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分布式场景下，如何对外提供易变的服务，打造可靠的注册中心？

来源：博客园
摘要：本文讲了关于服务发现的很多干货内容，核心内容为服务发现组件的选择、网关的介绍、 客户端侧如何发给已发现的服务。

本文分享自华为云社区《分布式场景下，如何对外提供易变的服务，打造可靠的注册中心？》，作者：breakDawn。


【资料图】

随着云原生的概念越来越火，服务的架构应该如何发展和演进，成为很多程序员关心的话题。大名鼎鼎的《深入理解java虚拟机》一书作者于21年推出了新作《凤凰架构》，从这本书中可以看到当前时下很多最新的技术或者理念。

本博文将沉淀发布这本书的学习笔记和思考。 如果希望了解更加详细的内容，欢迎购买该书继续详细学习。

从类库到服务

1 服务发现

1.1 服务发现的意义

以前是DNS以及DNS之后的负载均衡承担了服务地址翻译的一部分能力，但是随着微服务的流向 服务的非正常掉线、重启、上下线越来越频繁。zk曾经活跃过，但是过于底层，需要用户自己做很多额外工作。因此专用于服务发现的 eureka出现并被纳入spring cloud。后来就是Consul和nacos继承了eureka的衣钵。

如何在基础设置和网络协议层面，对应用尽可能无感知、方便地实现服务发现是目前服务发现的一个发展方向

1.2 服务发现组件中CA和AP的抉择

服务注册中心非常关键， 一旦崩溃将不可使用，因此必须最大程度保证可用。例如搞多个注册中心节点提供服务，不断复制各自的信息，随时提供服务。

但是复制信息又要即时响应的过程会造成结果的不一致，缺乏一致性。

  • Eureka优先保证可用性，牺牲一致性， 选择异步复制来交换服务注册信息，同时并不会强行等待复制成功，有新服务注册对应节点可立刻宣布该服务。适合节点关系相对固定， 服务一般不会频繁上下线的系统。
  • Consul是优先保证一致性，牺牲可用性。使用Raft算法，要求多数节点写入成功后服务的注册才算完成，严格保证了一致性。同时采用gossip协议，支持多个数据中心逐渐的服务同步。

选择哪个方案，一定程度上是基于产品现实而做的决策。当系统C因为网络问题，变成了A\B两个分区后，是否对你的服务有重大影响？是否是有状态的系统？ 如果是，那么选择对一致性严格要求的Consul，如果不是，则选择Eureka。

1.3 注册中心的实现

在分布式KV存储框架上单独做的服务发现

典型代表： zk、 etcd。etcd采用Raft算法，zk采用的zab算法是MultiPaxos的派生算法。

共同特点是在整体较高复杂度的架构和算法的外部，维持着极为简单的应用接口，只有少量CRUD和watch的api， 所以要实现完整的服务发现，要做很大量的工作，只有自研大厂才会这么做，小厂不会首选耗费大量人力去从零实现。

基础设施实现服务发现

典型代表是k8s里用的skyDNS、 coreDNS。工作原理是从API-server中监听集群服务变化，根据服务生产DNS记录存到etcd中， k8s设置每个pos的dns服务地址， 调用服务时再做域名转换。

是CP还是AP取决于后端如何存储，用etcd就是CP，用内存赋值就是AP。好处是对应用透明，只依赖底层的HTTP和DNS，不依赖语言等。缺点是要自己额外做负载均衡、远程调用、服务缓存期限各种能力适配

专门用于服务发现的框架和工具

典型代表： Eureka、Consul、Nacos。

坏处在于对应用不是透明的，必须在应用中要去适配服务注册框架，但能够为编码开发、快速扩展能力提供方便。

2 网关路由

2.1 网关的职责

微服务网关的首要职责就是作为统一的出口对外提供服务， 将外部访问网关地址的流量，根据适当的规则路由到内部集群中正确的服务节点上。同时再作为流量过滤器增强使用

因此“网关= 路由器（基础职能）+ 过滤器（可选职能）”

