SpringCloudAlibaba入门系列(3) - 服务治理组件Nacos

摘要：服务治理组件Nacos的介绍及应用，它包括了服务注册中心(discovery)和服务配置中心(config)。

3.1 服务治理介绍

先来思考一个问题

通过上一章的操作，我们已经可以实现微服务之间的调用。但是我们把服务提供者的网络地址（ip，端口）等硬编码到了代码中，这种做法存在许多问题：

• 一旦服务提供者地址变化，就需要手工修改代码
• 一旦是多个服务提供者，无法实现负载均衡功能
• 一旦服务变得越来越多，人工维护调用关系困难

那么应该怎么解决呢， 这时候就需要通过注册中心动态的实现服务治理。

什么是服务治理

服务治理是微服务架构中最核心最基本的模块。用于实现各个微服务的自动化注册与发现。

• 服务注册：在服务治理框架中，都会构建一个注册中心，每个服务单元向注册中心登记自己提供服务的详细信息。并在注册中心形成一张服务的清单，服务注册中心需要以心跳的方式去监测清单中的服务是否可用，如果不可用，需要在服务清单中剔除不可用的服务。
• 服务发现：服务调用方向服务注册中心咨询服务，并获取所有服务的实例清单，实现对具体服务实例的访问。

通过上面的调用图会发现，除了微服务，还有一个组件是服务注册中心，它是微服务架构非常重要的一个组件，在微服务架构里主要起到了协调者的一个作用。注册中心一般包含如下几个功能：

1. 服务发现：

   • 服务注册：保存服务提供者和服务调用者的信息
   • 服务订阅：服务调用者订阅服务提供者的信息，注册中心向订阅者推送提供者的信息

2. 服务配置：

• 配置订阅：服务提供者和服务调用者订阅微服务相关的配置
• 配置下发：主动将配置推送给服务提供者和服务调用者

1. 服务健康检测
   • 检测服务提供者的健康情况，如果发现异常，执行服务剔除

常见的注册中心

• Zookeeper

  zookeeper是一个分布式服务框架，是Apache Hadoop 的一个子项目，它主要是用来解决分布式应用中经常遇到的一些数据管理问题，如：统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用配置项的管理等。

• Eureka

  Eureka是Springcloud Netflix中的重要组件，主要作用就是做服务注册和发现。但是现在已经闭源

• Consul

  Consul是基于GO语言开发的开源工具，主要面向分布式，服务化的系统提供服务注册、服务发现 和配置管理的功能。Consul的功能都很实用，其中包括：服务注册/发现、健康检查、Key/Value 存储、多数据中心和分布式一致性保证等特性。Consul本身只是一个二进制的可执行文件，所以 安装和部署都非常简单，只需要从官网下载后，在执行对应的启动脚本即可。

• Nacos

  Nacos是一个更易于构建云原生应用的动态服务发现、配置管理和服务管理平台。它是 SpringCloud Alibaba 组件之一，负责服务注册发现和服务配置，可以这样认为nacos=eureka+config。

3.2 nacos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。
从上面的介绍就可以看出，nacos的作用就是一个注册中心，用来管理注册上来的各个微服务。

3.3 nacos实战入门

接下来，我们就在现有的环境中加入nacos，并将我们的两个微服务注册上去。

3.3.1 搭建nacos环境

第1步: 安装nacos

下载地址: https://github.com/alibaba/nacos/releases
下载zip格式的安装包，然后进行解压缩操作

第2步: 启动nacos

#切换目录
cd nacos/bin
#命令启动
startup.cmd -m standalone

第3步: 访问nacos

打开浏览器输入http://localhost:8848/nacos，即可访问服务， 默认账号和密码是nacos/nacos

3.3.2 将商品微服务注册到nacos

接下来开始修改shop-product 模块的代码， 将其注册到nacos服务上

1 在pom.xml中添加nacos的依赖

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

2 在主类上添加@EnableDiscoveryClient注解

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class ProductApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ProductApplication.class, args);
    }
}

3 在application.yml中添加nacos服务的地址

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

4 启动服务， 观察nacos的控制面板中是否有注册上来的商品微服务

3.3.3 将订单微服务注册到nacos

接下来开始修改shop_order 模块的代码， 将其注册到nacos服务上

1 在pom.xml中添加nacos的依赖

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

2 在主类上添加@EnableDiscoveryClient注解

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class OrderApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(OrderApplication.class, args);
    }
    
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate(){
        return new RestTemplate();
    }
}

3 在application.yml中添加nacos服务的地址

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

4 修改OrderController， 实现微服务调用

@RestController
@Slf4j
public class OrderController {
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;
    
    @Autowired
    private OrderService orderService;

