Spring Cloud Alibaba 之服务治理：Nacos 如何实现微服务服务治理

短命女 2022-10-05 11:51 256阅读 0赞

前文我们学习了通用的微服务架构应包含哪些组件以及 Spring Cloud Alibaba 生态中对应的技术实现，其中整个架构体系最核心的组件是服务注册中心 Alibaba Nacos。本讲我们就对 Nacos 展开探讨，学习它的使用办法。在本讲我们会讲解三方面内容：

*  介绍 Nacos 注册中心的特性；
 *  微服务如何在 Nacos 进行注册登记；
 *  Nacos 注册中心的心跳机制与健康检查。

# Nacos 注册中心的特性 #

我们以现实业务为例，某超市会员线上购物送等额积分，此积分在下次购物时可抵用现金，其中涉及订单服务、会员服务、积分服务等多个微服务模块。

在以往单实例情况下，服务间通常采用点对点通信，即采用 IP+端口+接口的形式直接调用。但考虑避免单点负载压力过大以及高可用的性能要求，通常会部署多实例节点保障系统的性能，但增加多实例后，调用方该如何选择哪个服务提供者进行处理呢？还有当服务提供者出现故障后，如何将后续请求转移到其他可用实例上呢？面对这些问题，微服务架构必须要引入注册中心对所有服务实例统一注册管理、有组织地进行健康检查来保障服务的可用性。

![所有服务实例向注册中心登记][a3071e9cebbf63ce91e487c8bbe153f8.png]

在 Spring Cloud Alibaba 生态中，由 Nacos 中间件承担注册中心职责，需要独立部署。下面我们先来认识一下 Nacos。

Nacos 官方地址为https://nacos.io/zh-cn/index.html。由阿里开源，官方定义为：

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。

![Nacos 官方介绍][Nacos]

Nacos 具备以下职能：

*  服务发现及管理；
 *  动态配置服务；
 *  动态 DNS 服务。

下图是Nacos 的核心特征：

![Nacos 的核心特性][Nacos 1]

因为官网有完整的功能介绍，这里不再赘述。

## Nacos 的快速部署 ##

在微服务架构中，Nacos 注册中心处于核心地位，通常我们会采用高性能服务器独立部署。下面我来演示 Nacos 的部署过程。

## 环境准备 ##

Nacos 同时支持 Windows 与 Linux 系统。因大多数服务器会选择安装 Linux 操作系统，为了模拟真实环境，建议你搭建一个 CentOS 7/8 的虚拟机，我这里的服务器地址为：192.168.31.102。Nacos 采用 Java 进行开发，要求 JDK8+，如果 CentOS 系统中没有安装 JDK，可使用下面流程进行基础环境准备。

*  **利用 yum 命令安装 OpenJDK 8。**

yum -y install java-1.8.0-openjdk-devel.x86_64
    #安装成功后验证Java版本
    java -version

Nacos 要求 JDK8 以上版本

![Nacos 要求 JDK8 以上版本][Nacos _ JDK8]

*  \**配置 JAVA\_HOME 环境变量。*

安装后 JDK 不要忘记设置 JAVA\_HOME 环境变量，OpenJDK 默认安装在 /usr/lib/jvm/ 路径下，之后通过编辑 profile 设置 JAVA\_HOME 环境变量。

[root@server-1 ~]# vim /etc/profile
    export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.272.b10-1.el7_9.x86_64
    export JRE_HOME=$JAVA_HOME/jre
    export CLASSPATH=$JAVA_HOME/lib:$JRE_HOME/lib:$CLASSPATH
    export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME/bin:$PATH
    [root@server-1 ~]# source /etc/profile

最后要确认 JAVA\_HOME 环境变量是否配置正确。

[root@server-1 ~]# echo $JAVA_HOME
    /usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.272.b10-1.el7_9.x86_64
    JDK安装后，正式进入 Nacos 的安装过程。

## 安装过程 ##

*  第一步，访问 Nacos GitHub：https://github.com/alibaba/nacos/releases/获取 Nacos 最新版安装包 nacos-server-1.4.0.tar.gz。
 *  第二步，上传 nacos-server-1.4.0.tar.gz 到 CentOS 系统，对安装包解压缩。

root@server-1 local]#  tar -xvf nacos-server-1.4.0.tar.gz

解压后 Nacos 目录结构如下。

bin：保存启用/关闭 Nacos Server 脚本；
    
    conf：Nacos Server 配置目录；
    
    data：Nacos 数据目录；
    
    logs：存放日志目录；
    
    target：Nacos Jar 包存放目录；

*  第三步，以单点方式启动 Nacos。

[root@server-1 local]# cd nacos/bin
    [root@server-1 bin]# sh startup.sh -m standalone

