被及时发现，各泳道服务注册时带上环境标识。
服务的选择。使用 Dubbom 新增的路由策略，根据服务自身环境标识和链路中的环境标识做匹配选择。
数据存储。不同的需求需要隔离级别不同，如果多环境共用底层数据，则代码中使用域名配置数据库，由 DNS 服务指向同一套数据库，例如：配置 b2.mysql.missfresh.net 与 b15.mysql.missfresh.net 域名指向同一实例 IP；如果多套环境隔离底层数据，则 MySQL，Redis 需要封装一套 SDK，通过环境标识把数据写到不同的库或者实例，RocketMQ 则需要封装一套 SDK，通过环境标识把消息发往不同的队列，ElasticSearch 则可以在上一层封装一套网关，通过网关的路由功能转发到不同索引或者实例。

下面给大家分解下各个模块的隔离方案。

3.2、服务隔离

进行服务隔离有两个方向，物理隔离与逻辑隔离。

方案1、物理隔离可以通过部署多套 Zookeeper 隔离，让 Consumer 只在当前 Zookeeper 中获取 Provider 列表，然后调用，达到环境隔离效果。

方案2、逻辑隔离可以通过标识 Provider 与 Consumer，再通过自定义负载均衡算法，让 Consumer 调用指定的 Provider 服务，达到环境隔离的效果。

物理隔离的优势是隔离性好，弊端是每套环境都需要一套 Zookeeper，这样在快速创建环境时会影响效率，还有个弊端是为了达到 3.1 架构图中绿线的流程，需要让主泳道的请求再扭转回分支泳道，主泳道的服务就必须监听所有分支泳道的 Zookeeper，这样才能监听分支环境服务的存活情况，但这样会造成主泳道非常臃肿，代码实现也非常复杂。所以，我们选择了逻辑隔离的方案，在 Provider 注册时添加一个标识，在 Consumer 获取 Provider 列表后，通过自定义负载均衡算法，找出指定环境 Provider 并调用。

方案确定后，我们需要做的就是对 Dubbom 进行一些改造。第一步，在容器中注入环境标识，可以通过环境变量，也可以通过本地配置文件，目的是让服务启动后能感知到当前容器属于哪个泳道。第二步，在 Provider 注册时获取当前环境标识，然后在 ServiceConfig.doExportUrls() 生成注册链接时添加一个参数（zone）用来标识当前环境。生成的注册链接如下：

dubbo://127.0.0.1:10080/com.missfresh.xxxxService?anyhost=true&application=mryx&bean.name=ServiceBean:com.missfresh.xxxxService:1.0&default.dispatcher=message&default.service.filter=notice&default.threadpool=fixed&default.threads=300&default.timeout=1000&dubbo=2.0.2&interface=com.missfresh.mpush.xxxxService&logger=slf4j&methods=xxxx&pid=1&registry=127.0.0.1:2181&revision=1.0.0&side=provider&timestamp=1622925206798&version=1.0&zone=b2

第三步，再实现路由算法，算法逻辑不难，Consumer 通过当前环境标识找到对应的 Provider 即可。需要注意的是，Dubbom 既可以通过 Router 方式也可以通过 LoadBalance 方式实现路由策略，区别在于 Route 在 LoadBalance 更上一层，控制力度更大，比如在多注册中心的场景下，Route 方式可以路由到不同注册中心，而 LoadBalance 方式只能选择经过 Router 筛选过后的 Provider 列表，并不能动态选择多注册中心，这种区别也会用于后续的同城双活方案，所以选择了 Router 去实现。

3.3、消息隔离

先介绍下 RocketMQ 的结构，物理结构包括 NameServer 与 Broker，而逻辑结构包括 Topic 与 Queue，Topic 包含多个 Queue，Queue 又分布在不同 Broker 上保证高可用。针对物理与逻辑结构可以设计出不同隔离方案，下面有三种隔离方案供参考。

3.3.1、Queue 隔离

Queue 的隔离思想是让每个泳道使用指定的 Queue，例如泳道 b1 只在 queue1 和 queue2 上收发消息，泳道 b2 只在 queue3 和 queue4 上收发消息。实现这种效果，需要重写 Producer 与 Consumer 的负载均衡算法，分配指定的 Queue 进行收发消息。弊端就是每个泳道环境需要扩容 Queue，提高消费能力就比较棘手，而且随着泳道增多，Queue 数量也需要动态增加。

