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小白也能懂的 Nacos 服务模型介绍

前言

按照目前市场上的主流使用场景,Nacos 被分成了两块功能:服务注册发现(Naming)和配置中心(Config)。在之前的文章中我介绍了 Nacos 配置中心的实现原理,今天这篇文章所介绍的内容则是与 Nacos 服务注册发现功能相关,来聊一聊 Nacos 的服务模型。

说到服务模型,其实需要区分视角,一是用户视角,一个内核视角。即 Nacos 用户视角看到的服务模型和 Nacos 开发者设计的内核模型可能是完全不一样的,而今天的文章,是站在用户视角观察的,旨在探讨 Nacos 服务发现的最佳实践。

服务模型介绍

一般我在聊注册中心时,都会以 Zookeeper 为引子,这也是很多人最熟悉的注册中心。但如果你真的写过或看过使用 Zookeeper 作为注册中心的适配代码,会发现并不是那么容易,再加上注册中心涉及到的一致性原理,这就导致很多人对注册中心的第一印象是:这个东西好难!但归根到底是因为 Zookeeper 根本不是专门为注册中心而设计的,其提供的 API 以及内核设计,并没有预留出「服务模型」的概念,这就使得开发者需要自行设计一个模型,去填补 Zookeeper 和服务发现之间的鸿沟。

微服务架构逐渐深入人心后,Nacos、Consul、Eureka 等注册中心组件进入大众的视线。可以发现,这些”真正“的注册中心都有各自的「服务模型」,在使用上也更加的方便。

为什么要有「服务模型」?理论上,一个基础组件可以被塑造成任意的模样,如果你愿意,一个数据库也可以被设计成注册中心,这并不是”夸张“的修辞手法,在阿里还真有人这么干过。那么代价是什么呢?一定会在业务发展到一定体量后遇到瓶颈,一定会遇到某些极端 case 导致其无法正常工作,一定会导致其扩展性低下。正如刚学习数据结构时,同学们常见的一个疑问一样:为什么栈只能先进后出。不是所有开发都是中间件专家,所以 Nacos 设计了自己的「服务模型」,这虽然限制了使用者的”想象力“,但保障了使用者在正确地使用 Nacos。

花了一定的篇幅介绍 Nacos 为什么需要设计「服务模型」,再来看看实际的 Nacos 模型是个啥,其实没那么玄乎,一张图就能表达清楚:

服务模型

与 Consul、Eureka 设计有别,Nacos 服务发现使用的领域模型是命名空间-分组-服务-集群-实例这样的多层结构。服务 Service 和实例 Instance 是核心模型,命名空间 Namespace 、分组 Group、集群 Cluster 则是在不同粒度实现了服务的隔离。

为了更好的理解两个核心模型:Service 和 Instance,我们以 Dubbo 和 SpringCloud 这两个已经适配了 Nacos 注册中心的微服务框架为例,介绍下二者是如何映射对应模型的。

  • Dubbo。将接口三元组(接口名+分组名+版本号)映射为 Service,将实例 IP 和端口号定义为 Instance。一个典型的注册在 Nacos 中的 Dubbo 服务:providers:com.alibaba.mse.EchoService:1.0.0:DUBBO
  • Spring Cloud。将应用名映射为 Service,将实例 IP 和端口号定义为 Instance。一个典型的注册在 Nacos 中的 Spring Cloud 服务:helloApp

下面我们将会更加详细地阐释 Nacos 提供的 API 和服务模型之间的关系。

环境准备

需要部署一个 Nacos Server 用于测试,我这里选择直接在 https://mse.console.aliyun.com/ 购买一个 MSE 托管的 Nacos,读者们可以选择购买 MSE Nacos 或者自行搭建一个 Nacos Server。

MSE Nacos

MSE Nacos 提供的可视化控制台,也可以帮助我们更好的理解 Nacos 的服务模型。下文的一些截图,均来自 MSE Nacos 的商业化控制台。

快速开始

先来实现一个最简单的服务注册与发现 demo。Nacos 支持从客户端注册服务实例和订阅服务,具体代码如下:

Properties properties = new Properties();
properties.setProperty(PropertyKeyConst.SERVER_ADDR, "mse-xxxx-p.nacos-ans.mse.aliyuncs.com:8848");

