Spring Cloud Alibaba-02-Nacos Discovery服务治理及负载均衡

Lison , v1.0.0, 2023.05.10

Spring Cloud Alibaba-02-Nacos Discovery服务治理及负载均衡

服务治理介绍

先来思考一个问题

通过上一章的操作，我们已经可以实现微服务之间的调用。但是我们把服务提供者的网络地址 (ip，端口)等硬编码到了代码中，这种做法存在许多问题:

一旦服务提供者地址变化，就需要手工修改代码

一旦是多个服务提供者，无法实现负载均衡功能

一旦服务变得越来越多，人工维护调用关系困难

那么应该怎么解决呢， 这时候就需要通过注册中心动态的实现服务治理。

什么是服务治理

服务治理是微服务架构中最核心最基本的模块。用于实现各个微服务的自动化注册与发现。

服务注册:在服务治理框架中，都会构建一个注册中心，每个服务单元向注册中心登记自己提供服务的详细信息。并在注册中心形成一张服务的清单，服务注册中心需要以心跳的方式去监测清单中的服务是否可用，如果不可用，需要在服务清单中剔除不可用的服务。

服务发现:服务调用方向服务注册中心咨询服务，并获取所有服务的实例清单，实现对具体服务实例的访问

通过上面的调用图会发现，除了微服务，还有一个组件是服务注册中心，它是微服务架构非常重要 的一个组件，在微服务架构里主要起到了协调者的一个作用。注册中心一般包含如下几个功能:

1. 服务发现:
   服务注册:保存服务提供者和服务调用者的信息
   服务订阅:服务调用者订阅服务提供者的信息，注册中心向订阅者推送提供者的信息
2. 服务配置:
   配置订阅:服务提供者和服务调用者订阅微服务相关的配置
   配置下发:主动将配置推送给服务提供者和服务调用者
3. 服务健康检测：
   检测服务提供者的健康情况，如果发现异常，执行服务剔除

常见的注册中心

Zookeeper

zookeeper是一个分布式服务框架，是Apache Hadoop 的一个子项目，它主要是用来解决分布式 应用中经常遇到的一些数据管理问题，如:统一命名服务、状态同步服务、集群管理、分布式应用 配置项的管理等。

Eureka

Eureka是Springcloud Netflix中的重要组件，主要作用就是做服务注册和发现。但是现在已经闭 源

Consul

Consul是基于GO语言开发的开源工具，主要面向分布式，服务化的系统提供服务注册、服务发现 和配置管理的功能。Consul的功能都很实用，其中包括:服务注册/发现、健康检查、Key/Value 存储、多数据中心和分布式一致性保证等特性。Consul本身只是一个二进制的可执行文件，所以 安装和部署都非常简单，只需要从官网下载后，在执行对应的启动脚本即可。

Nacos

Nacos是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。它是 Spring Cloud Alibaba 组件之一，负责服务注册发现和服务配置，可以这样认为nacos=eureka+config。

Nacos介绍

• Nacos是SpringCloudAlibaba架构中最重要的组件。
• Nacos 是一个更易于帮助构建云原生应用的动态服务发现、配置和服务管理平台，提供注册中心、配置中心和动态 DNS 服务三大功能。能够无缝对接Springcloud、Spring、Dubbo等流行框架。
• nacos和eureka功能对比

功能模块	Nacos	Eureka	功能说明
注册中心	√	√	服务治理，服务中心化注册
配置中心	√	×	eureka需要配合springcloud config实现
配置动态刷新	√	×	nacos通过netty保持tcp长链接进行推送，eureka需要配合mq实现配置动态
可用区az	√	√	对服务集群划分不同区域，实现区域隔离，并提供灾难级自动切换
分组	√	×	nacos根据不同的业务、环境进行分组管理（namespace,group
元数据	√	√	提供服务标签数据（环境、服务标识）
权重	√	×	nacos提供权重设置，调整承载流量压力
健康检查	√	√	nacos提供服务端或者客户端发起的健康监测，eureka是有客户端发起心跳
负载均衡	√	√	均提供负载均衡策略，eureka采用ribbon

