Nacos之原理讲解和使用

1 Nacos

1.1 简介

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 帮助您更敏捷和容易地构建、交付和管理微服务平台。Nacos 是构建以服务为中心的现代应用架构 (例如微服务范式、云原生范式) 的服务基础设施。
在这里插入图片描述

1.2 下载以及安装

下载地址:https://github.com/alibaba/Nacos/releases
直接点进去
在这里插入图片描述
根据需要选择win或者linux版本

1.2.1 Linux安装启动

把我们的Nacos包解压 : tar -zxvf nacos-server-1.1.4.tar.gz
cd 到我们的解压目录nacos : cd nacos
进入到bin目录下执行命令(启动单机) sh startup.sh -m standalone
访问nacos的服务端 http://127.0.0.1:8848/nacos/index.html，默认的用户名密码是 nacos/nacos
如下图所示：
停止nacos在nacos/bin目录下，执行 sh shutdown.sh

1.2.2 Windowns安装启动

相关命令如下所示：
在这里插入图片描述

1.3 Nacos 主要特点

1.3.1 服务发现和服务健康监测

Nacos 支持基于DNS和基于 RPC 的服务发现。服务提供者使用原生SDK、OpenAPI、或一个独立的Agent TODO注册 Service 后，服务消费者可以使用DNS TODO 或HTTP&API查找和发现服务。
Nacos 提供对服务的实时的健康检查，阻止向不健康的主机或服务实例发送请求。Nacos支持传输层 (PING 或 TCP)和应用层 (如 HTTP、MySQL、用户自定义）的健康检查。对于复杂的云环境和网络拓扑环境中（如 VPC、边缘网络等）服务的健康检查，Nacos 提供了 agent上报模式和服务端主动检测2种健康检查模式。Nacos 还提供了统一的健康检查仪表盘，帮助您根据健康状态管理服务的可用性及流量。

1.3.2 动态配置服务

动态配置服务可以让你以中心化、外部化和动态化的方式管理所有环境的应用配置和服务配置。
动态配置消除了配置变更时重新部署应用和服务的需要，让配置管理变得更加高效和敏捷。
配置中心化管理让实现无状态服务变得更简单，让服务按需弹性扩展变得更容易。
Nacos提供了一个简洁易用的UI (控制台样例 Demo) 帮助您管理所有的服务和应用的配置。Nacos 还提供包括配置版本跟踪、金丝雀发布、一键回滚配置以及客户端配置更新状态跟踪在内的一系列开箱即用的配置管理特性，帮助您更安全地在生产环境中管理配置变更和降低配置变更带来的风险。

1.3.3 动态 DNS 服务

动态DNS 服务支持权重路由，让你更容易地实现中间层负载均衡、更灵活的路由策略、流量控制以及数据中心内网的简单DNS解析服务。动态DNS服务还能让您更容易地实现以DNS协议为基础的服务发现，以帮助你消除耦合到厂商私有服务发现API上的风险。
Nacos 提供了一些简单的 DNS APIs TODO 帮助你管理服务的关联域名和可用的 IP:PORT 列表

小节一下：

Nacos是阿里开源的，支持基于 DNS 和基于 RPC 的服务发现。
Nacos的注册中心支持CP也支持AP，对他来说只是一个命令的切换，随你玩，还支持各种注册中心迁移到Nacos，反正一句话，只要你想要的他就有。
Nacos除了服务的注册发现之外，还支持动态配置服务，一句话概括就是Nacos = Spring Cloud注册中心 + Spring Cloud配置中心

1.3.4 Nacos领域模型划分以及概念详解

在这里插入图片描述

NameSpace(默认的NameSpace是public NameSpace可以进行资源隔离，比如我们dev环境下的NameSpace下的服务是调用不到prod的NameSpace下的微服务)
在这里插入图片描述

1.3.5 服务及其元数据管理

Nacos 能让您从微服务平台建设的视角管理数据中心的所有服务及元数据，包括管理服务的描述、生命周期、服务的静态依赖分析、服务的健康状态、服务的流量管理、路由及安全策略、服务的 SLA 以及最首要的 metrics 统计数据
在这里插入图片描述

