【SpringCloudAlibaba】微服务组件Nacos注册中心

前言：基础铺垫

什么是微服务架构？

微服务架构是一种去中心化架构，比如我们的注册中心挂了，服务还是能调到其他服务的资源（有缓存），但现在的网关层也有着中心化的趋势。

微服务架构和集中式架构的区别？

我们常看到的SOA，就是一种集中式架构，比如ESB（企业消息总线），通过nginx转发到下游的其他服务，但它存在nginx的单点问题。

Spring全家桶之间的递进关系

Spring：基于bean，基于javaconfig或者xml的方式让第三方框架的bean加载到Spring容器中，例如Mybatis的SqlSessionFacroty

Springboot：基于Appication的自动配置Spring依赖的第三方框架的默认bean

SpringCloud：基于Service，提供了微服务架构共性功能（由不同公司开发，被SpringCloud集成）

netflix、alibaba、huawei（开源但未被SpringCloud社区采用）

思考：微服务和微服务之间调用存在什么问题，需要用到什么技术？

1.服务间rpc调用：openfeign/dubbo

2.服务注册和发现：eureka、consul、nacos

3.配置统一管理：zk、redis、consul、nacos

4.服务链路的排查：skywalking、zipkin+sleush

5.微服务的监控：prometheus

6.服务的熔断/限流/降级：hystrix、sentinel（半成品）

7.分布式事务：Seata

8.对外网关：zuul、gateway

思考：没有微服务架构，可以实现服务间的调用吗？

没有SpringCloud技术栈，我们也可以进行服务间调用：RestTemplate，WebClient，HttpClient，okHttp3

直接http调用无法解决的问题

1.客户端负载均衡：List(localhost:8020, localhost:8040)

2.客户端感知provider节点是否可用

3.服务端节点挂掉后，把挂掉的节点剔除服务List

如何解决？

可以引入nacos注册中心优化

1. 什么是 Nacos？

官方文档： https://nacos.io/zh-cn/docs/what-is-nacos.html
Nacos 致力于帮助您发现、配置和管理微服务。Nacos 提供了一组简单易用的特性集，帮助您快速实现动态服务发现、服务配置、服务元数据及流量管理。
Nacos 的关键特性包括:
1.服务发现和服务健康监测
2.动态配置服务
3.动态 DNS 服务
4.服务及其元数据管理

主流的注册中心

1.1 Nacos 架构

NamingService: 命名服务，注册中心核心接口
ConfigService：配置服务，配置中心核心接口
OpenAPI文档：https://nacos.io/zh-cn/docs/open-api.html
nacos版本： v1.1.4 升级到v1.4.1

1.2 Nacos Server部署

下载源码编译
源码下载地址：https://github.com/alibaba/nacos/

cd nacos/
mvn -Prelease-nacos clean install -U

下载安装包
下载地址：https://github.com/alibaba/Nacos/releases

1.2.1 单机模式

官方文档： https://nacos.io/zh-cn/docs/deployment.html
解压，进入nacos目录

单机启动nacos，执行命令

bin/startup.sh -m standalone

也可以修改默认启动方式

访问nacos的管理端：http://192.168.3.14:8848/nacos，默认的用户名密码是 nacos/nacos

1.2.2 集群模式

官网文档： https://nacos.io/zh-cn/docs/cluster-mode-quick-start.html
集群部署架构图

1）单机搭建伪集群，复制nacos安装包，修改为nacos8849，nacos8850，nacos8851

2）以nacos8849为例，进入nacos8849目录
2.1）修改conf\application.properties的配置，使用外置数据源

#使用外置mysql数据源 
spring.datasource.platform=mysql 

### Count of DB:
 db.num=1

### Connect URL of DB:
 db.url.0=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/nacos?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true&useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=UTC
 db.user.0=root
 db.password.0=root

