Nacos 集群的工作原理

官方推薦用戶把所有服務(wù)列表放到一個(gè)vip下面，然后掛到一個(gè)域名下面。

域名 + SLB模式(內(nèi)網(wǎng)SLB，不可暴露到公網(wǎng)，以免帶來安全風(fēng)險(xiǎn))，可讀性好，而且換ip方便，推薦模式:

Nacos 集群架構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

微服務(wù)并不是直接通過 IP 地址訪問后端服務(wù)，而是采用域名訪問。通過 DNS（域名解析服務(wù)）轉(zhuǎn)換為具體的 IP 地址，通過域名方式屏蔽后端容易產(chǎn)生變化的 IP 地址。

底層 Nacos 自帶集群間節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)同步方案，因此需要 Nacos 節(jié)點(diǎn)對外暴露 8848 與 7848 端口。其中 8848 端口的作用是對外暴露 API 與集群間數(shù)據(jù)同步，而 7848 端口則用于節(jié)點(diǎn)選舉來確定集群領(lǐng)袖（Leader）。同時(shí) Nacos 在集群環(huán)境下需要持久化應(yīng)用配置、用戶權(quán)限、歷史信息等內(nèi)置數(shù)據(jù)，因此需要額外部署 MySQL 數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一存儲。

在 Nacos 層面，每一臺服務(wù)器都有獨(dú)立的 IP。我們并不建議直接將物理 IP 對外暴露，而是額外增加 VIP（虛擬 IP），通過 DNS 服務(wù)綁定 VIP，這樣的好處是通過 VIP 屏蔽了Nacos集群實(shí)際的物理IP地址，同時(shí)為訪問者提供了統(tǒng)一的接入入口，使微服務(wù)的注冊接入和Nacos 集群實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)彼此解耦，提高架構(gòu)的維護(hù)性。

Nacos集群部署

Linux部署

第一步，環(huán)境準(zhǔn)備。

Nacos 因?yàn)檫x舉算法的特殊性，要求最少三個(gè)節(jié)點(diǎn)才能組成一個(gè)有效的集群。一般選舉算法都建議奇數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)，2個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性可能無法保障。

Nacos 采用 Raft 選舉算法構(gòu)成集群

配置需要：

官方建議最低運(yùn)行內(nèi)存：

準(zhǔn)備三臺服務(wù)器（虛擬機(jī)），在這三個(gè)節(jié)點(diǎn)上安裝好 JDK1.8，并配置 JAVA_HOME 環(huán)境變量。

此外還需要額外部署一臺 MySQL 數(shù)據(jù)庫用于保存 Nacos 的配置管理、權(quán)限控制信息。這里推薦版本為 MySQL5.7 或者 MySQL 8.0。

第二步，下載安裝 Nacos。

下載 Nacos 2.0.2 版本，上傳到每一臺 CentOS 服務(wù)器的 /usr/data 目錄下，執(zhí)行解壓縮命令，生成 Nacos 目錄

tar-xvfnacos-server-2.0.2.tar.gz

第三步，配置數(shù)據(jù)庫。

使用任意 MySQL 客戶端工具連接到 MySQL 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，創(chuàng)建名為nacos_config的數(shù)據(jù)庫，之后使用 MySQL 客戶端執(zhí)行 /usr/data/nacos/conf/nacos-mysql.sql 文件，完成建表工作。

nacos_config 數(shù)據(jù)庫初始化腳本

nacos_config 表結(jié)構(gòu)

相關(guān)表說明：

config_* ：所有 config_ 開頭的表都是 Nacos 配置中心使用時(shí)保存應(yīng)用配置的表。

users：系統(tǒng)用戶表，在集群環(huán)境下用戶信息保存在 users 表中，而非在配置文件中。

roles：系統(tǒng)角色表，Nacos 的權(quán)限基于 RBAC（基于角色的訪問控制）模型設(shè)計(jì)，此表保存角色數(shù)據(jù)。

permissions: 系統(tǒng)權(quán)限表，說明角色與系統(tǒng)使用權(quán)限的對應(yīng)關(guān)系。

第四步，配置 Nacos 數(shù)據(jù)源。

依次打開 3 臺 Nacos 服務(wù)器中的核心配置文件 application.properties，文件路徑如下：

/usr/data/nacos/conf/application.properties

定位到 36 行 Count of DB “數(shù)據(jù)源”配置附近，默認(rèn)數(shù)據(jù)源配置都被#號注釋，刪除注釋按下方示例配置數(shù)據(jù)源即可。

>基于SpringBoot+MyBatisPlus+Vue&Element實(shí)現(xiàn)的后臺管理系統(tǒng)+用戶小程序，支持RBAC動(dòng)態(tài)權(quán)限、多租戶、數(shù)據(jù)權(quán)限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能
>
>*項(xiàng)目地址：
>*視頻教程：