关于Nacos数据的存储来说，支持临时也支持持久化。

关于设计来说支持CP也支持AP，对他来说只是一个命令的切换，随你玩，还支持各种注册中心迁移到Nacos，反正一句话，只要你想要的他就有。

1.4 Nacos服务端搭建

1.4.1 加入依赖

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

1.4.2 写注解(也可以不写) @EnableDiscoveryClient

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class Tulingvip01MsAlibabaNacosClientOrderApplication {

public static void main(String[] args) {
 SpringApplication.run(Tulingvip01MsAlibabaNacosClientOrderApplication.class, args);
 }
}

附：
@EnableDiscoveryClient和@EnableEurekaClient

共同点：都是能够让注册中心能够发现，扫描到该服务
不同点：@EnableEurekaClient只适用于Eureka作为注册中心，@EnableDiscoveryClient可以是其他注册中心

1.4.3 配置文件

注意：server-addr：不需要写协议

spring:
  application:
    name: order‐center
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: localhost:8848

登录Nacos看看是否有服务：
在这里插入图片描述

1.4.4 验证服务

验证我们的服务是否注册到我们的nacos上

@Autowired
private DiscoveryClient discoveryClient;

@GetMapping("/getServiceList")
public List<ServiceInstance> getServiceList() {
List<ServiceInstance> serviceInstanceList =
discoveryClient.getInstances("order‐center");
 return serviceInstanceList;
}

1.5 Nacos配置管理

Nacos作为配置，可以做到不用重启服务而动态刷新配置

微服务接入配置中心的步骤

1.5.1 添加依赖

添加依赖包spring-cloud-alibaba-nacos-config

<dependency>
 <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
 <artifactId>spring‐cloud‐alibaba‐nacos‐config</artifactId>
</dependency>

1.5.2 编写精准配置

编写配置文件,需要写一个bootstrap.yml配置文件

配置解释 :

server-addr: localhost:8848 : 表示我微服务怎么去找我的配置中心
spring.application.name=order-center : 表示当前微服务需要向配置中心索要order-center的配置
spring.profiles.active=prod : 表示我需要向配置中心索要order-center的生产环境的配置
索要文件的格式为 : ${application.name}- ${spring.profiles.active}.${file-extension}

spring:
  application:
    name: order‐center
  profiles:
    active: prod
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: localhost:8848
        file‐extension: yml

真正在nacos配置中心上就是 order-center-prod.yml
在这里插入图片描述

1.5.3 通用配置(shared‐dataids)

通用配置指把该配置提取为一个公共配置yml,提供给所有的工程使用
通过shared‐dataids配置，越排到后面的公共配置yml优先级越高

spring:
  application:
    name: order‐center
  profiles:
    active: dev
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: localhost:8848
        file‐extension: yml
        #各个微服务共享的配置,注意越排到后面的公共配置yml优先级越高
		shared‐dataids: common.yml,common2.yml
		#支持动态刷新的配置文件
		refreshable‐dataids: common.yml,common2.yml

配置优先级:

NacosPropertySource {name='order-center-dev.yml'},
NacosPropertySource {name='order-center.yml'},
NacosPropertySource {name='common2.yml'},
NacosPropertySource

1.5.4 通用配置(ext-config)

通过ext-config方式，同样配置到越后面的配置优先级越高
extension-configs是nacos-config的jar包是2.2.6版本的，在此版本中ext-config提示已过时

spring:
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: localhost:8848
        file‐extension: yml
        extension-configs[0]:
          data-id: common3.yml
          group: DEFAULT_GROUP
          refresh: true
        extension-configs[1]:
          data-id: common4.yml
          group: DEFAULT_GROUP
          refresh: true

或者如下：

spring:
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: localhost:8848
        file‐extension: yml
        ext-config:
          - data-id: common3.yml
            group: DEFAULT_GROUP
            refresh: true
          - data-id: common4.yml
            group: DEFAULT_GROUP
            refresh: true

