深挖技术栈(第二期) 之 Nacos 源码分析

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作者:麦芽
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本文使用开源版本如下

Nacos Server 版本:1.4.1

Nacos config-start 版本:2.2.5-RELEASE

首先要说的~

为什么要看源码:

1、**提升技术功底:**学习源码里的优秀设计思想,比如一些疑难问题的解决思路,还有一些优秀的设计模式,整体提升自己的技术功底

2、**深度掌握技术框架:**源码看多了,对于一个新技术或框架的掌握速度会有大幅提升,看下框架demo大致就能知道底层的实现,技术框架更新再快也不怕

3、**快速定位线上问题:**遇到线上问题,特别是框架源码里的问题(比如bug),能够快速定位,这就是相比其他没看过源码的人的优势

4、**知其然知其所以然:**对技术有追求的人必做之事,使用了一个好的框架,很想知道底层是如何实现的

5、**拥抱开源社区:**参与到开源项目的研发,结识更多大牛,积累更多优质人脉

看源码方法:

1、**先使用:**先看官方文档快速掌握框架的基本使用

2、**抓主线:**找一个demo入手,顺藤摸瓜快速静态看一遍框架的主线源码,画出源码主流程图,切勿一开始就陷入源码的细枝末节,否则会把自己绕晕,凭经验猜

3、**画图做笔记:**总结框架的一些核心功能点,从这些功能点入手深入到源码的细节,边看源码边画源码走向图,并对关键源码的理解做笔记,把源码里的闪光点都记录下来,后续借鉴到工作项目中,也可以边看源码边debug源码执行过程,观察一些关键变量的值

4、**整合总结:**所有功能点的源码都分析完后,回到主流程图再梳理一遍,争取把自己画的所有图都在脑袋里做一个整合

1、什么是 Nacos?

引用官方文档:nacos.io/zh-cn/docs/…

**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 的关键特性包括:

  • 服务发现和服务健康监测

  • 动态配置服务

  • 动态 DNS 服务

  • 服务及其元数据管理

1.1 Nacos 架构

NamingService: 命名服务,注册中心核心接口

ConfigService:配置服务,配置中心核心接口

OpenAPI文档:nacos.io/zh-cn/docs/…

2、Nacos注册中心

2.1 Nacos注册表结构

2.2 Nacos注册中心核心功能

  • 服务注册:Nacos Client会通过发送REST请求的方式向Nacos Server注册自己的服务,提供自身的元数据,比如ip地址、端口等信息。Nacos Server接收到注册请求后,就会把这些元数据信息存储在一个双层的内存Map中。

  • 服务心跳:在服务注册后,Nacos Client会维护一个定时心跳来持续通知Nacos Server,说明服务一直处于可用状态,防止被剔除。默认5s发送一次心跳。

  • 服务同步:Nacos Server集群之间会互相同步服务实例,用来保证服务信息的一致性。 leader raft

  • 服务发现:服务消费者(Nacos Client)在调用服务提供者的服务时,会发送一个REST请求给Nacos Server,获取上面注册的服务清单,并且缓存在Nacos Client本地,同时会在Nacos Client本地开启一个定时任务定时拉取服务端最新的注册表信息更新到本地缓存

  • 服务健康检查:Nacos Server会开启一个定时任务用来检查注册服务实例的健康情况,对于超过15s没有收到客户端心跳的实例会将它的healthy属性置为false(客户端服务发现时不会发现),如果某个实例超过30秒没有收到心跳,直接剔除该实例(被剔除的实例如果恢复发送心跳则会重新注册)

2.3 Spring Cloud Alibaba Nacos快速开始

此处参考官方文档:nacos.io/zh-cn/docs/…

3、Nacos注册中心源码分析

源码流程还是围绕核心功能展开,具体为以下几个方面:

