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微服务的灵魂摆渡者——Nacos,来一篇原理全攻略

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发表于 2022-9-30 12:09:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
微服务的灵魂摆渡者——Nacos,来一篇原理全攻略


前言
Nacos在微服务系统的服务注册和发现领域,势头迅猛是肉眼可见的。在微服务系统中,服务的注册和发现又是一个灵魂的存在。没有注册中心的存在,成百上千服务之间的调用复杂度不可想象。
如果你计划或已经在使用Nacos了,但仅停留在使用层面,那这篇文章值得你一读。
本文我们先从服务发现机制说起,然后讲解Nacos的基本介绍、实现原理、架构等,真正做到深入浅出的了解Nacos。
服务注册与发现
说起Nacos,不得不先聊聊微服务架构中的服务发现。关于服务发现其实已经在《要学习微服务的服务发现?先来了解一些科普知识吧》一文中进行了全面的讲解。我们这里再简要梳理一下。
在传统应用中,一个服务A访问另外一个服务B,我们只需将服务B的服务地址和端口在服务A的静态配置文件中进行配置即可。
但在微服务的架构中,这种情况就有所变化了,如下图所示:
上图中,服务实例的IP是动态分配。同时,还面临着服务的增减、故障、升级等变化。这种情况,对于客户端程序来说,就需要使用更精确的服务发现机制。
为了解决这个问题,于是像etcd、Consul、Apache Zookeeper、Nacos等服务注册中间件便应运而生。
Nacos简介
Nacos一般读作/nɑ:kəʊs/,这个名字来源于“Dynamic Naming and Configuration Service”。其中na取自“Naming”的前两个字母,co取自“Configuration”的前两个字母,而s则取自“Service”的首字母。
Nacos的功能官方用一句话来进行了说明:“一个更易于构建云原生应用的动态服务发现、配置管理和服务管理平台。”也就是说Nacos不仅提供了服务注册与发现功能,还提供了配置管理的功能,同时还提供了可视化的管理平台。
官方文档中还提到“服务(Service)是Nacos世界的一等公民。”,也就是说在Nacos是围绕着Service转的。
如果查看源码,会发现Nacos的核心API中定义了两个接口NamingService和ConfigService。服务注册与发现围绕着NamingService展开,而配置管理则围绕着ConfigService展开。
官网给出了Nacos的4个核心特性:服务发现和服务健康监测、动态配置服务、动态DNS服务、服务及其元数据管理。我们主要来讲服务发现功能。
Nacos的Server与Client
Nacos注册中心分为Server与Client,Nacos提供SDK和openApi,如果没有SDK也可以根据openApi手动写服务注册与发现和配置拉取的逻辑。
Server采用Java编写,基于Spring Boot框架,为Client提供注册发现服务与配置服务。
Client支持包含了目前已知的Nacos多语言客户端及Spring生态的相关客户端。Client与微服务嵌套在一起。
Nacos的DNS实现依赖了CoreDNS,其项目为nacos-coredns-plugin。该插件提供了基于CoreDNS的DNS-F客户端,开发语言为go。
Nacos注册中的交互流程
作为注册中心的功能来说,Nacos提供的功能与其他主流框架很类似,基本都是围绕服务实例注册、实例健康检查、服务实例获取这三个核心来实现的。
以Java版本的Nacos客户端为例,服务注册基本流程:
  • 服务实例启动将自身注册到Nacos注册中心,随后维持与注册中心的心跳;
  • 心跳维持策略为每5秒向Nacos Server发送一次心跳,并携带实例信息(服务名、实例IP、端口等);
  • Nacos Server也会向Client主动发起健康检查,支持TCP/Http;
  • 15秒内无心跳且健康检查失败则认为实例不健康,如果30秒内健康检查失败则剔除实例;
  • 服务消费者通过注册中心获取实例,并发起调用;

其中服务发现支持两种场景:第一,服务消费者直接向注册中心发送获取某服务实例的请求,注册中心返回所有可用实例,但一般不推荐此种方式;第二、服务消费者向注册中心订阅某服务,并提交一个监听器,当注册中心中服务发生变化时,监听器会收到通知,消费者更新本地服务实例列表,以保证所有的服务均可用。
Nacos数据模型
关于数据模型,官网描述道:Nacos数据模型的Key由三元组唯一确定,Namespace默认是空串,公共命名空间(public),分组默认是DEFAULT_GROUP。
上面的图为官方提供的图,我们可以进一步细化拆分来看一下:
如果还无法理解,我们可以直接从代码层面来看看Namespace、Group和Service是如何存储的:
  1. /**
  2. * Map(namespace, Map(group::serviceName, Service)).
  3. */
  4. private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();
复制代码

也就是说Nacos服务注册表结构为:Map<namespace, Map<group::serviceName, Service>>。
Nacos基于namespace的设计是为了做多环境以及多租户数据(配置和服务)隔离的。如果用户有多套环境(开发、测试、生产等环境),则可以分别建三个不同的namespace,比如上图中的dev-namespace和prod-namespace。
Nacos服务领域模型
在上面的数据模式中,我们可以定位到一个服务(Service)了,那么服务的模型又是如何呢?官网提供了下图:
从图中的分级存储模型可以看到,在服务级别,保存了健康检查开关、元数据、路由机制、保护阈值等设置,而集群保存了健康检查模式、元数据、同步机制等数据,实例保存了该实例的ip、端口、权重、健康检查状态、下线状态、元数据、响应时间。
此时,我们忽略掉一对多的情况,整个Nacos中数据存储的关系如下图:
可以看出,整个层级的包含关系为Namespace包含多个Group、Group可包含多个Service、Service可包含多个Cluster、Cluster中包含Instance集合。
对应的部分源码如下:
  1. // ServiceManager类,Map(namespace, Map(group::serviceName, Service))
  2. private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();

  3. // Service类,Map(cluster,Cluster)
  4. private Map<String, Cluster> clusterMap = new HashMap<>();

  5. // Cluster类
  6. private Set<Instance> persistentInstances = new HashSet<>();
  7. private Set<Instance> ephemeralInstances = new HashSet<>();

  8. // Instance类
  9. private String instanceId;
  10. private String ip;
  11. private int port;
  12. private double weight = 1.0D;
  13. //...
复制代码

其中,实例又分为临时实例和持久化实例。它们的区别关键是健康检查的方式。临时实例使用客户端上报模式,而持久化实例使用服务端反向探测模式。
临时实例需要能够自动摘除不健康实例,而且无需持久化存储实例。持久化实例使用服务端探测的健康检查方式,因为客户端不会上报心跳,自然就不能去自动摘除下线的实例。
小结
我们从微服务系统中为什么使用服务发现讲起,然后介绍了Nacos、Nacos的实现机制、底层数据模型以及部分源码实现。
在使用过程中除了关注服务注册与发现、健康检查之外,对于服务的数据模型中Namespace、Group、Service和Instance也需要重点关注。
当理解了这些背后的工作原理,对于上层应用的整合以及配置便可以轻松运用了。

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