String serviceName = "nacos.test.service.1";
String instanceIp = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
int instancePort = 8080;

namingService.registerInstance(serviceName, instanceIp, instancePort);

System.out.println(namingService.getAllInstances(serviceName));

上述代码定义了一个 service:nacos.test.service.1;定义了一个 instance,以本机 host 为 IP 和 8080 为端口号,观察实际的注册情况:

服务信息

实例信息

并且控制台也打印出了服务的详情。至此一个最简单的 Nacos 服务发现 demo 就已经完成了。对一些细节稍作解释:

  • 属性 PropertyKeyConst.SERVER_ADDR 表示的是 Nacos 服务端的地址。
  • 创建一个 NamingService 实例,客户端将为该实例创建单独的资源空间,包括缓存、线程池以及配置等。Nacos 客户端没有对该实例做单例的限制,请小心维护这个实例,以防新建多于预期的实例。
  • 注册服务 registerInstance 使用了最简单的重载方法,只需要传入服务名、IP、端口就可以。

上述的例子中,并没有出现 Namespace、Group、Cluster 等前文提及的服务模型,我会在下面一节详细介绍,这个例子主要是为了演示 Nacos 支持的一些缺省配置,其中 Service 和 Instance 是必不可少的,这也验证了前文提到的服务和实例是 Nacos 的一等公民。

通过截图我们可以发现缺省配置的默认值:

  • Namespace:默认值是 public 或者空字符串,都可以代表默认命名空间。
  • Group:默认值是 DEFAULT_GROUP。
  • Cluster:默认值是 DEFAULT。

构建自定义实例

为了展现出 Nacos 服务模型的全貌,还需要介绍下实例相关的 API。例如我们希望注册的实例中,有一些能够被分配更多的流量;或者能够传入一些实例的元信息存储到 Nacos 服务端,例如 IP 所属的应用或者所在的机房,这样在客户端可以根据服务下挂载的实例元信息,来自定义负载均衡模式。Nacos 也提供了另外的注册实例接口,使得用户在注册实例时可以指定实例的属性:

/**
 * register a instance to service with specified instance properties.
 *
 * @param serviceName name of service
 * @param groupName   group of service
 * @param instance    instance to register
 * @throws NacosException nacos exception
 */
void registerInstance(String serviceName, String groupName, Instance instance) throws NacosException;

这个方法在注册实例时,可以传入一个 Instance 实例,它的属性如下:

public class Instance {
    
    /**
     * unique id of this instance.
     */
    private String instanceId;
    
    /**
     * instance ip.
     */
    private String ip;
    
    /**
     * instance port.
     */
    private int port;
    
    /**
     * instance weight.
     */
    private double weight = 1.0D;
    
    /**
     * instance health status.
     */
    private boolean healthy = true;
    
    /**
     * If instance is enabled to accept request.
     */
    private boolean enabled = true;
    
    /**
     * If instance is ephemeral.
     *
     * @since 1.0.0
     */
    private boolean ephemeral = true;
    
    /**
     * cluster information of instance.
     */
    private String clusterName;
    
    /**
     * Service information of instance.
     */
    private String serviceName;
    
    /**
     * user extended attributes.
     */
    private Map<String, String> metadata = new HashMap<String, String>();
}

有一些字段可以望文生义,有一些则需要花些功夫专门去了解 Nacos 的设计,我这里挑选几个我认为重要的属性重点介绍下:

  • healthy 实例健康状态。标识该实例是否健康,一般心跳健康检查会自动更新该字段。
  • enable 是否启用。它跟 healthy 区别在于,healthy 一般是由内核健康检查更新,而 enable 更多是业务语义偏多,可以完全根据业务场景操控。例如在 Dubbo 中,一般使用该字段标识某个实例 IP 的上下线状态。
  • ephemeral 临时实例还是持久化实例。非常关键的一个字段,需要对 Nacos 有较为深入的了解才能够理解该字段的含义。区别在于,心跳检测失败一定时间之后,实例是自动下线还是标记为不健康。一般在注册中心场景下,会使用临时实例。这样心跳检测失败之后,可以让消费者及时收到下线通知;而在 DNS 模式下,使用持久化实例较多。在《一文详解 Nacos 高可用特性》中我也介绍过,该字段还会影响到 Nacos 的一致性协议。
  • metadata 元数据。一个 map 结构,可以存储实例的自定义扩展信息,例如机房信息,路由标签,应用信息,权重信息等。

