微服務(wù)的靈魂擺渡者——Nacos，來一篇原理全攻略
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前言
Nacos在微服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域，勢頭迅猛是肉眼可見的。在微服務(wù)系統(tǒng)中，服務(wù)的注冊和發(fā)現(xiàn)又是一個靈魂的存在。沒有注冊中心的存在，成百上千服務(wù)之間的調(diào)用復(fù)雜度不可想象。
如果你計(jì)劃或已經(jīng)在使用Nacos了，但僅停留在使用層面，那這篇文章值得你一讀。
本文我們先從服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制說起，然后講解Nacos的基本介紹、實(shí)現(xiàn)原理、架構(gòu)等，真正做到深入淺出的了解Nacos。
服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)
說起Nacos，不得不先聊聊微服務(wù)架構(gòu)中的服務(wù)發(fā)現(xiàn)。關(guān)于服務(wù)發(fā)現(xiàn)其實(shí)已經(jīng)在《要學(xué)習(xí)微服務(wù)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)?先來了解一些科普知識吧》一文中進(jìn)行了全面的講解。我們這里再簡要梳理一下。
在傳統(tǒng)應(yīng)用中，一個服務(wù)A訪問另外一個服務(wù)B，我們只需將服務(wù)B的服務(wù)地址和端口在服務(wù)A的靜態(tài)配置文件中進(jìn)行配置即可。
但在微服務(wù)的架構(gòu)中，這種情況就有所變化了，如下圖所示：
上圖中，服務(wù)實(shí)例的IP是動態(tài)分配。同時，還面臨著服務(wù)的增減、故障、升級等變化。這種情況，對于客戶端程序來說，就需要使用更精確的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制。
為了解決這個問題，于是像etcd、Consul、Apache Zookeeper、Nacos等服務(wù)注冊中間件便應(yīng)運(yùn)而生。
Nacos簡介
Nacos一般讀作/nɑ:k??s/，這個名字來源于“Dynamic Naming and Configuration Service”。其中na取自“Naming”的前兩個字母，co取自“Configuration”的前兩個字母，而s則取自“Service”的首字母。
Nacos的功能官方用一句話來進(jìn)行了說明：“一個更易于構(gòu)建云原生應(yīng)用的動態(tài)服務(wù)發(fā)現(xiàn)、配置管理和服務(wù)管理平臺。”也就是說Nacos不僅提供了服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)功能，還提供了配置管理的功能，同時還提供了可視化的管理平臺。
官方文檔中還提到“服務(wù)(Service)是Nacos世界的一等公民。”，也就是說在Nacos是圍繞著Service轉(zhuǎn)的。
如果查看源碼，會發(fā)現(xiàn)Nacos的核心API中定義了兩個接口NamingService和ConfigService。服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)圍繞著NamingService展開，而配置管理則圍繞著ConfigService展開。
官網(wǎng)給出了Nacos的4個核心特性：服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)健康監(jiān)測、動態(tài)配置服務(wù)、動態(tài)DNS服務(wù)、服務(wù)及其元數(shù)據(jù)管理。我們主要來講服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能。
Nacos的Server與Client
Nacos注冊中心分為Server與Client，Nacos提供SDK和openApi，如果沒有SDK也可以根據(jù)openApi手動寫服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)和配置拉取的邏輯。
Server采用Java編寫，基于Spring Boot框架，為Client提供注冊發(fā)現(xiàn)服務(wù)與配置服務(wù)。
Client支持包含了目前已知的Nacos多語言客戶端及Spring生態(tài)的相關(guān)客戶端。Client與微服務(wù)嵌套在一起。
Nacos的DNS實(shí)現(xiàn)依賴了CoreDNS，其項(xiàng)目為nacos-coredns-plugin。該插件提供了基于CoreDNS的DNS-F客戶端，開發(fā)語言為go。
Nacos注冊中的交互流程
作為注冊中心的功能來說，Nacos提供的功能與其他主流框架很類似，基本都是圍繞服務(wù)實(shí)例注冊、實(shí)例健康檢查、服務(wù)實(shí)例獲取這三個核心來實(shí)現(xiàn)的。
以Java版本的Nacos客戶端為例，服務(wù)注冊基本流程：
- 服務(wù)實(shí)例啟動將自身注冊到Nacos注冊中心，隨后維持與注冊中心的心跳;
- 心跳維持策略為每5秒向Nacos Server發(fā)送一次心跳，并攜帶實(shí)例信息(服務(wù)名、實(shí)例IP、端口等);