启动日志如下：

nacos is starting with standalone
    nacos is starting, you can check the /usr/local/nacos/nacos/logs/start.out

默认 Nacos 以后台模式启动，利用 tail 命令查看启动日志。可以看到 Nacos 默认端口为 8848，下面日志说明 Nacos 单机模式已启动成功。

[root@server-1 bin]# tail -f /usr/local/nacos/logs/start.out
    2020-12-06 21:03:18,759 INFO Tomcat started on port(s): 8848 (http) with context path '/nacos'
    2020-12-06 21:03:18,766 INFO Nacos Log files: /usr/local/nacos/nacos/logs
    2020-12-06 21:03:18,766 INFO Nacos Log files: /usr/loca/nacos/nacos/conf
    2020-12-06 21:03:18,766 INFO Nacos Log files: /usr/local/nacos/nacos/data
    2020-12-06 21:03:18,767 INFO Nacos started successfully in stand alone mode. use embedded storage

*  第四步，默认 CentOS 系统并没有对外开放 7848/8848 端口，需要设置防火墙对 7848/8848 端口放行。

其中，8848 端口是 Nacos 对客户端提供服务的端口，7848 是 Nacos 集群通信端口，用于Nacos 集群间进行选举，检测等。

[root@server-1 bin]# firewall-cmd --zone=public --add-port=8848/tcp --permanentsuccess[root@server-1 bin]# firewall-cmd --zone=public --add-port=7848/tcp --permanentsuccess[root@server-1 bin]# firewall-cmd  --reloadsuccess

此时，Nacos 已单机部署完毕。

*  第五步，进入 Nacos 管理界面，打开浏览器，地址栏输入：

http://192.168.31.102:8848/nacos

其中 192.168.31.102 就是 Nacos 服务器的IP地址，端口号 8848。

![Nacos 控制台][Nacos 2]

管理界面默认用户名与密码均为nacos，提交后进入首页。点击左侧菜单“服务管理->服务列表”，这个功能用于查看已注册微服务列表。

![已注册服务列表][7a4f24ddb5e11e51a07d69191b013d61.png]

目前因为没有任何微服务注册，右侧服务列表是空的。那如何让微服务在 Nacos 中注册呢？下一小节咱们继续讲解。

## 微服务如何接入 Nacos ##

Spring Cloud Alibaba 作为 Spring Cloud 子项目，开发框架仍基于 SpringBoot，只是在构建项目时需要选择不同的 starter 接入注册中心，下面我们通过实操完成微服务与 Nacos 服务器的接入工作。

开发工具强烈推荐 IDEA Ultimate，Ultimate 内置 SpringBoot 工程向导，可以非常方便地实现 Spring Cloud 微服务的快速创建。

![Nacos Ultimate][]

*  1.  **创建新工程，工程类型选择 Spring Initializr。**  
        下图是 SpringBoot 工程向导，右侧选中 Custom，写入阿里云地址http://start.aliyun.com，默认的 https://start.spring.io。 这里需要连接 spring 官方服务器，因为网络原因经常无法访问，所以采用国内阿里云镜像生成工程初始代码。

![Spring Initializr 工程向导][Spring Initializr]

Project Metadata 面板，设置 Maven Group 与 Artifact，一般 Artifact 即为微服务名称，约定俗成以 service 单词结尾。

*  1.  **在向导后面的依赖页面，要接入 Nacos 有一项是必选的，请大家注意。**  
        Spring Cloud Alibaba -> Nacos Service Discovery。

Nacos Service Discovery 是在当前SpringBoot工程内置 Nacos 客户端，在微服务应用启动时通过 Nacos 客户端向 Nacos 服务器发送注册信息。

![引入 Nacos 客户端][Nacos 3]

*  1.  **工程创建成功，打开 pom.xml 文件，确认 Maven 依赖 nacos-discovery，说明服务已内置 Nacos 客户端成功。**

![确认依赖][c13657dce363d047178e30442caaeff6.png]

此外，我们需要在当前微服务增加 Spring-Web 依赖。因为微服务默认通过 RESTful API 对外暴露接口，增加 Spring-Web 会在应用中内嵌 Tomcat，使微服务具备 HTTP 响应能力。

<dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>

*  1.  **在 application.properties 配置 Nacos 注册中心通信地址。**

# 应用名称，默认也是在微服务中注册的微服务 ID
    spring.application.name=sample-service
    # 配置 Nacos 服务器的IP地址
    spring.cloud.nacos.discovery.server-addr=192.168.31.102:8848
    #连接 Nacos 服务器使用的用户名、密码，默认为 nacos
    spring.cloud.nacos.discovery.username=nacos
    spring.cloud.nacos.discvery.password=nacos
    #微服务提供Web服务的端口号
    server.port=9000

*  1.  **启动 SampleService 工程，在启动日志最后三句清晰的说明注册已成功。**
        
            #Web 服务端口号 9000
            INFO 14188 o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat started on port(s): 9000 (http) with context path ''
            #微服务向 Nacos 注册成功，微服务 ID:sample-service
            INFO 14188  c.a.c.n.registry.NacosServiceRegistry    : nacos registry, DEFAULT_GROUP sample-service 192.168.47.1:9000 register finished
            #微服务启动成功
            INFO 14188  c.l.s.SampleServiceApplication           : Started SampleServiceApplication in 4.911 seconds (JVM running for 6.039)
 *  1.  **浏览器打开http://192.168.31.102:8848/nacos，查看服务列表时发现 sample-service 服务已出现**

![sample-service 实例注册成功][sample-service]

点击列表右侧“详情按钮”就会出现详细信息，在服务详情下清晰列出 sample-service 服务目前可用实例的 IP 及服务端口。

![详情查看服务实例明细][4333248afa1a197b0356a51a3ea4d1fd.png]

到这里我们已完成了微服务向 Nacos 注册登记，因为 SpringBoot 为我们高度封装了注册过程。为了你更透彻理解 Nacos，下面我来介绍 Nacos 注册过程背后的原理。

## Nacos 注册中心的心跳机制 ##

讲到这里，你可能会有疑问：无论是部署 Nacos 服务器还是构建 Sample-Service 微服务，只用了几行代码便实现在 Nacos 注册登记。这一切背后，到底是如何实现的？这一小节我将为你答疑解惑。

下图阐述了微服务与 Nacos 服务器之间的通信过程。在微服务启动后每过5秒，会由微服务内置的 Nacos 客户端主动向 Nacos 服务器发起心跳包（HeartBeat）。心跳包会包含当前服务实例的名称、IP、端口、集群名、权重等信息。

![Nacos 注册中心的心跳机制][Nacos 4]

如果你开启微服务 Debug 日志，会清晰地看到每 5 秒一个心跳请求被发送到 Nacos 的 /nacos/v1/ns/instance/beat 接口，该请求会被 Nacos 服务器内置的 naming 模块处理。

23:11:23.826 DEBUG 10720 --- [ing.beat.sender] s.n.www.protocol.http.HttpURLConnection  : sun.net.www.MessageHeader@665891d213 pairs: {PUT /nacos/v1/ns/instance/beat?app=unknown&serviceName=DEFAULT_GROUP%40%40sample-service&namespaceId=public&port=9000&clusterName=DEFAULT&ip=192.168.47.1 HTTP/1.1: null}{Content-Type: application/x-www-form-urlencoded}{Accept-Charset: UTF-8}{Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch}{Content-Encoding: gzip}{Client-Version: 1.3.2}{User-Agent: Nacos-Java-Client:v1.3.2}{RequestId: 6447aa06-9d70-41ea-83ef-cd27af1d3422}{Request-Module: Naming}{Host: 192.168.31.102:8848}{Accept: text/html, image/gif, image/jpeg, *; q=.2, */*; q=.2}{Connection: keep-alive}{Content-Length: 326}
    23:11:28.837 DEBUG 10720 --- [ing.beat.sender] s.n.www.protocol.http.HttpURLConnection  : sun.net.www.MessageHeader@5f00479a12 pairs: {PUT /nacos/v1/ns/instance/beat?app=unknown&serviceName=DEFAULT_GROUP%40%40sample-service&namespaceId=public&port=9000&clusterName=DEFAULT&ip=192.168.47.1 HTTP/1.1: null}{Content-Type: application/x-www-form-urlencoded}{Accept-Charset: UTF-8}{Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch}{Content-Encoding: gzip}{Client-Version: 1.3.2}{User-Agent: Nacos-Java-Client:v1.3.2}{RequestId: 9fdf2264-9704-437f-bd34-7c9ee5e0be41}{Request-Module: Naming}{Host: 192.168.31.102:8848}{Accept: text/html, image/gif, image/jpeg, *; q=.2, */*; q=.2}{Connection: keep-alive}
    23:11:38.847 DEBUG 10720 --- [ing.beat.sender] s.n.www.protocol.http.HttpURLConnection  : sun.net.www.MessageHeader@3521283812 pairs: {PUT /nacos/v1/ns/instance/beat?app=unknown&serviceName=DEFAULT_GROUP%40%40sample-service&namespaceId=public&port=9000&clusterName=DEFAULT&ip=192.168.47.1 HTTP/1.1: null}{Content-Type: application/x-www-form-urlencoded}{Accept-Charset: UTF-8}{Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch}{Content-Encoding: gzip}{Client-Version: 1.3.2}{User-Agent: Nacos-Java-Client:v1.3.2}{RequestId: ccb6a586-897f-4036-9c0d-c614e2ff370a}{Request-Module: Naming}{Host: 192.168.31.102:8848}{Accept: text/html, image/gif, image/jpeg, *; q=.2, */*; q=.2}{Connection: keep-alive}