• nacos支持a（高可用）p（分区容错）和c（一致性）p的切换默认为ap, eureka仅支持ap，zookeeper仅支持c

nacos能做什么？

• 服务注册发现和服务健康监测：Nacos支持基于DNS和基于RPC的服务发现，服务端可以通过SDK或者Api进行服务注册，相应的服务消费者可以使用DNS或者Http查找的方式获取服务列表。Nacos同时提供对服务的实时健康检查，阻止想不健康的主机或服务发送请求，与Eureka类似Nacos也有友好的控制台界面。
• 动态DNS服务：支持权重路由，更容易地实现中间层负载均衡、更灵活的路由策略、流量控制以及数据中心内网的简单DNS解析服务。
• 动态配置服务：接触过SpringCloud应该对config有所了解，那么配置中心也就很好理解，Nacos支持动态的配置管理，将服务的配置信息分环境分类别外部管理，并且支持热更新。不过与Config不同Nacos的配置信息存储与数据库中，支持配置信息的监听和版本回滚。
• 服务及元数据管理：Nacos 能让您从微服务平台建设的视角管理数据中心的所有服务及元数据，包括管理服务的描述、生命周期、服务的静态依赖分析、服务的健康状态、服务的流量管理、路由及安全策略、服务的 SLA （服务等级协议）以及最首要的 metrics 统计数据（默认不开启暴露需要修改配置）。可以搭建搭建prometheus采集Nacos metrics数据也可以搭建搭建grafana图形化展示metrics数据

Nacos下载安装

**官网网址：**https://nacos.io/zh-cn/index.html

官网文档网址：https://nacos.io/zh-cn/docs/quick-start.html

**注意：**使用官网推荐的稳定版本：下载地址：https://github.com/alibaba/nacos/releases

执行命令

Linux/Unix/Mac

启动命令(standalone代表着单机模式运行，非集群模式):

sh startup.sh -m standalone

Windows

启动命令(standalone代表着单机模式运行，非集群模式):

startup.cmd -m standalone

执行结果

验证

得到结果以后为了验证是否成功开启Nacos，我们需要访问：http://localhost:8848/nacos

出现此界面表示已经成功启动Nacos，默认的账号密码是：nacos/nacos

引入Nacos Discovery进行服务注册/发现

服务发现是微服务架构中的关键组件之一。在这样的架构中，手动为每个客户端配置服务列表可能是一项艰巨的任务，并且使得动态扩展极其困难。Nacos Discovery 帮助您自动将您的服务注册到 Nacos 服务器，Nacos 服务器会跟踪服务并动态刷新服务列表。此外，Nacos Discovery 将服务实例的一些元数据，如主机、端口、健康检查 URL、主页等注册到 Nacos。

学习任何知识我们都需要从它的官方文档入手，所以我们直接来看官网给我们提供的文档：https://spring.io/projects/spring-cloud-alibaba#learn

创建新项目

聚合项目：由于聚合带来的诸多好处，在SpringBoot项目开发中也广泛采用，开发中将SpringBoot项目按照功能分成子模块开发，所以我们在使用Spring Cloud Alibaba完成项目的时候，也是采用聚合项目来完成。

父项目pom

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>


    <parent>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parentartifactId>
        <version>2.2.13.RELEASEversion>
        <relativePath/> 
    parent>

    <groupId>com.lisongroupId>
    <artifactId>spring-cloud-alibaba-buildingartifactId>
    <version>1.0.0-SNAPSHOTversion>
    <packaging>pompackaging>


    <properties>
        <java.version>17java.version>
        <lison.project.version>1.0.0-SNAPSHOTlison.project.version>
        <maven.plugin.version>3.8.1maven.plugin.version>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8project.reporting.outputEncoding>
        <spring-cloud-alibaba-version>2.2.5.RELEASEspring-cloud-alibaba-version>
    properties>