3.3.2、Broker 隔离

Broker 隔离的思想与 Queue 隔离思想类似，也是让每个泳道使用指定的 Broker，通过 Broker 物理级别隔离消息，然后各泳道的收发消息都在指定泳道。实现这种效果需要标记 Broker 与 Producer 和 Consumer 属于哪个环境，可以通过命名规则实现，再重写 Producer 与 Consumer 的负载均衡算法，把 Broker 与 Producer 和 Consumer 做亲和处理即可。弊端是每个环境需要部署 Broker。

3.3.3、消息网关隔离

消息网关方案的思想是通过加一层代理去屏蔽 Queue 的选择等，客户端只需带上环境标识收发消息即可，由网关决定消息去向与消费逻辑。弊端在于需要为测试环境开发一套网关系统，周期比较长。

综上，最终选择了 Broker 隔离方案。一方面是 Queue 扩展性的考虑，另一方面是为测试环境构建一个消息网关周期较长，开发成本高，最后也可以提前验证同城双活的方案，因为同城双活方案的部署结构与 Broker 隔离结构一致，用 Broker 隔离两地机房中的消息，并且两机房间也需要相互兜底消费。

方案确定后，剩下就是对 MQ-SDK 进行一些改造。第一步，规范 Broker 名称与 Producer，Consumer 的实例名称，让名称中带上环境标识，规则代码如下：


/** * 根据当前环境生成唯一标识 * @return {当前环境}-{是否基准环境}-{PID}-{自增保证唯一} */public static String genInstanceName() {    String instanceName = String.valueOf(UtilAll.getPid()) + SPLIT + COUNT.incrementAndGet();    instanceName = (Boolean.TRUE.toString().equalsIgnoreCase(benchmark) ? "1" : "0") + SPLIT + instanceName;    instanceName = (StringUtils.isNotEmpty(zone) ? zone : DEFAULT_ZONE) + SPLIT + instanceName;    return instanceName;}

最后生成每个实例的 ClientId 效果：

第二步，重写 Producer 负载均衡算法。实现 MessageQueueSelector 接口 select 方法，从所有的队列中选出指定的队列，然后在发送的时候指定负载策略即可。例如当前环境是 b2，则把所有 Broker 名称是 b2 前缀的队列全返回。主要代码如下：


protected List<MessageQueue> groupByZone(List<MessageQueue> mqs) {    // 优先从链路中获取环境标识    String zone = Extractor.getGray();
    List<MessageQueue> localQueueList = new ArrayList<>(mqs.size());    List<MessageQueue> benchmarkQueueList = new ArrayList<>(mqs.size());    for (MessageQueue messageQueue : mqs) {        String[] brokerNameArray = messageQueue.getBrokerName().split(MryxConfig.SPLIT);        String queuePrefix = brokerNameArray[0];        if (zone.equalsIgnoreCase(queuePrefix)) {            // 当前环境队列            localQueueList.add(messageQueue);        } else if (brokerNameArray.length > 2 && RocketMQConfig.IS_BENCHMARK.equals(brokerNameArray[1])) {            // 基准环境队列            benchmarkQueueList.add(messageQueue);        }    }        if (!localQueueList.isEmpty()) {        return localQueueList;    }    if (!benchmarkQueueList.isEmpty()) {        return benchmarkQueueList;    }    return mqs;}

第三步，重写 Consumer 负载均衡算法。实现 AllocateMessageQueueStrategy 接口的 allocate 方法，从所有的队列中选择指定的队列消费。例如当前环境是 b2，则只消费所有 Broker 名称是 b2 前缀的队列，达到消费隔离目的。主要代码如下：