- Nacos Server也會向Client主動發(fā)起健康檢查，支持TCP/Http;
- 15秒內(nèi)無心跳且健康檢查失敗則認(rèn)為實(shí)例不健康，如果30秒內(nèi)健康檢查失敗則剔除實(shí)例;
- 服務(wù)消費(fèi)者通過注冊中心獲取實(shí)例，并發(fā)起調(diào)用;
其中服務(wù)發(fā)現(xiàn)支持兩種場景：第一，服務(wù)消費(fèi)者直接向注冊中心發(fā)送獲取某服務(wù)實(shí)例的請求，注冊中心返回所有可用實(shí)例，但一般不推薦此種方式;第二、服務(wù)消費(fèi)者向注冊中心訂閱某服務(wù)，并提交一個監(jiān)聽器，當(dāng)注冊中心中服務(wù)發(fā)生變化時，監(jiān)聽器會收到通知，消費(fèi)者更新本地服務(wù)實(shí)例列表，以保證所有的服務(wù)均可用。
Nacos數(shù)據(jù)模型
關(guān)于數(shù)據(jù)模型，官網(wǎng)描述道：Nacos數(shù)據(jù)模型的Key由三元組唯一確定，Namespace默認(rèn)是空串，公共命名空間(public)，分組默認(rèn)是DEFAULT_GROUP。
上面的圖為官方提供的圖，我們可以進(jìn)一步細(xì)化拆分來看一下：
如果還無法理解，我們可以直接從代碼層面來看看Namespace、Group和Service是如何存儲的：
- /**
- * Map(namespace, Map(group::serviceName, Service)).
- */
- private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();
也就是說Nacos服務(wù)注冊表結(jié)構(gòu)為：Map
Nacos基于namespace的設(shè)計(jì)是為了做多環(huán)境以及多租戶數(shù)據(jù)(配置和服務(wù))隔離的。如果用戶有多套環(huán)境(開發(fā)、測試、生產(chǎn)等環(huán)境)，則可以分別建三個不同的namespace，比如上圖中的dev-namespace和prod-namespace。
Nacos服務(wù)領(lǐng)域模型
在上面的數(shù)據(jù)模式中，我們可以定位到一個服務(wù)(Service)了，那么服務(wù)的模型又是如何呢?官網(wǎng)提供了下圖：
從圖中的分級存儲模型可以看到，在服務(wù)級別，保存了健康檢查開關(guān)、元數(shù)據(jù)、路由機(jī)制、保護(hù)閾值等設(shè)置，而集群保存了健康檢查模式、元數(shù)據(jù)、同步機(jī)制等數(shù)據(jù)，實(shí)例保存了該實(shí)例的ip、端口、權(quán)重、健康檢查狀態(tài)、下線狀態(tài)、元數(shù)據(jù)、響應(yīng)時間。
此時，我們忽略掉一對多的情況，整個Nacos中數(shù)據(jù)存儲的關(guān)系如下圖：
可以看出，整個層級的包含關(guān)系為Namespace包含多個Group、Group可包含多個Service、Service可包含多個Cluster、Cluster中包含Instance集合。
對應(yīng)的部分源碼如下：
- // ServiceManager類，Map(namespace, Map(group::serviceName, Service))
- private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();
- // Service類，Map(cluster,Cluster)
- private Map<String, Cluster> clusterMap = new HashMap<>();
- // Cluster類
- private Set<Instance> persistentInstances = new HashSet<>();
- private Set<Instance> ephemeralInstances = new HashSet<>();
- // Instance類
- private String instanceId;
- private String ip;
- private int port;
- private double weight = 1.0D;
其中，實(shí)例又分為臨時實(shí)例和持久化實(shí)例。它們的區(qū)別關(guān)鍵是健康檢查的方式。臨時實(shí)例使用客戶端上報(bào)模式，而持久化實(shí)例使用服務(wù)端反向探測模式。
臨時實(shí)例需要能夠自動摘除不健康實(shí)例，而且無需持久化存儲實(shí)例。持久化實(shí)例使用服務(wù)端探測的健康檢查方式，因?yàn)榭蛻舳瞬粫蠄?bào)心跳，自然就不能去自動摘除下線的實(shí)例。
小結(jié)
我們從微服務(wù)系統(tǒng)中為什么使用服務(wù)發(fā)現(xiàn)講起，然后介紹了Nacos、Nacos的實(shí)現(xiàn)機(jī)制、底層數(shù)據(jù)模型以及部分源碼實(shí)現(xiàn)。
在使用過程中除了關(guān)注服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、健康檢查之外，對于服務(wù)的數(shù)據(jù)模型中Namespace、Group、Service和Instance也需要重點(diǎn)關(guān)注。
當(dāng)理解了這些背后的工作原理，對于上層應(yīng)用的整合以及配置便可以輕松運(yùn)用了。