    <modules>
        <module>spring-boot-buildingmodule>
    modules>


    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
            <scope>testscope>
        dependency>
    dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.bootgroupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-pluginartifactId>
            plugin>
        plugins>
    build>
    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
                <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependenciesartifactId>
                <version>${spring-cloud-alibaba-version}version>
                <type>pomtype>
                <scope>importscope>
            dependency>
        dependencies>
    dependencyManagement>

project>

子项目pom

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>
    <parent>
        <groupId>com.lisongroupId>
        <artifactId>spring-cloud-alibaba-buildingartifactId>
        <version>1.0.0-SNAPSHOTversion>
        <relativePath/> 
    parent>
    <groupId>com.lisongroupId>
    <artifactId>spring-boot-buildingartifactId>
    <version>${lison.project.version}version>
    <name>${project.artifactId}name>
    <packaging>jarpackaging>
    <properties>
        <java.version>1.8java.version>
    properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
            <scope>testscope>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discoveryartifactId>
        dependency>
    dependencies>

project>

子项目yml

server:
  port: 18000
spring:
  application:
    name: spring-boot-building

  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

management:
  endpoint:
    web:
      exposure:
        include:'*'

启动类

package com.lison.springbootbuilding;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.client.discovery.EnableDiscoveryClient;

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class SpringBootBuildingApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringBootBuildingApplication.class, args);
    }

}

测试

注意，在启动项目前一定要启动Nacos

Nacos服务消费者和负载均衡

什么是负载均衡

通俗的讲， 负载均衡就是将负载(工作任务，访问请求)进行分摊到多个操作单元(服务器,组件)上进行执行。
根据负载均衡发生位置的不同,一般分为服务端负载均衡和客户端负载均衡。 服务端负载均衡指的是发生在服务提供者一方,比如常见的nginx负载均衡而客户端负载均衡指的是发生在服务请求的一方，也就是在发送请求之前已经选好了由哪个实例处理请求。

我们在微服务调用关系中一般会选择客户端负载均衡，也就是在服务调用的一方来决定服务由哪个提供者执行

负载均衡

创建一个spring-cloud-service 服务

pom.xml配置

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0modelVersion>
    <parent>
        <groupId>com.lisongroupId>
        <artifactId>spring-cloud-alibaba-buildingartifactId>
        <version>1.0.0-SNAPSHOTversion>
        <relativePath/> 
    parent>
    <groupId>com.lisongroupId>
    <artifactId>spring-cloud-serviceartifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
    <name>spring-cloud-servicename>
    <description>spring-cloud-servicedescription>
    <properties>
        <java.version>1.8java.version>
    properties>


    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starterartifactId>
        dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-testartifactId>
            <scope>testscope>
        dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discoveryartifactId>
        dependency>
    dependencies>



    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.pluginsgroupId>
                <artifactId>maven-antrun-pluginartifactId>
                <executions>
                    <execution>
                        <phase>packagephase>
                        <goals>
                            <goal>rungoal>
                        goals>
                        <configuration>
                            <tasks>
                                
                                <copy overwrite="true"
                                      tofile="${session.executionRootDirectory}/target/${project.artifactId}.jar"
                                      file="${project.build.directory}/${project.artifactId}.jar" />
                            tasks>
                        configuration>
                    execution>
                executions>
            plugin>
        plugins>
    build>

project>

yml配置

server:
  port: 18001
spring:
  application:
    name: spring-cloud-service

  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848

management:
  endpoint:
    web:
      exposure:
        include:'*'

启动类

package com.lison.springcloudservice;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.client.discovery.EnableDiscoveryClient;

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class SpringCloudServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringCloudServiceApplication.class, args);
    }