服务注册:Nacos Client会通过发送REST请求的方式向Nacos Server注册自己的服务,提供自身的元数据,比如ip地址、端口等信息。Nacos Server接收到注册请求后,就会把这些元数据信息存储在一个双层的内存Map中。

服务心跳:在服务注册后,Nacos Client会维护一个定时心跳来持续通知Nacos Server,说明服务一直处于可用状态,防止被剔除。默认5s发送一次心跳。

服务健康检查:Nacos Server会开启一个定时任务用来检查注册服务实例的健康情况,对于超过15s没有收到客户端心跳的实例会将它的healthy属性置为false(客户端服务发现时不会发现),如果某个实例超过30秒没有收到心跳,直接剔除该实例(被剔除的实例如果恢复发送心跳则会重新注册)

服务发现:服务消费者(Nacos Client)在调用服务提供者的服务时,会发送一个REST请求给Nacos Server,获取上面注册的服务清单,并且缓存在Nacos Client本地,同时会在Nacos Client本地开启一个定时任务定时拉取服务端最新的注册表信息更新到本地缓存

服务同步:Nacos Server集群之间会互相同步服务实例,用来保证服务信息的一致性。

详细源码流程图:

https://www.processon.com/view/link/60f7e7d3e0b34d16fa90a72f

流程中会涉及通过rest接口来与服务端进行通信.

建议先了解下Nacos Open Api :nacos.io/zh-cn/docs/…

[

](www.processon.com/view/link/6…)

4、Nacos配置中心

4.1 Nacos配置中心的使用

参考官方:github.com/alibaba/spr…

4.2 Config相关配置

           Nacos 数据模型 Key 由三元组唯一确定, Namespace默认是空串,公共命名空间(public),分组默认是 DEFAULT_GROUP

  • 支持配置的动态更新

        当动态配置刷新时,会更新到 Enviroment中,因此这里每隔一秒中从Enviroment中获取配置

@SpringBootApplication
public class NacosConfigApplication {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ConfigurableApplicationContext applicationContext = SpringApplication.run(NacosConfigApplication.class, args);

         while(true) {
        //当动态配置刷新时,会更新到 Enviroment中,因此这里每隔一秒中从Enviroment中获取配置
         String userName = applicationContext.getEnvironment().getProperty("common.name");
        String userAge = applicationContext.getEnvironment().getProperty("common.age");
        System.err.println("common name :" + userName + "; age: " + userAge);
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        }
    }
}
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  • 支持profile粒度的配置

         spring-cloud-starter-alibaba-nacos-config 在加载配置的时候,不仅仅加载了以 dataid 为 spring.application.name.{spring.application.name}.{file-extension:properties} 为前缀的基础配置,还加载了dataid为 spring.application.name{spring.application.name}-{profile}.fileextension:properties的基础配置。在日常开发中如果遇到多套环境下的不同配置,可以通过Spring提供的{file-extension:properties} 的基础配置。在日常开发中如果遇到多套环境下的不同配置,可以通过Spring 提供的 {spring.profiles.active} 这个配置项来配置。

spring.profiles.active=dev
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  • 支持自定义 namespace 的配置

       用于进行租户粒度的配置隔离。不同的命名空间下,可以存在相同的 Group 或 Data ID 的配置。Namespace 的常用场景之一是不同环境的配置的区分隔离,例如开发测试环境和生产环境的资(如配置、服务)隔离等。

        在没有明确指定 ${spring.cloud.nacos.config.namespace} 配置的情况下, 默认使用的是 Nacos 上 Public 这个namespace。如果需要使用自定义的命名空间,可以通过以下配置来实现:

spring.cloud.nacos.config.namespace=71bb9785-231f-4eca-b4dc-6be446e12ff8
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  • 支持自定义 Group 的配置

       Group是组织配置的维度之一。通过一个有意义的字符串(如 Buy 或 Trade )对配置集进行分组,从而区分 Data ID 相同的配置集。当您在 Nacos 上创建一个配置时,如果未填写配置分组的名称,则配置分组的名称默认采用 DEFAULT_GROUP 。配置分组的常见场景:不同的应用或组件使用了相同的配置类型,如 database_url 配置和 MQ_topic 配置。