1.5.5 各个配置优先级

精准配置>不同环境的通用配置>不同工程的(ext-config)>不同工程
精准配置 会覆盖与通用配置 相同的配置，然后再和通用配置互补

spring:
  application:
    name: order‐center
  profiles:
    active: dev
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: localhost:8848
        file‐extension: yml
		shared‐dataids: common.yml,common2.yml
		#支持动态刷新的配置文件
		refreshable‐dataids: common.yml,common2.yml
		ext-config:
          - data-id: common3.yml
            group: DEFAULT_GROUP
            refresh: true
          - data-id: common4.yml
            group: DEFAULT_GROUP
            refresh: true

上述配置加载的优先级 :

order-center-dev.yml 精准配置
order-center.yml 同工程不同环境的通用配置
ext-config: 不同工程通用配置
common4.yml
common3.yml
shared-dataids 不同工程通用配置
common2.yml
common.yml

1.6 Nacos集群模式

1.6.1 搭建Nacos集群

我们的nacosserver(搭建三个集群端口分别为8849 ,8850,8851)
在这里插入图片描述
我们以配置一台为例（8849）为例

修改nacos8849/conf文件application.properties，配置数据库链接

spring.datasource.platform=mysql
# 数据库实例数量
db.num=1
//自己数据库的连接信息
 db.url.0=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/nacos_test?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true
db.user=root
db.password=root

创建一个数据库（需要自己创建一个数据库）脚本的位子在nacos/conf/nacos-mysql.sql

修改nacos8849/conf文件把原来的cluster.conf.example改为
cluster.conf文件

文件内容为如下

到此为止nacos8849安装完成了而nacos8850和nacos8851同样安装
修改nacos-server的启动脚本jvm参数

在这里插入图片描述

分别启动 8849 8850 8851
登录后查看集群管理

1.6.2 Nacos集群选举机制

Nacos作为配置中心的功能是基于Raft算法来实现的。

Raft 算法是分布式系统开发首选的共识算法，它通过一切以领导者为准的方式，实现一系列值的共识和各节点日志的一致。

Raft选举过程涉及三种角色和任期（Term）：

Follower：默默地接收和处理来自Leader的消息，当等待Leader心跳信息超时的时候，就主动站出来，推荐自己当Candidate。
Candidate：向其他节点发送投票请求，通知其他节点来投票，如果赢得了大多数（N/2+1）选票，就晋升Leader
Leader：负责处理客户端请求，进行日志复制等操作，每一轮选举的目标就是选出一个领导者；领导者会不断地发送心跳信息，通知其他节点“我是领导者，我还活着，你们不要发起新的选举，不用找个新领导者来替代我。”
Term：这跟民主社会的选举很像，每一届新的履职期称之为一届任期

领导选举过程

在初始时，集群中所有的节点都是Follower状态，都被设定一个随机选举超时时间（一般150ms-300ms）：
如果Follower在规定的超时时间，都没有收到来自Leader的心跳，它就发起选举：将自己的状态切为 Candidate，增加自己的任期编号，然后向集群中的其它Follower节点发送请求，询问其是否选举自己成为Leader：
其他节点收到候选人A的请求投票消息后，如果在编号为1的这届任期内还没有进行过投票，那么它将把选票投给节点A，并增加自己的任期编号：
当收到来自集群中过半节点的接受投票后，A节点即成为本届任期内 Leader，他将周期性地发送心跳消息，通知其他节点我是Leader，阻止Follower发起新的选举：

选举的几种情况 :

