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Nacos 原理

Heloise_yangyuchang 2023-07-07 原文

Nacos 原理

一、Nacos的整体架构

Nacos的整体架构还是比较清晰的，我们可以从下面这个官方提供的架构图进行简单分析。

二、Nacos 原理

之前讲过注册中和配置中心的核心原理，信息的同步主要的几种方式：

  • push （服务端主动push）
  • pull （客户端的轮询）， 超时时间比较短
  • long pull （超时时间比较长）

2.1、配置中心原理

nacos 配置中心就是采用：客户端 long pull 的方式

  • Nacos 客户端会循环请求服务端变更的数据，并且超时时间设置为30s，当配置发生变化时，请求的响应会立即返回，否则会一直等到 29.5s+ 之后再返回响应
  • 客户端的请求到达服务端后，服务端将该请求加入到一个叫 allSubs 的队列中，等待配置发生变更时 DataChangeTask主动去触发，并将变更后的数据写入响应对象。
  • 与此同时服务端也将该请求封装成一个调度任务去执行，等待调度的期间就是等DataChangeTask 主动触发的，如果延迟时间到了 DataChangeTask 还未触发的话，则调度任务开始执行数据变更的检查，然后将检查的结果写入响应对象（基于文件的MD5）

2.2、注册中心原理

nacos注册中心采用了 ：pull （客户端的轮询）和push （服务端主动push）

  • 客户端启动时会将当前服务的信息包含ip、端口号、服务名、集群名等信息封装为一个Instance对象，然后创建一个定时任务，每隔一段时间向Nacos服务器发送PUT请求并携带相关信息。
  • nacos服务器端在接收到心跳请求后，会去检查当前服务列表中有没有该实例，如果没有的话将当前服务实例重新注册，注册完成后立即开启一个异步任务，更新客户端实例的最后心跳时间，如果当前实例是非健康状态则将其改为健康状态。
  • 心跳定时任务创建完成后，通过POST请求将当前服务实例信息注册进nacos服务器。
  • nacos服务器端在接收到注册实例请求后，会将请求携带的数据封装为一个Instance对象，然后为这个服务实例创建一个服务Service，一个Service下可能有多个服务实例，服务在Nacos保存到一个ConcurrentHashMap中Map(namespace,Map(group::serviceName, Service))； 。
  • nacos将实例添加到对应服务列表中会根据AP和CP不同的模式，采用不同协议。
    • CP模式就是基于Raft协议（通过leader节点将实例数据更新到内存和磁盘文件中，并且通过CountDownLatch实现了一个简单的raft写入数据的逻辑，必须集群半数以上节点写入成功才会给客户端返回成功）
    • AP模式基于Distro协议（向任务阻塞队列添加一个本地服务实例改变任务，去更新本地服务列表，然后在遍历集群中所有节点，分别创建数据同步任务放进阻塞队列异步进行集群数据同步，不保证集群节点数据同步完成即可返回）
    • nacos在将服务实例更新到服务注册表中时，为了防止并发读写冲突，采用的是写时复制的思想，将原注册表数据拷贝一份，添加完成之后再替换回真正的注册表。
  • nacos在更新完成之后，通过发布服务变化事件，将服务变动通知给客户端，采用的是UDP通信，客户端接收到UDP消息后会返回一个ACK信号，如果一定时间内服务端没有收到ACK信号，还会尝试重发，当超出重发时间后就不在重发。
  • 客户端通过定时任务定时从服务端拉取服务数据保存在本地缓存。

服务端在发生心跳检测、服务列表变更或者健康状态改变时会触发推送事件，在推送事件中会基于UDP通信将服务列表推送到客户端，虽然通过UDP通信不能保证消息的可靠抵达，但是由于Nacos客户端会开启定时任务，每隔一段时间更新客户端缓存的服务列表，通过定时轮询更新服务列表做兜底，所以不用担心数据不会更新的情况，这样既保证了实时性，又保证了数据更新的可靠性。

2.3、心跳机制

服务的健康检查分为两种模式：

  • 客户端上报模式：客户端通过心跳上报的方式告知nacos 注册中心健康状态（默认心跳间隔5s，nacos将超过超过15s未收到心跳的实例设置为不健康，超过30s将实例删除）
  • 服务端主动检测：nacos主动检查客户端的健康状态（默认时间间隔20s，健康检查失败后会设置为不健康，不会立即删除）

nacos 目前的instance有一个ephemeral字段属性，该字段表示实例是否是临时实例还是持久化实例。如果是临时实例则不会在nacos中持久化，需要通过心跳上报，如果一段时间没有上报心跳，则会被nacos服务端删除。删除后如果又重新开始上报，则会重新实例注册。而持久化实例会被nacos服务端持久化，此时即使注册实例的进程不存在，这个实例也不会删除，只会将健康状态设置成不健康。

这里就涉及到了nacos的AP和CP模式 ，默认是AP，即nacos的client的节点注册时ephemeral=true，那么nacos集群中这个client节点就是AP，采用的是distro 协议，而ephemeral=false时就是CP采用的是raft协议实现。所以nacos可以很好的解决了业务常见的不同需求。

#false为永久实例，true表⽰临时实例开启，注册为临时实例，默认是true
 spring.cloud.nacos.discovery.ephemeral=true

为什么nacos有两种心跳机制？

对于临时实例，健康检查失败，则直接删除。这种特性适合于需要应对流量突增的场景，服务可以弹性扩容，当流量过去后，服务停掉即可自动注销。
对于持久化实例，健康检查失败，会设置为不健康状态。它的优点就是可以实时的监控到实例的健康状态，便于后续的告警和扩容等一系列处理。

2.4、自我保护

nacos也有自我保护机制（当前健康实例数/当前服务总实例数），值为0-1之间的浮点类型。正常情况下nacos 只会健康的实例。单在高并发场景，如果只返回健康实例的话，流量洪峰到来可能直接打垮剩下的健康实例，产生雪崩效应。

保护阈值存在的意义在于当服务A健康实例数/总实例数 < 保护阈值时，Nacos会把该服务所有的实例信息（健康的+不健康的）全部提供给消费者，消费者可能访问到不健康的实例，请求失败，但这样远比造成雪崩要好。牺牲了请求，保证了整个系统的可用。

简单来说不健康实例的另外一个作用：防止雪崩

如果所有的实例都是临时实例，当雪崩出现时，Nacos的阈值保护机制是不是就没有足够的（包含不健康实例）实例返回了，其实如果有部分实例是持久化实例，即便它们已经挂掉，状态为不健康，但当触发自我保护时，还是可以起到分流的作用。

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