Nacos配置中心叢集原理及原始碼分析

跟著Mic學架構發表於2022-03-29
原始碼

Nacos作為配置中心，必然需要保證服務節點的高可用性，那麼Nacos是如何實現叢集的呢？

下面這個圖，表示Nacos叢集的部署圖。

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Nacos叢集工作原理

Nacos作為配置中心的叢集結構中，是一種無中心化節點的設計，由於沒有主從節點，也沒有選舉機制，所以為了能夠實現熱備，就需要增加虛擬IP（VIP）。

Nacos的資料儲存分為兩部分

  1. Mysql資料庫儲存，所有Nacos節點共享同一份資料，資料的副本機制由Mysql本身的主從方案來解決，從而保證資料的可靠性。
  2. 每個節點的本地磁碟，會儲存一份全量資料，具體路徑：/data/program/nacos-1/data/config-data/${GROUP}.

在Nacos的設計中，Mysql是一箇中心資料倉儲，且認為在Mysql中的資料是絕對正確的。 除此之外，Nacos在啟動時會把Mysql中的資料寫一份到本地磁碟。

這麼設計的好處是可以提高效能，當客戶端需要請求某個配置項時，服務端會想Ian從磁碟中讀取對應檔案返回，而磁碟的讀取效率要比資料庫效率高。

當配置發生變更時：

  1. Nacos會把變更的配置儲存到資料庫，然後再寫入本地檔案。
  2. 接著傳送一個HTTP請求，給到叢集中的其他節點，其他節點收到事件後，從Mysql中dump剛剛寫入的資料到本地檔案中。

另外，NacosServer啟動後，會同步啟動一個定時任務，每隔6小時，會dump一次全量資料到本地檔案

配置變更同步入口

當配置發生修改、刪除、新增操作時，通過釋出一個notifyConfigChange事件。

@PostMapping
@Secured(action = ActionTypes.WRITE, parser = ConfigResourceParser.class)
public Boolean publishConfig(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
        @RequestParam(value = "dataId") String dataId, @RequestParam(value = "group") String group,
        @RequestParam(value = "tenant", required = false, defaultValue = StringUtils.EMPTY) String tenant,
        @RequestParam(value = "content") String content, @RequestParam(value = "tag", required = false) String tag,
        @RequestParam(value = "appName", required = false) String appName,
        @RequestParam(value = "src_user", required = false) String srcUser,
        @RequestParam(value = "config_tags", required = false) String configTags,
        @RequestParam(value = "desc", required = false) String desc,
        @RequestParam(value = "use", required = false) String use,
        @RequestParam(value = "effect", required = false) String effect,
        @RequestParam(value = "type", required = false) String type,
        @RequestParam(value = "schema", required = false) String schema) throws NacosException {
    
   //省略..
    if (StringUtils.isBlank(betaIps)) {
        if (StringUtils.isBlank(tag)) {
            persistService.insertOrUpdate(srcIp, srcUser, configInfo, time, configAdvanceInfo, true);
            ConfigChangePublisher
                    .notifyConfigChange(new ConfigDataChangeEvent(false, dataId, group, tenant, time.getTime()));
        } else {
            persistService.insertOrUpdateTag(configInfo, tag, srcIp, srcUser, time, true);
            ConfigChangePublisher.notifyConfigChange(
                    new ConfigDataChangeEvent(false, dataId, group, tenant, tag, time.getTime()));
        }
    }//省略
    return true;
}

AsyncNotifyService

配置資料變更事件，專門有一個監聽器AsyncNotifyService，它會處理資料變更後的同步事件。

@Autowired
public AsyncNotifyService(ServerMemberManager memberManager) {
    this.memberManager = memberManager;
    
    // Register ConfigDataChangeEvent to NotifyCenter.
    NotifyCenter.registerToPublisher(ConfigDataChangeEvent.class, NotifyCenter.ringBufferSize);
    
    // Register A Subscriber to subscribe ConfigDataChangeEvent.
    NotifyCenter.registerSubscriber(new Subscriber() {
        
        @Override
        public void onEvent(Event event) {
            // Generate ConfigDataChangeEvent concurrently
            if (event instanceof ConfigDataChangeEvent) {
                ConfigDataChangeEvent evt = (ConfigDataChangeEvent) event;
                long dumpTs = evt.lastModifiedTs;
                String dataId = evt.dataId;
                String group = evt.group;
                String tenant = evt.tenant;
                String tag = evt.tag;
                Collection<Member> ipList = memberManager.allMembers(); //得到叢集中的ip列表
                
                // 構建NotifySingleTask，並新增到佇列中。
                Queue<NotifySingleTask> queue = new LinkedList<NotifySingleTask>();
                for (Member member : ipList) { //遍歷叢集中的每個節點
                    queue.add(new NotifySingleTask(dataId, group, tenant, tag, dumpTs, member.getAddress(),
                            evt.isBeta));
                }
                //非同步執行任務 AsyncTask
                ConfigExecutor.executeAsyncNotify(new AsyncTask(nacosAsyncRestTemplate, queue));
            }
        }
        
        @Override
        public Class<? extends Event> subscribeType() {
            return ConfigDataChangeEvent.class;
        }
    });
}