naming 模块在接收到心跳包后，会按下图逻辑处理心跳包并返回响应：

*  1.  naming 模块收到心跳包，首先根据 IP 与端口判断 Nacos 是否存在该服务实例？如果实例信息不存在，在 Nacos 中注册登记该实例。而注册的本质是将新实例对象存储在“实例 Map”集合中；
 *  1.  如果实例信息已存在，记录本次心跳包发送时间；
 *  1.  设置实例状态为“健康”；
 *  1.  推送“微服务状态变更”消息；
 *  1.  naming 模块返回心跳包时间间隔。

到这里一次完整的心跳包处理已完成。

![Nacos Server 对心跳包的处理过程][Nacos Server]

那 Nacos 又是如何将无效实例从可用实例中剔除呢？Nacos Server 内置的逻辑是每过 20 秒对“实例 Map”中的所有“非健康”实例进行扫描，如发现“非健康”实例，随即从“实例 Map”中将该实例删除。

# docker部署单机模式 #

docker run -d -p 8848:8848 --env MODE=standalone --env SPRING_DATASOURCE_PLATFORM=mysql --env MYSQL_SERVICE_HOST=192.168.1.151 --env MYSQL_SERVICE_PORT=3306 --env MYSQL_SERVICE_DB_NAME=nacos --env MYSQL_SERVICE_USER=root --env MYSQL_SERVICE_PASSWORD=123456 --env JVM_XMS=512m --env JVM_XMX=512m --env JVM_XMN=256m --env JVM_MS=64m --env JVM_MMS=160M --name nacos  nacos/nacos-server

[a3071e9cebbf63ce91e487c8bbe153f8.png]: /images/20221005/92fea3a7609344e88c578f18dd63ba8f.png
[Nacos]: /images/20221005/db47e56fadcd463bb3721aa122277d38.png
[Nacos 1]: /images/20221005/c44de2ed057848c6936e02a318b5988c.png
[Nacos _ JDK8]: /images/20221005/60c4da37f89944699d3f8c34ae441017.png
[Nacos 2]: /images/20221005/1e2ea8c627c342dd906867760185312f.png
[7a4f24ddb5e11e51a07d69191b013d61.png]: /images/20221005/8f9fbd6324ed4f05aa9f2d399d900620.png
[Nacos Ultimate]: /images/20221005/735f426a8a9a43f282fc90db87089ee9.png
[Spring Initializr]: /images/20221005/6331b2b37e29450da7f053534f6ebc8b.png
[Nacos 3]: /images/20221005/f6bbdefa0a02496984e58550fee98624.png
[c13657dce363d047178e30442caaeff6.png]: /images/20221005/e3badb24f31648cea08875084446c522.png
[sample-service]: /images/20221005/74bf73b5dd8c41f0a3b7b657fd29d28b.png
[4333248afa1a197b0356a51a3ea4d1fd.png]: /images/20221005/934384450d6a4597b5244e51baa29cf1.png
[Nacos 4]: /images/20221005/d21eeb57849744fcacffaa28ee6f5b3c.png
[Nacos Server]: /images/20221005/71cb173aebad4e28ad9b180b16ae39f1.png