@Overridepublic List<MessageQueue> allocate(String consumerGroup, String currentCID, List<MessageQueue> mqAll, List<String> cidAll) {    // 根据messageQuery中brokerName的环境标识分组    Map<String/*machine zone */, List<MessageQueue>> mr2Mq = new TreeMap<>();    for (MessageQueue mq : mqAll) {        String brokerMachineZone = machineRoomResolver.brokerDeployIn(mq);        mr2Mq.putIfAbsent(brokerMachineZone, new ArrayList<>());        mr2Mq.get(brokerMachineZone).add(mq);    }
    // 根据clientId的环境标识分组    Map<String/*machine zone */, List<String/*clientId*/>> mr2c = new TreeMap<>();    // 基准环境的clientId    List<String> benchmarkClientIds = new ArrayList<>();    for (String cid : cidAll) {        String consumerMachineZone = machineRoomResolver.consumerDeployIn(cid);        mr2c.putIfAbsent(consumerMachineZone, new ArrayList<>());        mr2c.get(consumerMachineZone).add(cid);        if (machineRoomResolver.consumerIsBenchmark(cid)) {            benchmarkClientIds.add(cid);        }    }
    List<MessageQueue> allocateResults = new ArrayList<>();    // 1、匹配同机房的队列    String currentMachineZone = machineRoomResolver.consumerDeployIn(currentCID);    List<MessageQueue> mqInThisMachineZone = mr2Mq.remove(currentMachineZone);    List<String> consumerInThisMachineZone = mr2c.get(currentMachineZone);    if (mqInThisMachineZone != null && !mqInThisMachineZone.isEmpty()) {        allocateResults.addAll(allocateMessageQueueStrategy.allocate(consumerGroup, currentCID, mqInThisMachineZone, consumerInThisMachineZone));    }        // 寻找没有匹配上zone的MessageQueueList    for (String machineZone : mr2Mq.keySet()) {        if (mr2c.containsKey(machineZone)) {            continue;        }        // 2、如果存在基准环境consumer，则把没有消费者的messageQueue分配给基准环境        if (!benchmarkClientIds.isEmpty()) {            if (machineRoomResolver.consumerIsBenchmark(currentCID)) {                allocateResults.addAll(allocateMessageQueueStrategy.allocate(consumerGroup, currentCID, mr2Mq.get(machineZone), benchmarkClientIds));            }        } else {            // 3、如果没有基准环境，则没有消费者的messageQueue再次分配给consumer            allocateResults.addAll(allocateMessageQueueStrategy.allocate(consumerGroup, currentCID, mr2Mq.get(machineZone), cidAll));        }    }    return allocateResults;}

第四步，主流程通畅后，还需要考虑一下特殊情况，由于分支泳道非全链路，所以分支泳道可能上游的 Producer 未部署，或者下游的 Consumer 未部署，为了保证链路通畅，就需要一套主泳道兜底逻辑，如果分支泳道 Producer 未部署，则由主泳道根据链路标识发送到对应 Broker 中，图 3.3.2 中橙色的线；如果分支泳道 Consumer 未部署，则由主泳道消费，保证链路通畅，图 3.3.2 中绿色的线。以上，就是消息隔离的方案。

3.4、存储隔离

存储隔离主要使用物理隔离方案，实现比较简单，例如代码中用域名指向数据库地址，容器创建时候可以在配置 host 指定真是数据库地址；还有一种方案是代码中配置的一个变量，由容器配置环境变量，最后在代码中读取变量时替换成真实地址。逻辑隔离方案可能会涉及到修改业务代码，工作繁琐，业务稳定性也存在问题，所以很少使用这种方案

由于不同业务对测试环境数据隔离性需求不同，一些团队只想维护一份底层数据，有些团队则需要数据隔离跑自动化测试等。目前，泳道还是采用的底层共用数据存储，好处是每次新创建分支用不到不用再创建数据库和同步数据，大大提高了环境申请和销毁效率。对于自动化测试等需要数据隔离的，我们则另外部署一套全链路环境。

四、挑战

1.泳道方案依赖 Pinpoint 链路跟踪系统的透传功能，在线程池场景会丢失链路信息，经过多方调研，组内同学通过字节码加强的方式得以解决。

2.组件升级，由于改造了 Dubbom，MQ-client 等组件，需要统一组件，其中涉及到组件迁移，兼容性等问题，我们深度参与业务方改造，借助自动化测试，验证升级组件后的稳定性。

五、未来展望

1.测试环境的自动化。目前申请或者销毁新泳道还不够自动化，需要一个环境管理面板，罗列出已存在哪些泳道正在被谁使用，各泳道需要部署了哪些服务，服务的健康状态等；通过工单系统自动申请或者销毁泳道环境。这样对环境管理就非常清晰，提高大家使用效率。

2.目前泳道环境底层存储未隔离，只对开发人员开放，因为测试人员对数据隔离比较敏感，所以，我们也正在对 MySQL，Redis 等组件进一步改造，通过环境标识路由到不同的库或者实例，到达数据隔离的效果。

六、总结

多泳道方案已在测试环境运行一段时间，也遇到一些问题，经过探索形成了自有的一套解决方案。该解决方案结合了我们自有的组件，并在同城双活的方案基础实现，所以某些隔离方案并非针对测试环境最优的，但是比较适合我们的。希望对大家有一些启发，同时也欢迎大家一起探讨。

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