#設(shè)置數(shù)據(jù)庫平臺為mysql
spring.datasource.platform=mysql

>基于SpringCloudAlibaba+Gateway+Nacos+RocketMQ+Vue&Element實(shí)現(xiàn)的后臺管理系統(tǒng)+用戶小程序，支持RBAC動(dòng)態(tài)權(quán)限、多租戶、數(shù)據(jù)權(quán)限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能
>
>*項(xiàng)目地址：
>*視頻教程：

#CountofDB:數(shù)據(jù)庫總數(shù)
db.num=1
#ConnectURLofDB:數(shù)據(jù)庫連接,根據(jù)你的實(shí)際情況調(diào)整
db.url.0=jdbc//xxx:3306/nacos_config?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true&useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=UTC
db.user=root
db.password=root

第五步，Nacos 集群節(jié)點(diǎn)配置

在 /nacos/config 目錄下提供了集群示例文件cluster.conf.example

通過 cluster.conf.example 創(chuàng)建集群節(jié)點(diǎn)列表

首先利用復(fù)制命令創(chuàng)建 cluster.conf 文件。

cpcluster.conf.examplecluster.conf

之后打開 cluster.conf，添加所有 Nacos 集群節(jié)點(diǎn) IP 及端口。

ip1:8848
ip2:8848
ip3:8848

每個(gè)nacos服務(wù)器上都需要設(shè)置cluster.conf文件，Nacos 通過 cluster.conf 了解集群節(jié)點(diǎn)的分布情況。

第六步，啟動(dòng) Nacos 服務(wù)器。

在 3 臺 Nacos 節(jié)點(diǎn)上分別執(zhí)行下面的啟動(dòng)命令。

sh/usr/local/nacos/bin/startup.sh

注意，集群模式下并不需要增加“-m”參數(shù)，默認(rèn)就是以集群方式啟動(dòng)。

啟動(dòng)時(shí)可以通過 tail 命令觀察啟動(dòng)過程。

tail-f/usr/local/nacos/logs/start.out

啟動(dòng)日志關(guān)鍵內(nèi)容如下：

#-Xms2g-Xmx2g默認(rèn)運(yùn)行時(shí)JVM要求2G可用內(nèi)存
/usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.275.b01-0.el7_9.x86_64/bin/java-server-Xms2g-Xmx2g...
...
#列出Nacos所有集群節(jié)點(diǎn)
INFOTheserverIPlistofNacosis[xxx1:8848,xxx2:8848,xxx3:8848]
...
#Nacos正在啟動(dòng)
INFONacosisstarting...
...
#集群模式啟動(dòng)成功，采用外置存儲MySQL數(shù)據(jù)庫
INFONacosstartedsuccessfullyinclustermode.useexternalstorage

當(dāng)確保所有節(jié)點(diǎn)均啟動(dòng)成功

登錄后便可看到集群列表。

所有節(jié)點(diǎn)均已上線

UP 代表節(jié)點(diǎn)已就緒，DOWN 代表節(jié)點(diǎn)已離線，目前所有節(jié)點(diǎn)均已就緒。

第七步，微服務(wù)接入。

在開發(fā)好的微服務(wù)程序中，在 application.properties 配置 Nacos 集群的任意節(jié)點(diǎn)都可以完成接入工作，Nacos 內(nèi)置的數(shù)據(jù)同步機(jī)制會(huì)保證各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)一致性。

#應(yīng)用名稱，默認(rèn)也是在微服務(wù)中注冊的微服務(wù)ID
spring.application.name=sample-service
#配置ip1/ip2/ip3都可以接入Nacos
spring.cloud.nacos.discovery.server-addr=ip1:8848,ip2:8848,ip3:8848
#連接Nacos服務(wù)器使用的用戶名、密碼，默認(rèn)為nacos
spring.cloud.nacos.discovery.username=nacos
spring.cloud.nacos.discvery.password=nacos
#微服務(wù)提供Web服務(wù)的端口號
server.port=9000

啟動(dòng)微服務(wù)后，訪問下面三個(gè) URL，會(huì)發(fā)現(xiàn)服務(wù)列表的結(jié)果是一致的，這也證明集群模式下 Nacos 能夠保證各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同步。

http://ip1:8848/nacos/#/serviceManagement?dataId=&group=&appName=&namespace=
http://ip2:8848/nacos/#/serviceManagement?dataId=&group=&appName=&namespace=
http://ip3:8848/nacos/#/serviceManagement?dataId=&group=&appName=&namespace=

到這里 Nacos 集群的主體配置工作已完成，但僅會(huì)部署是遠(yuǎn)不夠的，我們還需了解集群的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制。

docker部署（參考待驗(yàn)證）

Nacos 集群的工作原理

Nacos 集群中 Leader 節(jié)點(diǎn)是如何產(chǎn)生的

Nacos 集群采用 Raft 算法實(shí)現(xiàn)。它是一種比較簡單的選舉算法，用于選舉出 Nacos 集群中最重要的 Leader（領(lǐng)導(dǎo)）節(jié)點(diǎn)。

