SpringCloud源码学习笔记3——Nacos服务注册源码分析

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系列文章目录和关于我

一丶基本概念&Nacos架构

1.为什么需要注册中心

  • 实现服务治理、服务动态扩容，以及调用时能有负载均衡的效果。

    如果我们将服务提供方的ip地址配置在服务消费方的配置文件中，当服务提供方实例上线下线，消费方都需要重启服务，导致二者耦合度过高。注册中心就是在二者之间加一层，实现解耦合。

  • 健康检查和服务摘除：主动的检查服务健康情况，对于宕机的服务将其摘除服务列表

2.Nacos 的架构

  • Naming Service ：注册中心，提供服务注册，注销，管理
  • Config Service：配置中心，Nacos 配置中心为服务配置提供了编辑、存储、分发、变更管理、历史版本管理等功能，并且支持在实例运行中，更改配置。
  • OpenAPI：nacos对外暴露的接口，Provider App(服务提供者)就是调用这里的接口，实现将自己注册到nacos，Consumer App(服务消费者)也是使用这里的接口拉去配置中心中的服务提供者的信息。

3.nacos数据模型

二丶nacos注册中心简单使用

我们使用nacos作为注册中心，只需要下载nacos提供的jar包并运行启动nacos服务，然后在服务提供者，消费者中引入spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery，并配置spring.cloud.nacos.discovery.server-addr=nacos服务启动的地址，即可在nacos可视化界面看到：

那么服务是如何注册到nacos的昵？

三丶服务注册源码分析

当我们服务引入spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery,便可以实现自动进行注册，这是因为在spring.facotries中自动装配了NacosServiceRegistryAutoConfiguration

SpringBoot源码学习1——SpringBoot自动装配源码解析+Spring如何处理配置类的

1.NacosServiceRegistryAutoConfiguration 引入了哪些类

点进NacosServiceRegistryAutoConfiguration 源码中，发现它注入了一下三个类

1.1.NacosServiceRegistry

  • ServiceInstance 表示的是服务发现中的一个实例

    这个接口定义了类似于getHost,getIp获取注册实例host，ip等方法，是springcloud定义的规范接口

  • Registration一个标记接口，ServiceRegistry这里面的R泛型就是Registration

    是springcloud定义的规范接口

  • ServiceRegistry 服务注册，定义如何向注册中心进行注册，和取消注册

    这个接口定义了register服务注册,deregister服务取消注册等方法，入参是Registration。它是springcloud定义的规范接口。

spring cloud 定义了诸多规范接口，无论是服务注册，还是负载均衡，让其他中间件实现
  • NacosServiceRegistry nacos服务注册接口，实现了ServiceRegistry，定义了如何注册，如何取消注册，维护服务状态等。

1.2.NacosRegistration

NacosRegistration 是 Registration的实现类，象征着一个Nacos注册中心的服务，也就是我们自己写的springboot服务

1.3.NacosAutoServiceRegistration

  • AutoServiceRegistration一个标记接口，表示当前类是一个自动服务注册类
  • AbstractAutoServiceRegistration 实现了ApplicationListener,监听WebServerInitializedEvent web服务初始化结束事件，在ApplicationListener#onApplicationEvent中进行服务注册
  • NacosAutoServiceRegistration使用NacosServiceRegistry将NacosRegistration的注册到nacos注册中心

一通分析之后，可以看到NacosAutoServiceRegistration 是最核心的类，它负责监听事件，调用NacosServiceRegistry，将服务注册到注册中心。

2.AbstractAutoServiceRegistration 监听事件进行注册

此类是SpringCloud提供的模板类，让市面上众多注册中心中间件实现它，快速接入SpringCloud生态。

2.1 WebServerInitializedEvent 从何而来

AbstractAutoServiceRegistration想响应WebServerInitializedEvent ，那么WebServerInitializedEvent 是哪儿发出的昵？

在WebServerStartStopLifecycle#start方法

WebServerStartStopLifecycle实现了Lifecycle，在spring容器刷新结束的时候，会使用LifecycleProcessor调用所以Lifecycle#start，从而发送ServletWebServerInitializedEvent(WebServerInitializedEvent子类)推送事件

Reactive的springboot上下文则是由WebServerStartStopLifecycle推送ReactiveWebServerInitializedEvent事件，原理一样，如下图

2.2 NacosAutoServiceRegistration如何进行服务注册

AbstractAutoServiceRegistration在响应事件后，会调用bind方法，进而调用register进行服务注册，这里就会调用到NacosAutoServiceRegistration#register

那么到底如何进行服务注册？

可以看到直接调用NacosServiceRegistry#register(NacosRegistration)进行服务注册

3.NacosServiceRegistry 服务注册

可以看到这里使用NamingService将Instance进行注册

  • NamingService,nacos框架中的类，负责服务注册和取消注册
  • Instance,nacos框架中的类，定义一个服务，记录ip，端口等信息
可以看到nacos有自己一套东西，脱离springcloud，也可以使用，这就是松耦合

下面我们看下NamingService是如何进行服务注册的

  • 如果是临时实例，会使用ScheduledThreadPoolExecutor,每5秒发送一次心跳，发送心跳即请求nacos注册中心/instance/beat接口