    @Autowired
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    @RequestMapping("/order/prod/{pid}")
    public Order order(@PathVariable("pid") Integer pid) {
        log.info("接收到{}号商品的下单请求，接下来调用商品微服务查询此商品信息", pid);

        ServiceInstance serviceInstance=discoveryClient.getInstances("service-product").get(0);
        
        String url = serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort();
		log.info(">>从nacos中获取到的微服务地址为:" + url);
        
        Product product = restTemplate.getForObject("http://" + url + "/product/" + pid, Product.class);
        log.info("查询到{}号商品的信息，内容是{}", pid, JSON.toJSONString(product));

        Order order = new Order();
        order.setUid(1);
        order.setUsername("测试用户");
        order.setPid(product.getPid());
        order.setPname(product.getPname());
        order.setPprice(product.getPprice());
        order.setNumber(1);

        orderService.createOrder(order);
        log.info("创建订单成功，订单信息为{}", JSON.toJSONString(order));

        return order;
    }
}

DiscoveryClient是专门负责服务注册和发现的，我们可以通过它获取到注册到注册中心的所有服务

5 启动服务， 观察nacos的控制面板中是否有注册上来的订单微服务，然后通过访问消费者服务验证调用是否成功

3.4 实现服务调用的负载均衡

3.4.1 什么是负载均衡

通俗的讲， 负载均衡就是将负载（工作任务，访问请求）进行分摊到多个操作单元（服务器,组件）上进行执行。
根据负载均衡发生位置的不同,一般分为服务端负载均衡和客户端负载均衡。
服务端负载均衡指的是发生在服务提供者一方,比如常见的nginx负载均衡。
而客户端负载均衡指的是发生在服务请求的一方，也就是在发送请求之前已经选好了由哪个实例处理请求。

我们在微服务调用关系中一般会选择客户端负载均衡，也就是在服务调用的一方来决定服务由哪个提供者执行。

3.4.2 自定义实现负载均衡

1 通过idea再启动一个shop-product 微服务，设置其端口为8082

2 通过nacos查看微服务的启动情况

3 修改shop-order 的代码，实现负载均衡

@RestController
@Slf4j
public class OrderController {
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;
    
    @Autowired
    private OrderService orderService;

    @Autowired
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    @RequestMapping("/order/prod/{pid}")
    public Order order(@PathVariable("pid") Integer pid) {
        log.info("接收到{}号商品的下单请求，接下来调用商品微服务查询此商品信息", pid);

        //从nacos中获取服务地址
		//自定义规则实现随机挑选服务
        List<ServiceInstance> instances = discoveryClient.getInstances("serviceproduct");
        int index=new Random().nextInt(instances.size());
        ServiceInstance serviceInstance=instances.get(index);
        
        String url = serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort();
		log.info(">>从nacos中获取到的微服务地址为:" + url);
        
        Product product = restTemplate.getForObject("http://" + url + "/product/" + pid, Product.class);
        log.info("查询到{}号商品的信息，内容是{}", pid, JSON.toJSONString(product));

        Order order = new Order();
        order.setUid(1);
        order.setUsername("测试用户");
        order.setPid(product.getPid());
        order.setPname(product.getPname());
        order.setPprice(product.getPprice());
        order.setNumber(1);

        orderService.createOrder(order);
        log.info("创建订单成功，订单信息为{}", JSON.toJSONString(order));

        return order;
    }
}

4 启动两个服务提供者和一个服务消费者，多访问几次消费者测试效果

3.4.3 基于Ribbon实现负载均衡

Ribbon是Spring Cloud的一个组件， 它可以让我们使用一个注解就能轻松的搞定负载均衡

1 在RestTemplate 的生成方法上添加@LoadBalanced注解

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

2 修改服务调用的方法

@RestController
@Slf4j
public class OrderController {
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;
    
    @Autowired
    private OrderService orderService;

    @RequestMapping("/order/prod/{pid}")
    public Order order(@PathVariable("pid") Integer pid) {
        log.info("接收到{}号商品的下单请求，接下来调用商品微服务查询此商品信息", pid);

        //直接使用微服务名字， 从nacos中获取服务地址
        String url = "service-product";
        
        //通过restTemplate调用商品微服务
        Product product = restTemplate.getForObject("http://" + url + "/product/" + pid, Product.class);
        log.info("查询到{}号商品的信息，内容是{}", pid, JSON.toJSONString(product));

        Order order = new Order();
        order.setUid(1);
        order.setUsername("测试用户");
        order.setPid(product.getPid());
        order.setPname(product.getPname());
        order.setPprice(product.getPprice());
        order.setNumber(1);

        orderService.createOrder(order);
        log.info("创建订单成功，订单信息为{}", JSON.toJSONString(order));

        return order;
    }
}

Ribbon支持的负载均衡策略

Ribbon内置了多种负载均衡策略,内部负载均衡的顶级接口为com.netflix.loadbalancer.IRule , 具体的负载策略如下图所示:

策略名	策略描述	实现说明
BestAvailableRule	选择一个最小的并发请求的server	逐个考察Server，如果Server被tripped了，则忽略，在选择其中ActiveRequestsCount最小的server
AvailabilityFilteringRule	过滤掉那些因为一直连接失败的被标记为circuit tripped的后端server，并过滤掉那些高并发的后端server（active connections 超过配置的阈值）	使用一个AvailabilityPredicate来包含过滤server的逻辑，其实就就是检查status里记录的各个server的运行状态
WeightedResponseTimeRule	根据相应时间分配一个weight，相应时间越长，weight越小，被选中的可能性越低。	一个后台线程定期的从status里面读取评价响应时间，为每个server计算一个weight。Weight的计算也比较简单responsetime 减去每个server自己平均的responsetime是server的权重。当刚开始运行，没有形成statas时，使用roubine策略选择server。
RetryRule	对选定的负载均衡策略机上重试机制。	在一个配置时间段内当选择server不成功，则一直尝试使用subRule的方式选择一个可用的server
RoundRobinRule	轮询方式轮询选择server	轮询index，选择index对应位置的server
RandomRule	随机选择一个server	在index上随机，选择index对应位置的server
ZoneAvoidanceRule	复合判断server所在区域的性能和server的可用性选择server	使用ZoneAvoidancePredicate和AvailabilityPredicate来判断是否选择某个server，前一个判断判定一个zone的运行性能是否可用，剔除不可用的zone（的所有server），AvailabilityPredicate用于过滤掉连接数过多的Server。

我们可以通过修改配置来调整Ribbon的负载均衡策略，具体代码如下:

service-product: # 调用的提供者的名称
  ribbon:
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule

3.5 服务配置中心介绍

首先我们来看一下,微服务架构下关于配置文件的一些问题：

1. 配置文件相对分散。在一个微服务架构下，配置文件会随着微服务的增多变的越来越多，而且分散在各个微服务中，不好统一配置和管理。
2. 配置文件无法区分环境。微服务项目可能会有多个环境，例如：测试环境、预发布环境、生产环境。每一个环境所使用的配置理论上都是不同的，一旦需要修改，就需要我们去各个微服务下手动维护，这比较困难。
3. 配置文件无法实时更新。我们修改了配置文件之后，必须重新启动微服务才能使配置生效，这对一个正在运行的项目来说是非常不友好的。

基于上面这些问题，我们就需要配置中心的加入来解决这些问题。

配置中心的思路是：

• 首先把项目中各种配置全部都放到一个集中的地方进行统一管理，并提供一套标准的接口。
• 当各个服务需要获取配置的时候，就来配置中心的接口拉取自己的配置。
• 当配置中心中的各种参数有更新的时候，也能通知到各个服务实时的过来同步最新的信息，使之动态更新。

当加入了服务配置中心之后，我们的系统架构图会变成下面这样：

在业界常见的服务配置中心，有下面这些：

• Apollo

  Apollo是由携程开源的分布式配置中心。特点有很多，比如：配置更新之后可以实时生效，支持灰 度发布功能，并且能对所有的配置进行版本管理、操作审计等功能，提供开放平台API。并且资料 也写的很详细。

• Disconf
  Disconf是由百度开源的分布式配置中心。它是基于Zookeeper来实现配置变更后实时通知和生效的。

• SpringCloud Config
  这是Spring Cloud中带的配置中心组件。它和Spring是无缝集成，使用起来非常方便，并且它的配 置存储支持Git。不过它没有可视化的操作界面，配置的生效也不是实时的，需要重启或去刷新。
• Nacos
  这是SpingCloud alibaba技术栈中的一个组件，前面我们已经使用它做过服务注册中心。其实它也集成了服务配置的功能，我们可以直接使用它作为服务配置中心。

3.6 nacos config入门

使用nacos作为配置中心，其实就是将nacos当做一个服务端，将各个微服务看成是客户端，我们将各个微服务的配置文件统一存放在nacos上，然后各个微服务从nacos上拉取配置即可。

接下来我们以商品微服务为例，学习nacos config的使用。

1 搭建nacos环境【使用现有的nacos环境即可】

2 在微服务中引入nacos的依赖

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

3 在微服务中添加nacos config的配置

注意:不能使用原来的application.yml作为配置文件，而是新建一个bootstrap.yml作为配置文件

配置文件优先级(由高到低):
bootstrap.properties -> bootstrap.yml -> application.properties -> application.yml

spring:
  application:
    name: service-product
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: 127.0.0.1:8848        #nacos服务端地址
        file-extension: yaml               #配置格式
  profiles:
    active: dev #环境标识：开发