2.2）将conf\cluster.conf.example改为cluster.conf,添加节点配置

# ip:port 
192.168.3.14:8849 
192.168.3.14:8850 

nacos8850，nacos8851 按同样的方式配置。
3）创建mysql数据库,sql文件位置：conf\nacos-mysql.sql
4) 修改启动脚本（bin\startup.sh）的jvm参数

5) 分别启动nacos8849，nacos8850，nacos8851
以nacos8849为例，进入nacos8849目录，启动nacos

bin/startup.sh

6) 测试
登录 http://192.168.3.14:8849/nacos ，用户名和密码都是nacos

7）官方推荐，nginx反向代理

访问： http://192.168.3.14:8847/nacos

1.3 prometheus+grafana监控Nacos

https://nacos.io/zh-cn/docs/monitor-guide.html
Nacos 0.8.0版本完善了监控系统，支持通过暴露metrics数据接入第三方监控系统监控Nacos运行状态。
1.nacos暴露metrics数据

management.endpoints.web.exposure.include=*

测试： http://localhost:8848/nacos/actuator/prometheus

2.prometheus采集Nacos metrics数据
修改配置文件prometheus.yml采集Nacos metrics数据

metrics_path: '/nacos/actuator/prometheus'
static_configs:
  - targets: ['{ip1}:8848','{ip2}:8848','{ip3}:8848']

启动prometheus服务

prometheus.exe --config.file=prometheus.yml

测试：http://localhost:9090/graph

3.grafana展示metrics数据
测试： http://localhost:3000/

2. Nacos注册中心

2.1 注册中心演变及其设计思想

2.2 Nacos注册中心架构

2.3 核心功能

服务注册：Nacos Client会通过发送REST请求的方式向Nacos Server注册自己的服务，提供自身的元数据，比如ip地址、端口等信息。Nacos Server接收到注册请求后，就会把这些元数据信息存储在一个双层的内存Map中。

服务心跳：在服务注册后，Nacos Client会维护一个定时心跳来持续通知Nacos Server，说明服务一直处于可用状态，防止被剔除。默认5s发送一次心跳。

服务同步：Nacos Server集群之间会互相同步服务实例，用来保证服务信息的一致性。 leader raft

服务发现：服务消费者（Nacos Client）在调用服务提供者的服务时，会发送一个REST请求给Nacos Server，获取上面注册的服务清单，并且缓存在Nacos Client本地，同时会在Nacos Client本地开启一个定时任务定时拉取服务端最新的注册表信息更新到本地缓存

服务健康检查：Nacos Server会开启一个定时任务用来检查注册服务实例的健康情况，对于超过15s没有收到客户端心跳的实例会将它的healthy属性置为false(客户端服务发现时不会发现)，如果某个实例超过30秒没有收到心跳，直接剔除该实例(被剔除的实例如果恢复发送心跳则会重新注册)

2.4 服务注册表结构

2.5 服务领域模型

2.6 服务实例数据

3. Spring Cloud Alibaba Nacos快速开始

3.1 Spring Cloud Alibaba版本选型

3.2 搭建Nacos-client服务

1）引入依赖
父Pom中支持spring cloud&spring cloud alibaba, 引入依赖

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <!--引入springcloud的版本-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
            <version>Hoxton.SR3</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
            <version>2.2.1.RELEASE</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>    

当前项目pom中引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>

2. application.properties中配置

server.port=8002
#微服务名称
spring.application.name=service-user
#配置 Nacos server 的地址

更多配置：https://github.com/alibaba/spring-cloud-alibaba/wiki/Nacos-discovery

3）启动springboot应用，nacos管理端界面查看是否成功注册

4）测试
使用RestTemplate进行服务调用，可以使用微服务名称 （spring.application.name）

String url = "http://service-order/order/findOrderByUserId/"+id;

注意：需要添加@LoadBalanced注解

@LoadBalanced
public RestTemplate restTemplate() {
    
    
    return new RestTemplate();
}

4. Nacos源码编译

源码下载地址： https://github.com/alibaba/nacos/
版本： Nacos 1.4.1
1）进入nacos目录，执行编译命令

# 编译1.4.1  增加 -Drat.skip=true 参数 ，跳过licensing 检查
mvn -Prelease-nacos -Dmaven.test.skip=true -Drat.skip=true clean install -U 

