高并发系统设计（十九）【注册中心】：微服务架构结合RPC框架如何做到分布式系统寻址？

通过RPC框架，能够解决服务之间，跨网络通信的问题，这就完成了微服务化改造的基础。
但是在服务拆分之后，需要维护更多的细粒度的服务，面对的第一个问题就是，如何让RPC客户端知道服务端部署的地址，服务注册与发现的问题。

你所知道的服务发现
服务注册和发现不是一个新的概念，比如说，Nginx是一个反向代理组件，那么Nginx需要知道，应用服务器的地址是什么，这样才能够将流量透传到应用服务器上，这就是服务发现的过程。

那么Nginx是怎么实现的呢？它是把应用服务器的地址配置在了文件中。
这固然是一种解决的思路，实际上，RPC服务端的地址，就是配置在了客户端的代码中，不过，这样做之后出现了几个问题：

• 首先在紧急扩容的时候，就需要修改客户端配置后，重启所有的客户端进程，操作时间比较长；
• 其次，一旦某一个服务器出现故障时，也需要修改所有客户端配置后重启，无法快速修复，更无法做到自动恢复；
• 最后，RPC服务端上线无法做到提前摘除流量，这样在重启服务端的时候，客户端发往被重启服务端的请求还没有返回，会造成慢请求甚至请求失败。

因此，考虑使用注册中心来解决这些问题
目前业界有很多可供你来选择的注册中心组件，比如说老派的ZooKeeper，Kubernetes使用的ETCD，阿里的微服务注册中心Nacos，Spring Cloud的Eureka等等。
这些注册中心的基本功能有两点：

• 其一是提供了服务地址的存储；
• 其二是当存储内容发生变化时，可以将变更的内容推送给客户端。

第二个功能是使用注册中心的主要原因。因为无论是需要紧急扩容，还是在服务器发生故障时，需要快速摘除节点，都不用重启服务器就可以实现了。使用了注册中心组件之后，RPC的通信过程就变成了下面这个样子：

 

 

从图中可以看到一个完整的，服务注册和发现的过程：

• 客户端会与注册中心建立连接，并且告诉注册中心，它对哪一组服务感兴趣；
• 服务端向注册中心注册服务后，注册中心会将最新的服务注册信息通知给客户端；
• 客户端拿到服务端的地址之后就可以向服务端发起调用请求了。

从这个过程中可以看出，有了注册中心之后，服务节点的增加和减少对于客户端就是透明的。这样，除了可以实现不重启客户端，就能动态地变更服务节点以外，还可以实现优雅关闭的功能。

优雅关闭是你在系统研发过程中，必须要考虑的问题。因为如果暴力地停止服务，那么已经发送给服务端的请求，来不及处理服务就被杀掉了，就会造成这部分请求失败，服务就会有波动。所以，服务在退出的时候，都需要先停掉流量，再停止服务，这样服务的关闭才会更平滑，比如说，消息队列处理器就是要将所有，已经从消息队列中读出的消息，处理完之后才能退出。

对于RPC服务来说，可以先将RPC服务从注册中心的服务列表中删除掉，然后观察RPC服务端没有流量之后，再将服务端停掉。有了优雅关闭，RPC服务端再重启的时候，会减少对客户端的影响。
在这个过程中，服务的上线和下线是由服务端主动向注册中心注册、和取消注册来实现的，这在正常的流程中是没有问题的。但如果某一个服务端意外故障，比如说机器掉电，网络不通等情况，服务端就没有办法向注册中心通信，将自己从服务列表中删除，那么客户端也就不会得到通知，它就会继续向一个故障的服务端发起请求，也就会有错误发生了。那这种情况如何来避免呢？其实，这种情况是一个服务状态管理的问题。

服务状态管理如何来做
针对上面我提到的问题，一般会有两种解决思路。
第一种思路是主动探测，方法是这样的：
RPC服务要打开一个端口，然后由注册中心每隔一段时间（比如30秒）探测这些端口是否可用，如果可用就认为服务仍然是正常的，否则就可以认为服务不可用，那么注册中心就可以把服务从列表里面删除了。

 

 

微博早期的注册中心就是采用这种方式，但是后面出现的两个问题，不得不对它做改造。
第一个问题是：所有的RPC服务端都需要，开放一个统一的端口给注册中心探测，那时候还没有容器化，一台物理机上会混合部署很多的服务，需要开放的端口很可能已经被占用，这样会造成RPC服务启动失败。
还有一个问题是：如果RPC服务端部署的实例比较多，那么每次探测的成本也会比较高，探测的时间也比较长，这样当一个服务不可用时，可能会有一段时间的延迟，才会被注册中心探测到。
因此，后面把它改造成了心跳模式。

这也是大部分注册中心提供的，检测连接上来的RPC服务端是否存活的方式，比如Eureka、ZooKeeper，在我来看，这种心跳机制可以这样实现：
注册中心为每一个连接上来的RPC服务节点，记录最近续约的时间，RPC服务节点在启动注册到注册中心后，就按照一定的时间间隔（比如30秒），向注册中心发送心跳包。注册中心在接受到心跳包之后，会更新这个节点的最近续约时间。然后，注册中心会启动一个定时器，定期检测当前时间和节点，最近续约时间的差值，如果达到一个阈值（比如说90秒），那么认为这个服务节点不可用。

在实际的使用中，心跳机制相比主动探测的机制，适用范围更广，如果你的服务也需要检测是否存活，那么也可以考虑使用心跳机制来检测。

注册中心增加保护的策略：如果摘除的节点占到了服务集群节点数的40%，就停止摘除服务节点，并且给服务的开发同学和，运维同学报警处理（这个阈值百分比可以调整，保证了一定的灵活性）。