这些信息在由服务提供者上报之后,由服务消费者获取,从而完成信息的传递。以下是一个完整的实例注册演示代码:

Properties properties = new Properties();
// 指定 Nacos Server 地址
properties.setProperty(PropertyKeyConst.SERVER_ADDR, "mse-xxxx-p.nacos-ans.mse.aliyuncs.com:8848");
// 指定命名空间
properties.setProperty(PropertyKeyConst.NAMESPACE, "9125571e-bf50-4260-9be5-18a3b2e3605b");

NamingService namingService = NacosFactory.createNamingService(properties);
String serviceName = "nacos.test.service.1";
String group = "DEFAULT_GROUP";
String clusterName = "cn-hangzhou";
String instanceIp = InetAddress.getLocalHost().getHostAddress();
int instancePort = 8080;
Instance instance = new Instance();
// 指定集群名
instance.setClusterName(clusterName);
instance.setIp(instanceIp);
instance.setPort(instancePort);
// 指定实例的元数据
Map<String, String> metadata = new HashMap<>();
metadata.put("app", "nacos-demo");
metadata.put("site", "cn-hangzhou");
metadata.put("protocol", "1.3.3");
instance.setMetadata(metadata);
// 指定服务名、分组和实例
namingService.registerInstance(serviceName, group, instance);

System.out.println(namingService.getAllInstances(serviceName));

服务信息

实例信息

构建自定义服务

除了实例之外,服务也可以自定义配置,Nacos 的服务随着实例的注册而存在,并随着所有实例的注销而消亡。不过目前 Nacos 对于自定义服务的支持不是很友好,除使用 OpenApi 可以修改服务的属性外,就只能使用注册实例时传入的服务属性来进行自定义配置。所以在实际的 Dubbo 和 SpringCloud 中,自定义服务一般较少使用,而自定义实例信息则相对常用。

Nacos 的服务与 Consul、Eureka 的模型都不同,Consul 与 Eureka的服务等同于 Nacos 的实例,每个实例有一个服务名属性,服务本身并不是一个单独的模型。Nacos 的设计在我看来更为合理,其认为服务本身也是具有数据存储需求的,例如作用于服务下所有实例的配置、权限控制等。实例的属性应当继承自服务的属性,实例级别可以覆盖服务级别。以下是服务的数据结构:

/**
     * Service name
     */
    private String name;

    /**
     * Protect threshold
     */
    private float protectThreshold = 0.0F;

    /**
     * Application name of this service
     */
    private String app;

    /**
     * Service group which is meant to classify services into different sets.
     */
    private String group;

    /**
     * Health check mode.
     */
    private String healthCheckMode;

    private Map<String, String> metadata = new HashMap<String, String>();

在实际使用过程中,可以像快速开始章节中介绍的那样,仅仅使用 ServiceName 标记一个服务。

服务隔离:Namespace&Group&Cluster

出于篇幅考虑,这三个概念放到一起介绍。

襄王有意,神女无心。Nacos 提出了这几种隔离策略,目前看来只有 Namespace 在实际应用中使用较多,而 Group 和 Cluster 并没有被当回事。

Cluster 集群隔离在阿里巴巴内部使用的非常普遍。一个典型的场景是这个服务下的实例,需要配置多种健康检查方式,有一些实例使用 TCP 的健康检查方式,另外一些使用 HTTP 的健康检查方式。另一个场景是,服务下挂载的机器分属不同的环境,希望能够在某些情况下将某个环境的流量全部切走,这样可以通过集群隔离,来做到一次性切流。在 Nacos 2.0 中,也在有意的弱化集群的概念,毕竟开源还是要面向用户的,有些东西适合阿里,但不一定适合开源,等再往后演进,集群这个概念又有可能重新回到大家的视线中了,history will repeat itself。