}

接下来开始修改 spring-cloud-service模块的代码， 将其注册到nacos服务上

基于Ribbon实现负载均衡

Ribbon是Spring Cloud的一个组件， 它可以让我们使用一个注解就能轻松的搞定负载均衡

1、在RestTemplate 的生成方法上添加@LoadBalanced注解

@Bean
@LoadBalanced
public RestTemplate restTemplate() {
    return new RestTemplate();
}

2、修改服务调用的方法

@RestController
public class TestController {
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @GetMapping(value = "/naocs/consumer")
    public String getServerPort(){

        return restTemplate.getForObject( "http://spring-cloud-service/getServerProd",String.class);

    }
}

3、通过idea再启动一个 spring-cloud-service 微服务，设置其端口为18011

4、通过nacos查看微服务的启动情况

Ribbon支持的负载均衡策略

Ribbon内置了多种负载均衡策略,内部负载均衡的顶级接口为 com.netflix.loadbalancer.IRule , 具体的负载策略如下图所示:

策略名	策略描述	实现说明
BestAvailableRule	选择一个最小的并发 请求的server	逐个考察Server，如果Server被 tripped了，则忽略，在选择其中 ActiveRequestsCount最小的serve
AvailabilityFilteringRule	过滤掉那些因为一直 连接失败的被标记为 circuit tripped的后 端server，并过滤掉 那些高并发的的后端 server(active connections 超过配 置的阈值)	使用一个AvailabilityPredicate来包含 过滤server的逻辑，其实就就是检查 status里记录的各个server的运行状态
WeightedResponseTimeRule	根据相应时间分配一 个weight，相应时 间越长，weight越 小，被选中的可能性 越低。	一个后台线程定期的从status里面读 取评价响应时间，为每个server计算 一个weight。Weight的计算也比较简 单responsetime 减去每个server自己 平均的responsetime是server的权 重。当刚开始运行，没有形成statas 时，使用roubine策略选择server。
RetryRule	对选定的负载均衡策略机上重试机制。	在一个配置时间段内当选择server不 成功，则一直尝试使用subRule的方 式选择一个可用的server
RoundRobinRule	轮询方式轮询选择 server	轮询index，选择index对应位置的 server
RandomRule	随机选择一个server	在index上随机，选择index对应位置 的server
ZoneAvoidanceRule	复合判断server所在 区域的性能和server 的可用性选择server	使用ZoneAvoidancePredicate和 AvailabilityPredicate来判断是否选择 某个server，前一个判断判定一个 zone的运行性能是否可用，剔除不可 用的zone(的所有server)， AvailabilityPredicate用于过滤掉连接 数过多的Server。

我们可以通过修改配置来调整Ribbon的负载均衡策略，具体代码如下：

spring-cloud-service: # 调用的提供者的名称 
	ribbon: 
   		NFLoadBalancerRuleClassName: com.netflix.loadbalancer.RandomRule

基于Feign实现服务调用

什么是Feign

Feign是Spring Cloud提供的一个声明式的伪Http客户端， 它使得调用远程服务就像调用本地服务 一样简单， 只需要创建一个接口并添加一个注解即可。

Nacos很好的兼容了Feign， Feign默认集成了 Ribbon， 所以在Nacos下使用Fegin默认就实现了负 载均衡的效果。

Feign的使用

1、加入Feign依赖

 
<dependency> 
    <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-openfeignartifactId>
dependency>

2、在主类上添加Fegin的注解

@SpringBootApplication 
@EnableDiscoveryClient 
@EnableFeignClients
//开启Fegin

3创建一个service， 并使用Fegin实现微服务调用

@FeignClient("spring-cloud-service")
public interface ITestService {
    //指定调用提供者的哪个方法
    @GetMapping(value = "/getServerProd")
    String getServerPort();
}

4、修改controller代码，并启动验证

@RestController
public class TestController {
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @Autowired
    private ITestService iTestService;

    @GetMapping(value = "/naocs/consumer")
    public String getServerPort(){

        return iTestService.getServerPort();

    }
}

5、重启buding微服务,访问：http://127.0.0.1:18000/naocs/consumer 查看效果