在没有明确指定 ${spring.cloud.nacos.config.group} 配置的情况下,默认是DEFAULT_GROUP 。如果需要自定义自己的 Group,可以通过以下配置来实现:

spring.cloud.nacos.config.group=DEVELOP_GROUP
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  • 支持自定义扩展的 Data Id 配置

        Data ID 是组织划分配置的维度之一。Data ID 通常用于组织划分系统的配置集。一个系统或者应用可以包含多个配置集,每个配置集都可以被一个有意义的名称标识。Data ID 通常采用类 Java 包(如 com.taobao.tc.refund.log.level)的命名规则保证全局唯一性。此命名规则非强制。

通过自定义扩展的 Data Id 配置,既可以解决多个应用间配置共享的问题,又可以支持一个应用有多个配置文件。

# 自定义 Data Id 的配置
#不同工程的通用配置 支持共享的 DataId
spring.cloud.nacos.config.sharedConfigs[0].data-id= common.yaml
spring.cloud.nacos.config.sharedConfigs[0].group=REFRESH_GROUP
spring.cloud.nacos.config.sharedConfigs[0].refresh=true

# config external configuration
# 支持一个应用多个 DataId 的配置
spring.cloud.nacos.config.extensionConfigs[0].data-id=ext-config-common01.properties
spring.cloud.nacos.config.extensionConfigs[0].group=REFRESH_GROUP
spring.cloud.nacos.config.extensionConfigs[0].refresh=true

spring.cloud.nacos.config.extensionConfigs[1].data-id=ext-config-common02.properties
spring.cloud.nacos.config.extensionConfigs[1].group=REFRESH_GROUP
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4.2 配置的优先级

Spring Cloud Alibaba Nacos Config 目前提供了三种配置能力从 Nacos 拉取相关的配置。

  • A: 通过 spring.cloud.nacos.config.shared-configs 支持多个共享 Data Id 的配置

  • B: 通过 spring.cloud.nacos.config.ext-config[n].data-id 的方式支持多个扩展 Data Id 的配置

  • C: 通过内部相关规则(应用名、应用名+ Profile )自动生成相关的 Data Id 配置

当三种方式共同使用时,他们的一个优先级关系是:A < B < C

优先级从高到低:

  1. nacos-config-product.yaml 精准配置

  2. nacos-config.yaml 同工程不同环境的通用配置

  3. ext-config: 不同工程 扩展配置

  4. shared-dataids 不同工程通用配置

4.5 @RefreshScope

@Value注解可以获取到配置中心的值,但是无法动态感知修改后的值,需要利用@RefreshScope注解

@RestController
@RefreshScope
public class TestController {

    @Value("${common.age}")
    private String age;

    @GetMapping("/common")
    public String hello() {
        return age;
    }
}
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5、Nacos配置中心源码分析

详细源码流程图:

www.processon.com/view/link/6…

5.1 配置中心架构

配置中心使用demo

public class ConfigServerDemo {

    public static void main(String[] args) throws NacosException, InterruptedException {
        String serverAddr = "localhost";
        String dataId = "nacos-config-demo.yaml";
        String group = "DEFAULT_GROUP";
        Properties properties = new Properties();
        properties.put(PropertyKeyConst.SERVER_ADDR, serverAddr);
        //获取配置服务
        ConfigService configService = NacosFactory.createConfigService(properties);
        //获取配置
        String content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
        System.out.println(content);
        //注册监听器
        configService.addListener(dataId, group, new Listener() {
            @Override
            public void receiveConfigInfo(String configInfo) {
                System.out.println("===recieve:" + configInfo);
            }

            @Override
            public Executor getExecutor() {
                return null;
            }
        });