AsyncTask

@Override
public void run() {
    executeAsyncInvoke();
}

private void executeAsyncInvoke() {
    while (!queue.isEmpty()) {//遍歷佇列中的資料，直到資料為空
        NotifySingleTask task = queue.poll(); //獲取task
        String targetIp = task.getTargetIP(); //獲取目標ip
        
        if (memberManager.hasMember(targetIp)) { //如果叢集中的ip列表包含目標ip
            // start the health check and there are ips that are not monitored, put them directly in the notification queue, otherwise notify
            //判斷目標ip的健康狀態
            boolean unHealthNeedDelay = memberManager.isUnHealth(targetIp); //
            if (unHealthNeedDelay) { //如果目標服務是非健康，則繼續新增到佇列中，延後再執行。
                // target ip is unhealthy, then put it in the notification list
                ConfigTraceService.logNotifyEvent(task.getDataId(), task.getGroup(), task.getTenant(), null,
                        task.getLastModified(), InetUtils.getSelfIP(), ConfigTraceService.NOTIFY_EVENT_UNHEALTH,
                        0, task.target);
                // get delay time and set fail count to the task
                asyncTaskExecute(task);
            } else {
                //構建header
                Header header = Header.newInstance();
                header.addParam(NotifyService.NOTIFY_HEADER_LAST_MODIFIED, String.valueOf(task.getLastModified()));
                header.addParam(NotifyService.NOTIFY_HEADER_OP_HANDLE_IP, InetUtils.getSelfIP());
                if (task.isBeta) {
                    header.addParam("isBeta", "true");
                }
                AuthHeaderUtil.addIdentityToHeader(header);
                //通過restTemplate發起遠端呼叫，如果呼叫成功，則執行AsyncNotifyCallBack的回撥方法
                restTemplate.get(task.url, header, Query.EMPTY, String.class, new AsyncNotifyCallBack(task));
            }
        }
    }
}

目標節點接收請求

資料同步的請求地址為，task.url=http://192.168.8.16:8848/nacos/v1/cs/communication/dataChange?dataId=log.yaml&group=DEFAULT_GROUP

@GetMapping("/dataChange")
public Boolean notifyConfigInfo(HttpServletRequest request, @RequestParam("dataId") String dataId,
        @RequestParam("group") String group,
        @RequestParam(value = "tenant", required = false, defaultValue = StringUtils.EMPTY) String tenant,
        @RequestParam(value = "tag", required = false) String tag) {
    dataId = dataId.trim();
    group = group.trim();
    String lastModified = request.getHeader(NotifyService.NOTIFY_HEADER_LAST_MODIFIED);
    long lastModifiedTs = StringUtils.isEmpty(lastModified) ? -1 : Long.parseLong(lastModified);
    String handleIp = request.getHeader(NotifyService.NOTIFY_HEADER_OP_HANDLE_IP);
    String isBetaStr = request.getHeader("isBeta");
    if (StringUtils.isNotBlank(isBetaStr) && trueStr.equals(isBetaStr)) {
        dumpService.dump(dataId, group, tenant, lastModifiedTs, handleIp, true);
    } else {
        //
        dumpService.dump(dataId, group, tenant, tag, lastModifiedTs, handleIp);
    }
    return true;
}

dumpService.dump用來實現配置的更新，程式碼如下

當前任務會被新增到DumpTaskMgr中管理。

public void dump(String dataId, String group, String tenant, String tag, long lastModified, String handleIp,
        boolean isBeta) {
    String groupKey = GroupKey2.getKey(dataId, group, tenant);
    String taskKey = String.join("+", dataId, group, tenant, String.valueOf(isBeta), tag);
    dumpTaskMgr.addTask(taskKey, new DumpTask(groupKey, tag, lastModified, handleIp, isBeta));
    DUMP_LOG.info("[dump-task] add task. groupKey={}, taskKey={}", groupKey, taskKey);
}

TaskManager.addTask, 先呼叫父類去完成任務新增。

@Override
public void addTask(Object key, AbstractDelayTask newTask) {
    super.addTask(key, newTask);
    MetricsMonitor.getDumpTaskMonitor().set(tasks.size());
}

在這種場景設計中，一般都會採用生產者消費者模式來完成，因此這裡不難猜測到，任務會被儲存到一個佇列中，然後有另外一個執行緒來執行。

NacosDelayTaskExecuteEngine

TaskManager的父類是NacosDelayTaskExecuteEngine,

這個類中有一個成員屬性protected final ConcurrentHashMap<Object, AbstractDelayTask> tasks;，專門來儲存延期執行的任務型別AbstractDelayTask.

在這個類的構造方法中，初始化了一個延期執行的任務，其中具體的任務是ProcessRunnable.

public NacosDelayTaskExecuteEngine(String name, int initCapacity, Logger logger, long processInterval) {
    super(logger);
    tasks = new ConcurrentHashMap<Object, AbstractDelayTask>(initCapacity);
    processingExecutor = ExecutorFactory.newSingleScheduledExecutorService(new NameThreadFactory(name));
    processingExecutor
            .scheduleWithFixedDelay(new ProcessRunnable(), processInterval, processInterval, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

ProcessRunnable

private class ProcessRunnable implements Runnable {
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            processTasks();
        } catch (Throwable e) {
            getEngineLog().error(e.toString(), e);
        }
    }
}

processTasks

protected void processTasks() {
    //獲取所有的任務
    Collection<Object> keys = getAllTaskKeys();
    for (Object taskKey : keys) {
        AbstractDelayTask task = removeTask(taskKey);
        if (null == task) {
            continue;
        }
        //獲取任務處理器，這裡返回的是DumpProcessor
        NacosTaskProcessor processor = getProcessor(taskKey);
        if (null == processor) {
            getEngineLog().error("processor not found for task, so discarded. " + task);
            continue;
        }
        try {
            // ReAdd task if process failed
            //執行具體任務
            if (!processor.process(task)) {
                retryFailedTask(taskKey, task);
            }
        } catch (Throwable e) {
            getEngineLog().error("Nacos task execute error : " + e.toString(), e);
            retryFailedTask(taskKey, task);
        }
    }
}

DumpProcessor.process

讀取資料庫的最新資料，然後更新本地快取和磁碟。

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