Kubernetes官方java客户端之五：proto基本操作

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概览

1. 本文是《Kubernetes官方java客户端》系列的第五篇，以下提到的java客户端都是指client-jar.jar；
2. 经过前面四篇文章的准备和尝试，我们对java客户端有了初步了解，也成功运行了hello world，接下来要做的是继续深入学习和实践，掌握这门利器；

两个主要脉络

• java客户端的基本功能并不复杂，就是以何种手段发起对K8S资源的增删改查请求，把握以下两个主脉络即可：

1. proto主线：用K8S官方的protobuf定义将各种资源生成java类，用少量API处理这些对象(特点，API极少，每个API都通用，处理所有类型的资源对象)；
2. openapi主线：使用openapi工具，将所有资源都自动生成增删改查的API(特点：API极多，每个资源都有自身的API)；

今天的文章咱们来学习和了解proto主线；

proto主线的核心类ProtoClient

1. 前面曾提到proto主线的特点是API极少，咱们来看看这些少量的API的源头：ProtoClient类
   

2. 如上图所示，ProtoClient提供了增删改查接口，我们可以用这些接口实现对K8S资源的操作；

3. 有了接口，接下来要搞清楚参数怎么准备，先看create方法的源码，看它需要什么样的参数：
   

4. 如上图所示，create方法的第一个参数就是K8S资源类，该类的特性是在泛型中约束的，必须实现com.google.protobuf.Message的子接口；

5. 这些入参Message的子类从哪里来呢？例如我们要创建一个NameSpace的时候，是自己写一个Message子类？还是说哪里有现成的？接下来要做的就是搞清楚K8S资源类来自哪里？毕竟所有K8S资源的操作都要用上这些java类；

6. 一起去java客户端的源码寻找线索，这是父子结构的maven工程，在名为client-java-proto的子工程中，它的README文件给出了线索，地址是：https://github.com/kubernetes-client/java/tree/master/proto ，如下图：
   

7. 上图红框中的操作向我们揭示了整个过程：先去下载另一个github仓库，然后此仓库里有脚本generate.sh，该脚本根据protobuf配置生成java类，这些java文件被放置在java/proto/src/main/java目录下；

8. 本文是学习K8S官方java客户端的文章，有关K8S的protobuf详情不在这里展开，只给出一段关键脚本供您参考，这是根据proto自动生成代码时执行的脚本，用于下载protobuf文件，地址：https://github.com/kubernetes-client/gen/blob/master/proto/dependencies.sh ，如下图：
   

9. 上图红框中的地址是：https://raw.githubusercontent.com/kubernetes//api/master/rbac/v1alpha1/generated.proto ，内容如下，java客户端中的java代码就是根据这些内容生成的：
   

10. 结合前面的分析，再回到java客户端源码的子工程client-java-proto，可以找到generate.sh脚本生成的V1.java，这个java文件里面有V1版本的所有protobuf对象，如下图：
    

11. 上图红框中Namespace类是GeneratedMessageV3的子类，来看下GeneratedMessageV3的继承关系，如下图，该类实现了Message接口，满足ProtoClient.create方法对入参的泛型约束：
    

小结

1. ProtoClient类提供的操作K8S资源的增删改查方法；
2. java客户端的client-java-proto子工程内，有通过K8S官方protobuf生成的对象类，这些类就是ProtoClient的增删查用到的参数；
3. 增删改查方法有了，涉及的对象也有了，接下来可以实战了；

实战前的准备

现在还不能马上写代码，还差最后一个准备步骤：确认API参数；

• 假设实战的内容是查询kube-system这个namespace下面的所有pod列表，那么API相关信息在哪获取：

1. 打开API在线文档，我这里K8S版本是1.15，地址是：https://v1-15.docs.kubernetes.io/docs/reference/generated/kubernetes-api/v1.15/

2. 如下图，红框1是pod列表的接口文档，红框2显示了该URL，有了这个URL我们可以编码了：
   

3. 在今后的操作中，所有资源都可以根据该文档找到对应的API信息，辅助我们编码；

4. 终于，可以开始实战了；

源码下载

1. 如果您不想编码，可以在GitHub下载所有源码，地址和链接信息如下表所示(https://github.com/zq2599/blog_demos)：

2. 这个git项目中有多个文件夹，本章的应用在kubernetesclient文件夹下，如下图红框所示：
   

开始编码

1. 打开《Kubernetes官方java客户端之一：准备 》中创建的kubernetesclient工程，在里面新建子工程protobufclient，其pom.xml内容如下，要注意的是spring-boot-starter-json已经被排除，因此序列化工具会变为Gson(原本默认是jackson)：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <parent>
        <groupId>com.bolingcavalry</groupId>
        <artifactId>kubernetesclient</artifactId>
        <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        <relativePath>../pom.xml</relativePath>
    </parent>