第一种情况，赢得选举之后，leader会给所有节点发送消息，避免其他节点触发新的选举
第二种情况，比如有三个节点A B C。A B同时发起选举，而A的选举消息先到达C，C给A投了一票，当B的消息到达C时，已经不能满足上面提到的约束条件，即C不会给B投票，而A和B显然都不会给对方投票。A胜出之后，会给B,C发心跳消息，节点B发现节点A的term不低于自己的term，知道有已经有Leader了，于是转换成follower
第三种情况，没有任何节点获得majority投票，可能是平票的情况。加入总共有四个节点（A/B/C/D），Node C、Node D同时成为了candidate，但Node A投了NodeD一票，NodeB投了Node C一票，这就出现了平票 split vote的情况。这个时候大家都在等啊等，直到超时后重新发起选举。如果出现平票的情况，那么就延长了系统不可用的时间,因此raft引入了 randomizedelection timeouts来尽量避免平票情况

1.6.3 Raft 选举机制

Kafka 和 ES集群选举机制也用到了Raft选举算法，Kafka 选主指的是选 Broker 中的 Controller，而 ES 选主指的是选取集群中的 Master，它们两个的关联是 Kafka 新版本（2.8 之后）和 ES 新版本（7.0 之后），它们的选主策略都是基于 Raft 算法实现的。

1.6.3.1 什么是Raft算法

Raft 算法是一种分布式一致性算法，主要用于在分布式系统中实现数据副本的一致性。该算法是 Paxos 算法的工程实现，其主要特点是通过较为简单的算法实现分布式系统的数据一致性和高可用。

Raft 算法的核心是通过选举投票，少数人服从多数人的原则（投票过半原则），如果有一半以上的人投票给某个节点作为 Leader，那么它就是新的 Leader。

在 Raft 算法中，分布式系统中的所有节点被划分为三种角色：领导者（Leader）、追随者（Follower）和候选人（Candidate），这三者身份的转换如下：

leader -> follower：倘若 leader 发现当前系统中出现了更大的任期，则会进行禅让，主动退位成 follower。这里 leader 发现更大任期的方式包括：
- 向 follower 提交日志同步请求时，从 follower 的响应参数中获得。
- 收到了来自新任 leader 的心跳或者同步日志请求。
- 收到了任期更大的 candidate 的拉票请求。
follower -> candidate：leader 需要定期向 follower 发送心跳，告知自己仍健在的消息。倘若 follower 超过一定时长没收到 leader 心跳时，会将状态切换为 candidate，在当前任期的基础上加 1 作为竞选任期，发起竞选尝试补位。
candidate -> follower：candidate 参与竞选过程中，出现以下两种情形时会退回 follower：
- 多数派投了反对票
- 竞选期间，收到了任期大于等于自身竞选任期的 leader 传来的请求
candidate -> leader：candidate 竞选时，倘若多数派投了赞同票，则切换为 leader。
candidate -> candidate：candidate 的竞选流程有一个时间阈值，倘若超时仍未形成有效结论（多数派赞同或拒绝），则会维持 candidate 身份，将竞选任期加1，发起新一轮竞选。

1.6.3.2 Raft选举流程

Raft 算法的选举流程如下图所示：图片它的投票流程有三种：
在这里插入图片描述

竞选者投票给原 leader：
- 倘若该任期小于自身，拒绝，并回复自己的最新任期。
- 倘若该任期大于自身，退位为 follower，按照 follower 的模式处理该请求。
竞选者投票给 follower：
- 倘若任期落后于自己，拒绝请求，并回复自己所在的任期。
- 倘若任期大于自己，判断最后的同步日志是否够新，如果比自己新就把这一票投给竞选者，如果没有自己新则拒绝。
竞选者投票给 candidate：
- 倘若 leader 任期大于等于自己，同意此次投票，并退回 follower，按照 follower 模式处理请求。
- 如果 leader 任期小于自己，拒绝，并回复自己的最新任期。

每个竞选者根据以上投票来决定新的 leader，如果有一个投票过半，那么它就升级为新的 leader，并把这个消息同步给其他节点。否则会开启新的一轮投票，为了防止一直投票，会在开启新一轮投票时，设置的随机等待时间，和一定次数投票失败后弃权的机制，来保证投票顺利完成。

posted @ 2022-05-13 17:27 上善若泪阅读(543) 评论(0) 编辑收藏举报

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