4 在nacos中添加配置

点击配置列表，点击右边+号，新建配置。在新建配置过程中，要注意下面的细节：
1）Data ID不能随便写，要跟配置文件中的对应，对应关系如图所示
2）配置文件格式要跟配置文件的格式对应，且目前仅仅支持YAML和Properties
3）配置内容按照上面选定的格式书写

5 注释本地的application.yam中的内容， 启动程序进行测试

如果依旧可以成功访问程序，说明我们nacos的配置中心功能已经实现。

3.7 nacos config深入

3.7.1 配置动态刷新

在入门案例中，我们实现了配置的远程存放，但是此时如果修改了配置，我们的程序是无法读取到的，因此，我们需要开启配置的动态刷新功能。

在nacos中的service-product-dev.yaml配置项中添加下面配置:

config:
  appName: product

方式一: 硬编码方式

@RestController
public class NacosConfigController {
    @Autowired
    private ConfigurableApplicationContext applicationContext;
    
    //1 直接取值
    @RequestMapping("/test-config1")
    public String testConfig1(){
        return applicationContext.getEnvironment().getProperty("config.appName");
    }
}

方式二: 注解方式(推荐)

@RestController
@RefreshScope   //动态加载，只需要在需要动态读取配置的类上添加此注解就可以
public class NacosConfigController {
    @Value("${config.appName}")
    private String appName;

    //2 注解方式
    @RequestMapping("/test-config2")
    public String testConfig2(){
        return appName;
    }
}

3.7.2 配置共享

当配置越来越多的时候，我们就发现有很多配置是重复的，这时候就考虑可不可以将公共配置文件提取出来，然后实现共享呢？当然是可以的。接下来我们就来探讨如何实现这一功能。

同一个微服务的不同环境之间共享配置

如果想在同一个微服务的不同环境之间实现配置共享，其实很简单。
只需要提取一个以spring.application.name 命名的配置文件，然后将其所有环境的公共配置放在里面即可。

1 新建一个名为service-product.yaml配置存放商品微服务的公共配置

2 新建一个名为service-product-test.yaml配置存放测试环境的配置

3 新建一个名为`service-product-dev.yaml配置存放开发环境的配置

4 添加测试方法

@RestController
@RefreshScope   //动态加载
public class NacosConfigController {
    @Value("${config.env}")
    private String env;
	
    //3 同一微服务的不同环境下共享配置
    @RequestMapping("/test-config3")
    public String testConfig3(){
        return env;
    }
}

5 访问测试

6 接下来，修改bootstrap.yml中的配置，将active设置成test，再次访问，观察结果

spring:
  profiles:
    active: test # 环境标识

不同微服务中间共享配置

不同微服务之间实现配置共享的原理类似于文件引入，就是定义一个公共配置，然后在当前配置中引入。

1 在nacos中定义一个DataID为all-service.yaml的配置，用于所有微服务共享

spring:
  datasource:
    driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
    url: jdbc:mysql:///shop?serverTimezone=UTC&useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&useSSL=true
    username: root
    password: root
  jpa:
    properties:
      hibernate:
        hbm2ddl:
          auto: update
        dialect: org.hibernate.dialect.MySQL5InnoDBDialect
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

2 在nacos中修改service-product.yaml为下面内容

server:
  port: 8081
config:
  appName: product

3 修改bootstrap.yaml

spring:
  application:
    name: service-product
  cloud:
    nacos:
      config:
        server-addr: 127.0.0.1:8848            #nacos服务端地址
        file-extension: yaml                   #配置格式
        shared-dataids: all-service.yaml       #配置要引入的配置
        refreshable-dataids: all-service.yaml  #配置要实现动态配置刷新的配置
  profiles:
    active: dev #环境标识：开发

4 启动商品微服务进行测试

3.8 nacos的几个概念

• 命名空间(Namespace)
  命名空间可用于进行不同环境的配置隔离。一般一个环境划分到一个命名空间
• 配置分组(Group)
  配置分组用于将不同的服务可以归类到同一分组。一般将一个项目的配置分到一组
• 配置集(Data ID)
  在系统中，一个配置文件通常就是一个配置集。一般微服务的配置就是一个配置集

3.9 nacos配置持久化

1. 服务器安装Mysql数据库，且版本要求：5.6.5+，创建一个数据库

2. nacos自带数据库初始化脚本，进入conf目录，执行sql文件nacos-mysql.sql

3. 修改conf下的配置文件application.properties，将数据库连接信息配置进去：

   spring.datasource.platform=mysql
   
   db.num=1
   db.url.0=jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/mynacos?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true
   db.user=root
   db.password=root