    <groupId>com.bolingcavalry</groupId>
    <artifactId>protobufclient</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>protobufclient</name>
    <description>Demo project for protobuf client</description>
    <packaging>jar</packaging>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                    <artifactId>spring-boot-starter-json</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>io.kubernetes</groupId>
            <artifactId>client-java</artifactId>
        </dependency>

    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                <version>2.3.0.RELEASE</version>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

2. 新增ProtobufApplication.java，这是新工程的引导类，也有通过ProtoClient查询pod列表的代码：

package com.bolingcavalry.protobufclient;

import com.google.gson.GsonBuilder;
import io.kubernetes.client.ProtoClient;
import io.kubernetes.client.ProtoClient.ObjectOrStatus;
import io.kubernetes.client.openapi.ApiClient;
import io.kubernetes.client.proto.Meta;
import io.kubernetes.client.proto.V1.Namespace;
import io.kubernetes.client.proto.V1.PodList;
import io.kubernetes.client.util.ClientBuilder;
import io.kubernetes.client.util.KubeConfig;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.io.FileReader;

@SpringBootApplication
@RestController
@Slf4j
public class ProtobufApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ProtobufApplication.class, args);
    }

    /**
     * 根据配置文件创建ProtoClient实例
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private ProtoClient buildProtoClient() throws Exception {
        // 存放K8S的config文件的全路径
        String kubeConfigPath = "/Users/zhaoqin/temp/202007/05/config";
        // 以config作为入参创建的client对象，可以访问到K8S的API Server
        ApiClient client = ClientBuilder
                .kubeconfig(KubeConfig.loadKubeConfig(new FileReader(kubeConfigPath)))
                .build();

        // 创建操作类
        return new ProtoClient(client);
    }

    @RequestMapping(value = "/createnamespace/{namespace}", method = RequestMethod.GET)
    public ObjectOrStatus<Namespace> createnamespace(@PathVariable("namespace") String namespace) throws Exception {
        // 创建namespace资源对象
        Namespace namespaceObj =
                Namespace.newBuilder().setMetadata(Meta.ObjectMeta.newBuilder().setName(namespace).build()).build();

        // 通过ProtoClient的create接口在K8S创建namespace
        ObjectOrStatus<Namespace> ns = buildProtoClient().create(namespaceObj, "/api/v1/namespaces", "v1", "Namespace");

        // 使用Gson将集合对象序列化成JSON，在日志中打印出来
        log.info("ns info \n{}", new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create().toJson(ns));

        return ns;
    }

    @RequestMapping(value = "/pods/{namespace}", method = RequestMethod.GET)
    public ObjectOrStatus<PodList> pods(@PathVariable("namespace") String namespace) throws Exception {
        // 通过ProtoClient的list接口获取指定namespace下的pod列表
        ObjectOrStatus<PodList> pods = buildProtoClient().list(PodList.newBuilder(), "/api/v1/namespaces/" + namespace + "/pods");

        // 使用Gson将集合对象序列化成JSON，在日志中打印出来
        log.info("pod info \n{}", new GsonBuilder().setPrettyPrinting().create().toJson(pods));

        return pods;
    }
}

3. 上述代码展示了ProtoClient的API的用法，一个是获取pod列表，一个是创建namespace；

验证

1. 确保K8S环境的config文件在本地可以访问(代码中kubeConfigPath变量的值)；

2. 运行ProtobufApplication；

3. 先尝试获取kube-system这个namespace下的所有pod列表，在浏览器访问：http://localhost:8080/pods/kube-system ，响应如下图，红框中的items_数组就是所有pod信息：
   

4. 上图中的items_数组，展开一个却name字段是byte数组，没办法看出真实内容：
   

5. 借助IDEA的断点功能，可以看清上述name_字段的内容，如下图：
   

6. 再来试试创建namespace的功能，浏览器执行：http://localhost:8080/createnamespace/aaabbbccc ，就会创建名为aaabbbccc的namespace，并将ProtoClient.create的返回信息展现到浏览器上：
   

7. SSH登录上K8S服务器，查看namespace，如下图红框，可以见到新增的namespace：
   

8. 验证完成，基于ProtoClient的API和K8S官方的在线API文档，我们可以轻松操作K8S环境；

ProtoClient的短板

1. ProtoClient的短板其实在前面已经提到了，如下图红框4所示，在线API文档中提到查询pod列表的时候可以输入一些参数（例如过滤条件），但是ProtoClient提供的API咱们也看过了，并不支持输入查询参数：
   

2. 来看下ProtoClient请求K8S Api service的核心代码，如下图红框所示，请求参数字段已经写死，所以外面调用ProtoClient的API时根本没办法把参数传进来：
   

3. 咱们可以参考上述代码自己写一段，把红框位置改为API文档中指定的参数，但是，这样似乎略微麻烦，还有更好的办法吗？

• 当然有，敬请期待下一篇，一起学习和实战openapi主线；