        //发布配置
        //boolean isPublishOk = configService.publishConfig(dataId, group, "content");
        //System.out.println(isPublishOk);
        //发送properties格式
        configService.publishConfig(dataId,group,"common.age=30", ConfigType.PROPERTIES.getType());

        Thread.sleep(3000);
        content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
        System.out.println(content);

//        boolean isRemoveOk = configService.removeConfig(dataId, group);
//        System.out.println(isRemoveOk);
//        Thread.sleep(3000);

//        content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
//        System.out.println(content);
//        Thread.sleep(300000);
    }
}
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5.2 nacos config client源码

配置中心核心接口ConfigService

5.2.1 获取配置

        获取配置的主要方法是 NacosConfigService 类的 getConfig 方法,通常情况下该方法直接从本地文件中取得配置的值,如果本地文件不存在或者内容为空,则再通过 HTTP GET 方法从远端拉取配置,并保存到本地快照中。当通过 HTTP 获取远端配置时,Nacos 提供了两种熔断策略,一是超时时间,二是最大重试次数,默认重试三次。

5.2.2 注册监听器

配置中心客户端会通过对配置项注册监听器达到在配置项变更的时候执行回调的功能

  • NacosConfigService#getConfigAndSignListener

  • ConfigService#addListener

         Nacos 可以通过以上方式注册监听器,它们内部的实现均是调用 ClientWorker 类的 addCacheDataIfAbsent。其中 CacheData 是一个维护配置项和其下注册的所有监听器的实例,所有的 CacheData 都保存在 ClientWorker 类中的原子 cacheMap 中,其内部的核心成员有:

5.2.3 配置长轮询

         ClientWorker 通过其下的两个线程池完成配置长轮询的工作,一个是单线程的 executor,每隔 10ms 按照每 3000 个配置项为一批次捞取待轮询的 cacheData 实例,将其包装成为一个 LongPollingTask 提交进入第二个线程池 executorService 处理。

5.3 nacos config server源码分析

5.3.1 配置dump

       服务端启动时就会依赖 DumpService 的 init 方法,从数据库中 load 配置存储在本地磁盘上,并将一些重要的元信息例如 MD5 值缓存在内存中。服务端会根据心跳文件中保存的最后一次心跳时间,来判断到底是从数据库 dump 全量配置数据还是部分增量配置数据(如果机器上次心跳间隔是 6h 以内的话)。

全量 dump 当然先清空磁盘缓存,然后根据主键 ID 每次捞取一千条配置刷进磁盘和内存。增量 dump 就是捞取最近六小时的新增配置(包括更新的和删除的),先按照这批数据刷新一遍内存和文件,再根据内存里所有的数据全量去比对一遍数据库,如果有改变的再同步一次,相比于全量 dump 的话会减少一定的数据库 IO 和磁盘 IO 次数。

5.3.2 配置发布

        发布配置的代码位于 ConfigController#publishConfig中。集群部署,请求一开始也只会打到一台机器,这台机器将配置插入Mysql中进行持久化。服务端并不是针对每次配置查询都去访问 MySQL ,而是会依赖 dump 功能在本地文件中将配置缓存起来。因此当单台机器保存完毕配置之后,需要通知其他机器刷新内存和本地磁盘中的文件内容,因此它会发布一个名为 ConfigDataChangeEvent 的事件,这个事件会通过 HTTP 调用通知所有集群节点(包括自身),触发本地文件和内存的刷新。

5.3.3 处理长轮询

        客户端会有一个长轮询任务,拉取服务端的配置变更,服务端处理逻辑在LongPollingService类中,其中有一个 Runnable 任务名为ClientLongPolling,服务端会将受到的轮询请求包装成一个 ClientLongPolling 任务,该任务持有一个 AsyncContext 响应对象,通过定时线程池延后 29.5s 执行。比客户端 30s 的超时时间提前 500ms 返回是为了最大程度上保证客户端不会因为网络延时造成超时.

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