  • 然后调用NamingProxy 进行服务注册

    最终底层通过Http请求的方式，请求nacos服务的/nacos/v1/ns/instance。

4.nacos注册中心如何处理服务注册的请求

上面一通分析，我们直到了springboot服务是如何启动的时候，自动进行服务注册的，如何进行服务注册的，但是nacos服务端是如何响应注册请求的的昵

  • 从请求中拿实例信息

    主要包含上述这些字段。

  • ServiceManager#registerInstance

    服务注册的逻辑主要在addInstance方法中

    首先根据待注册服务的namespaceId命名中间id，serviceName服务名称，ephemeral是否临时服务构建出一个key，由于我们是一个临时实例，key最终为com.alibaba.nacos.naming.iplist.ephemeral + namespaceId ## + serviceName

    然后调用ConsistencyService一致性协议服务#put进行注册，这里和Nacos支持AP，CP架构有关，后续我们分析到一致性协议再补充。

    这里会调用到DelegateConsistencyServiceImpl(一致性协议门面)他会根据key中的是临时实例，还是非临时实例，选择协议，最终选择到DistroConsistencyServiceImpl,继续调用put方法

    可以看到DistroConsistencyServiceImpl（Distro一致性协议服务）会同步到nacos集群中的其他实例，这部分我们后续分析，我们重点看下onPut，看看nacos服务到底如何注册。

    至此服务注册请求结束了，只是将注册请求信息包装成了任务加入到Notifier的任务队列中。

5.nacos 服务注册表结构

在看怎么处理阻塞队列中的任务前，我们看下nacos的注册表结构

对应ServiceManager中的serviceMap属性

/**
 * key 是命名空间
 * value 是 分组名称和Service服务的map
 *
 */
private final Map> serviceMap = new ConcurrentHashMap();

//Service结构如下
//集群和集群对象组成map
private Map clusterMap = new HashMap();

//Cluster 中的属性记录所有实例Instance的集合

6.nacos服务注册异步任务队列处理注册任务

上面分析到最终服务注册请求被包装放到Notifier的任务队列中。我们看下任务队列的任务在哪里被拿出来消费。

Notifier实现了Runnable，在DistroConsistencyServiceImpl中使用@PostConstruct将它提交到了调度线程池中。

也就是说会有一个单线程调用Notifier#run

后续会调用到Service#onChange，其updateIPs方法会更新实例的ip地址

// 这里 instances 里面就包含了新实例对象
// ephemeral 为 ture，临时实例
public void updateIPs(Collection instances, boolean ephemeral) {

    // clusterMap 对应集群的Map
    Map> ipMap = new HashMap(clusterMap.size());
    // 把集群名字都放入到ipMap里面，value是一个空的ArrayList
    for (String clusterName : clusterMap.keySet()) {
        ipMap.put(clusterName, new ArrayList());
    }

    // 遍历全部的Instance，这个List 包含了之前已经注册过的实例，和新注册的实例对象
    // 这里的主要作用就是把相同集群下的 instance 进行分类
    for (Instance instance : instances) {
        try {
          
            // 判断客户端传过来的是 Instance 中，是否有设置 ClusterName
            if (StringUtils.isEmpty(instance.getClusterName())) {
                // 如果没有，就给ClusterName赋值为 DEFAULT
                instance.setClusterName(UtilsAndCommons.DEFAULT_CLUSTER_NAME);
            }

            // 判断之前是否存在对应的 ClusterName，如果没有则需要创建新的 Cluster 对象
            if (!clusterMap.containsKey(instance.getClusterName())) {
                // 创建新的集群对象
                Cluster cluster = new Cluster(instance.getClusterName(), this);
                cluster.init();
                // 放入到集群 clusterMap 当中
                getClusterMap().put(instance.getClusterName(), cluster);
            }

            // 通过集群名字，从 ipMap 里面取
            List clusterIPs = ipMap.get(instance.getClusterName());
            // 只有是新创建集群名字，这里才会为空，之前老的集群名字，在方法一开始里面都 value 赋值了 new ArrayList对象
            if (clusterIPs == null) {
                clusterIPs = new LinkedList();
                ipMap.put(instance.getClusterName(), clusterIPs);
            }

            // 把对应集群下的instance，添加进去
            clusterIPs.add(instance);
        } catch (Exception e) {
        }
    }

    // 分好类之后，针对每一个 ClusterName ，写入到注册表中
    for (Map.Entry> entry : ipMap.entrySet()) {
        // entryIPs 已经是根据ClusterName分好组的实例列表
        List entryIPs = entry.getValue();
        
        // 对每一个 Cluster 对象修改注册表  ->updateIps
        clusterMap.get(entry.getKey()).updateIps(entryIPs, ephemeral);
    }

}

针对每一个集群分别进行Cluster#updateIps

public void updateIps(List ips, boolean ephemeral) {

    // 先判断是否是临时实例
    // ephemeralInstances 临时实例
    // persistentInstances 持久化实例
    // 把对应数据先拿出来，放入到 新创建的 toUpdateInstances 集合中
    Set toUpdateInstances = ephemeral ? ephemeralInstances : persistentInstances;

    // 先把老的实例列表复制一份 ， 先复制一份新的
    //写时复制，先复制一份
    HashMap oldIpMap = new HashMap(toUpdateInstances.size());
    for (Instance ip : toUpdateInstances) {
        oldIpMap.put(ip.getDatumKey(), ip);
    }

    //省略了同步到其他nacos服务的代码。。。
    
    // 最后把传入进来的实例列表，重新初始化一个 HaseSet，赋值给toUpdateInstances
    toUpdateInstances = new HashSet(ips);
    
    // 判断是否是临时实例
    if (ephemeral) {
        // 直接把之前的实例列表替换成新的
        ephemeralInstances = toUpdateInstances;
    } else {
        persistentInstances = toUpdateInstances;
    }
}

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