Group 分组隔离的概念可以参考 Dubbo 的服务隔离策略,其也有一个分组。支持分组的扩展,用意当然是好的,实际使用上,也的确有一些公司会习惯使用分组来进行隔离。需要注意的一点是:Dubbo 注册三元组(接口名+分组+版本)时,其中 Dubbo 的分组是包含在 Nacos 的服务名中的,并不是映射成了 Nacos 的分组,一般 Nacos 注册的服务是默认注册到 DEFAULT_GROUP 分组的。

Namespace 命名空间隔离,我认为是 Nacos 一个比较好的设计。在实际场景中使用也比较普遍,一般用于多个环境的隔离,例如 daily,dev,test,uat,prod 等环境的隔离。特别是当环境非常多时,使用命名空间做逻辑隔离是一个比较节约成本的策略。但强烈建议大家仅仅在非线上环境使用 Namespace 进行隔离,例如多套测试环境可以共享一套 Nacos,而线上环境单独搭建另一套 Nacos 集群,以免线下测试流量干扰到线上环境。

服务发现:推拉模型

上面介绍完了 Nacos 服务发现的 5 大领域模型,最后一节,介绍下如何获取服务模型。

Nacos 的服务发现,有主动拉取和推送两种模式,这与一般的服务发现架构相同。以下是拉模型的相关接口:

/**
 * Get all instances of a service
 *
 * @param serviceName name of service
 * @return A list of instance
 * @throws NacosException
 */
List<Instance> getAllInstances(String serviceName) throws NacosException;

/**
 * Get qualified instances of service
 *
 * @param serviceName name of service
 * @param healthy     a flag to indicate returning healthy or unhealthy instances
 * @return A qualified list of instance
 * @throws NacosException
 */
List<Instance> selectInstances(String serviceName, boolean healthy) throws NacosException;

/**
 * Select one healthy instance of service using predefined load balance strategy
 *
 * @param serviceName name of service
 * @return qualified instance
 * @throws NacosException
 */
Instance selectOneHealthyInstance(String serviceName) throws NacosException;

Nacos 提供了三个同步拉取服务的方法,一个是查询所有注册的实例,一个是只查询健康且上线的实例,还有一个是获取一个健康且上线的实例。一般情况下,订阅端并不关心不健康的实例或者权重设为 0 的实例,但是也不排除一些场景下,有一些运维或者管理的场景需要拿到所有的实例。细心的读者会注意到上述 Nacos 实例中有一个 weight 字段,便是作用在此处的selectOneHealthyInstance接口上,按照权重返回一个健康的实例。个人认为这个功能相对鸡肋,一般的 RPC 框架都有自身配套的负载均衡策略,很少会由注册中心 cover,事实上 Dubbo 和 Spring Cloud 都没有用到 Nacos 的这个接口。

除了主动查询实例列表,Nacos还提供订阅模式来感知服务下实例列表的变化,包括服务配置或者实例配置的变化。可以使用下面的接口来进行订阅或者取消订阅:

/**
 * Subscribe service to receive events of instances alteration
 *
 * @param serviceName name of service
 * @param listener    event listener
 * @throws NacosException
 */
void subscribe(String serviceName, EventListener listener) throws NacosException;
/**
 * Unsubscribe event listener of service
 *
 * @param serviceName name of service
 * @param listener    event listener
 * @throws NacosException
 */
void unsubscribe(String serviceName, EventListener listener) throws NacosException;

在实际的服务发现中,订阅接口尤为重要。消费者启动时,一般会同步获取一次服务信息用于初始化,紧接着订阅服务,这样当服务发生上下线时,就可以感知变化了,从而实现服务发现。

总结

Nacos 为了更好的实现服务发现,提供一套成熟的服务模型,其中重点需要关注的是 Namespace、Service 和 Instance,得益于这一套服务模型的抽象,以及对推拉模型的支持,Nacos 可以快速被微服务框架集成。

理解了 Nacos 的服务模型,也有利于我们了解 Nacos 背后的工作原理,从而确保我们正确地使用 Nacos。但 Nacos 提供的这些模型也不一定所有都需要用上,例如集群、分组、权重等概念,被实践证明是相对鸡肋的设计,在使用时,也需要根据自身业务特点去评估特性用量,不要盲目地为了使用技术而去用。

- END -

本文分享自微信公众号 - Kirito的技术分享(cnkirito),作者:kiritomoe

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原始发表时间:2021-03-14

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