编译成功后会在distribution/target目录下生成nacos-server-1.4.1.tar.gz

2）启动nacos
进入console模块，找到启动类 com.alibaba.nacos.Nacos，执行main方法

3) 配置启动参数
单机模式执行需要指定nacos.standalone=true

-Dnacos.standalone=true -Dnacos.home=D:\code\java_yuanma\nacos-1.4.1

创建nacos_config数据库（distribution/conf/nacos-mysql.sql）
在application.properties中开启mysql配置

### If use MySQL as datasource:
 spring.datasource.platform=mysql

### Count of DB:
db.num=1

### Connect URL of DB:
 db.url.0=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/nacos?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true&useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=UTC
 db.user.0=root
db.password.0=root

4）进入http://localhost:8848/nacos，用户名和密码默认nacos

5.Nacos关键实现解析

5.1 Alibaba-Nacos是如何实现自动注册的

真正调用nacos-client’向nacos-server注册服务instance是需要手动调用api的

// NamingService  注册中心核心服务
NamingService namingService = NamingFactory.createNamingService("localhost:8848");

String serviceName = "mall-user";
namingService.registerInstance(serviceName,"localhost",8040);

只不过SpringCloudAlibaba帮我们把这一步做了：

在服务启动的时候，Springboot会首先调取refresh方法向Spring容器中注册bean，然后就会开启onApplication监听事件，SpringCloudAlibaba通过继承AbstractAutoServiceRegister这个抽象类，并实现了Spring中的扩展点ApplicationListener#onApplication，来调用namingService.registerInstance（name，ip，host）这一步，来自动向nacos-server注册了我们的服务instance。

5.2 nacos注册instance是用什么存储的？

临时节点存在内存中，持久节点会持久化到磁盘：data/nameing/namespace的id，实例的存储支持AP和CP模式，nacos在拉取实例的时候是把临时实例和持久实例一次全部拉取，也就不存在AP和CP的切换（都有）

临时实例：AP架构，注册中心对一致性要求不高

持久实例：CP架构

5.3 nacos配置数据是用什么存储的？

配置数据是用什么存储的？derby或mysql

5.4 nacos如何保证nacos集群的同步？

nacos集群保证了CP架构，基于raft算法实现

5.5 nacos服务注册的具体过程：服务实例如何注册到内存注册表？

//Map(namespaceId, Map(group::serviceName, Service)).
private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();
// namespace: 命名空间,起到隔离instances的作用，可以以环境隔离也可以以项目隔离 "No instances available for mall-order"
// group: 分组,也起到隔离instances和隔离配置的作用，对于instances建议用同一个group，对于配置中心根据环境不用选择用不同group
比如现在有Service: mall-order, mall-user

private Map<String, Cluster> clusterMap = new HashMap<>(); // 集群，保证能够互通，尽可能同一集群提升性能（ribbon负载均衡算法，优先使用同一集群的节点）,集群下都是同一服务的实例

@JsonIgnore
private Set<Instance> persistentInstances = new HashSet<>(); // 持久实例

@JsonIgnore
private Set<Instance> ephemeralInstances = new HashSet<>(); // 临时实例

instance: 8020 8021 mall-order

ephemeral: false // 配置持久实例，默认是true

解释下上面这张图：
1.首先会以namespaceId为key进行区分，value是一个个Group对象（也是个map），这是一个map结构。
2.再以groupId + serviceName为key进行区分，value是一个个Cluster对象（也是个map），这也是个map结构。
3.Cluster对象里有2个属性，persistentInstances和ephemeralInstances，是2个list，分别存储了持久化节点和临时节点。每次从注册中心拉取服务的时候，都会把属于这个serviceName的所有持久化节点和临时节点都拉下来。