网关的性能主要取决于他们如何处理代理网络请求，也就是他们的网络IO模型

2.2 网络IO模型介绍

同步和异步的区别， 是指调用端发出请求后，是否需要一直等待，是否会铜鼓哦状态变化和回调来通知矗立着。

阻塞和非阻塞是针对请求处理过程而言，调用请求返回结果之前，处理线程是否会被挂起。

阻塞IO、非阻塞IO、 多路复用、信号驱动IO都属于同步IO。

  • 阻塞IO是发现结果没返回，会挂起线程，直到结果返回。
  • 非阻塞IO是会不断轮询询问是否完成、
  • 多路复用IO是阻塞IO的一种，但他只有一个监听线程在阻塞， 当有某个事件结果返回，再进行对应处理。
  • 信号驱动IO和异步IO有点像， 但是异步IO是数据已经被传回到调用方了，然后通知， 而信号驱动IO只通知完成了，但是数据还要调用方重新阻塞式地去获取。

Linux系统下实现高并发编程时仍以多路复用IO模型为主。

网关里， zuul1.0网关是用阻塞IO模型，碰到IO密集型就很浪费上下文切换的性能， zuul2.0基于netty-server实现异步IO模型处理请求， 性能提升20%。可以自行指定 select、epoll等并发模型。

网关应该尽可能轻量、 成熟、 更成熟健壮的物理设施。

2.3 BFF网关

网关会针对不同的前端，聚合不同的服务，提供不同的接口和网络访问协议支持（例如http和grpc都能提供）

3 客户端负载均衡

用户客户端请求->某地域机房ip所在的服务网关->选择发往对应业务服务所属的负载均衡器->发给真正的服务

其中第三步的“发往业务服务负载均衡器”是有点浪费的， 从机房内网发出的服务请求， 绕道了网络边缘的负载均衡器上了，又重新回了内网。

3.1 客户端负载局衡器

就是在 机房网关->服务负载均衡器->服务节点的这个过程中， 去掉负载均衡器， 直接把负载均衡能力内置到机房网关的能力中。其他要用到负载均衡的场景也可以这样操作不一定局限于网关。

优点：

  • 负载均衡器和服务之间的信息是进程内方法调用，不存在网络开销
  • 不依赖集群边缘的设置，都是集群内部循环
  • 避免了负载局衡器的单点问题。
  • 可以针对每个服务实例单独设置负载均衡策略更灵活

缺点：

  • 负载均衡代码受限于服务本身代码实现， 如果是go、python等会导致不得不适配多份负载均衡代码
  • 负载均衡器会占用服务的一部分资源或者互相影响
  • 当服务被攻破， 下游所有节点的信息也暴露，信任关系不安全
  • 经常要轮询、上线、下线，负担不小

3.2 代理负载均衡器

基于k8s、docker部署的服务， 一般都有一个pod， 选择在pod的边缘部署一个代理负载均衡器（也叫边车代理），相当于是同一个节点内，部署了一个进程。是服务网格的一个概念。

好处

  • 不再受语言限制
  • 避免服务进程要频繁轮询造成浪费， 直接让控制平面给pod的边车代理
  • 更安全也更容易实现对调用链路的详细统计。

3.3 地域和区域

region是地域的概念。

集群内部流量不会跨地域。

zone是区域的概念， 地理上是同一个地域，但是地域内可能放了不同的机房，每个大机房就是一个区域。

如果追求高可用，则系统要部署在多个区域中。

如果追去低延迟， 则应该所有服务都在同一个区域中。

相关思考

本文讲了关于服务发现的很多干货内容，核心内容为服务发现组件的选择、网关的介绍、 客户端侧如何发给已发现的服务。如果准备进行服务发现的选型工作，可以仔细阅读原文进行学习和了解。

文中关于注册中心的实现原理有很多种类型， 其中有提到一个k8s里用的 coreDNS。那部分笔记中关于coreDns的原理 比较少。而华为云的CCE容器引擎就包含了CoreDNS插件，他们的产品资料中给出的路由请求流程如下：

另外对于专门用于服务发现的框架和工具，华为云的CSE微服务引擎里关于服务注册发现的示意图如下：

微服务启动时，将实例信息注册到CSE，微服务需要调用其他微服务的接口时，从CSE查询实例信息，并将实例信息缓存到本地，缓存会通过事件通知、定时查询等机制更新；通过本地缓存的地址信息，实现微服务之间的点到点调用。

同时也支持基于上述提到的3个服务发现代表，实现优化上下线的能力：

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