在 Nacos 集群中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有以下三種角色中的一種。

Leader ：領(lǐng)導(dǎo)者，集群中最重要的角色，用于向其他節(jié)點(diǎn)下達(dá)指令。

Candidate ：參選者，參與競選 Leader 的節(jié)點(diǎn)。

Follower ：跟隨者，用于接收來自 Leader 或者 Candidate 的請求并進(jìn)行處理。

在集群中選舉出 Leader 是最重要的工作，產(chǎn)生選舉的時(shí)機(jī)有三個(gè)：

在 Nacos 節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)后，還沒有產(chǎn)生Leader時(shí)選舉；

集群成員總量變更時(shí)重新選舉；

當(dāng) Leader 停止服務(wù)后重新選舉。

在開始介紹選舉過程前，先理解任期（Term）的含義:

Raft 算法將時(shí)間劃分成為任意不同長度的任期（Term）。任期用連續(xù)的數(shù)字進(jìn)行表示。每一個(gè)任期的開始都是一次選舉（Election），一個(gè)或多個(gè)候選人會(huì)試圖成為 Leader。

為了便于理解，我們使用文字+表格的形式說明選舉過程。

1.當(dāng)最開始的時(shí)候，所有 Nacos 節(jié)點(diǎn)都沒有啟動(dòng)。角色默認(rèn)為 Follower（跟隨者），任期都是 0。

2.當(dāng)?shù)谝粋€(gè)節(jié)點(diǎn)（ip1）啟動(dòng)后，節(jié)點(diǎn)角色會(huì)變?yōu)?Candidate（參選者），ip1 節(jié)點(diǎn)在每一個(gè)任期開始時(shí)便會(huì)嘗試向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)出投票請求，征求自己能否成為 Leader（領(lǐng)導(dǎo)者）節(jié)點(diǎn)。只有算上自己獲得超過半數(shù)的選票，這個(gè) Candidate 才能轉(zhuǎn)正為 Leader。

在當(dāng)前案例，因?yàn)?ip1 發(fā)起選舉投票，但 ip2/ip3 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不在線，盡管 ip1 會(huì)投自己一票，但在總 3 票中未過半數(shù)，因此無法成為 Leader。因?yàn)榈谝淮芜x舉沒有產(chǎn)生 Leader，過段時(shí)間在下一個(gè)任期開始時(shí)，ip1 任期自增加 1，同時(shí)會(huì)再次向其他節(jié)點(diǎn)發(fā)起投票請求爭取其他節(jié)點(diǎn)同意，直到同意票過半。

3.在 Raft 算法中，成為 Leader 的必要條件是某個(gè) Candidate 獲得過半選票，如果 ip2 節(jié)點(diǎn)上線，遇到 ip1 再次發(fā)起投票。

ip2 投票給 ip1 節(jié)點(diǎn)，ip1 獲得兩票超過半數(shù)就會(huì)成為 Leader，ip2 節(jié)點(diǎn)自動(dòng)成為 Follower（跟隨者）。之后 ip3 節(jié)點(diǎn)上線，因?yàn)榧褐幸延?Leader，因此自動(dòng)成為 Follower。

4.當(dāng) Leader 節(jié)點(diǎn)宕機(jī)或停止服務(wù)，會(huì)在剩余 2 個(gè) Nacos 節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生新的 Leader。如下所示ip3獲得兩票成為 Leader，ip2 成為 Follower，ip1已經(jīng)下線但角色暫時(shí)仍為 Leader。

之后 ip1 恢復(fù)上線，但此時(shí) Nacos 集群已有 Leader 存在，ip1 自動(dòng)變?yōu)?Follower，且任期歸0。

對于 Nacos 集群來說，只要 UP 狀態(tài)節(jié)點(diǎn)不少于"1+N/2"，集群就能正常運(yùn)行。但少于“1+N/2”，集群仍然可以提供基本服務(wù)，但已無法保證 Nacos 各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)一致性。

以上就是 Nacos 基于 Raft 算法的 Leader 選舉過程，確定 Leader 是維持 Nacos 集群數(shù)據(jù)一致的最重要前提，下面咱們來講解在微服務(wù)注冊時(shí) Nacos 集群節(jié)點(diǎn)信息同步的過程。

Nacos 節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)同步過程

Nacos 節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)同步過程：

在 Raft 算法中，只有 Leader 才擁有數(shù)據(jù)處理與信息分發(fā)的權(quán)利。因此當(dāng)微服務(wù)啟動(dòng)時(shí)，假如注冊中心指定為 Follower 節(jié)點(diǎn)，則步驟如下：

第一步，F(xiàn)ollower 會(huì)自動(dòng)將注冊心跳包轉(zhuǎn)給 Leader 節(jié)點(diǎn)；

第二步，Leader 節(jié)點(diǎn)完成實(shí)質(zhì)的注冊登記工作；

第三步，完成注冊后向其他 Follower 節(jié)點(diǎn)發(fā)起“同步注冊日志”的指令；

第四步，所有可用的 Follower 在收到指令后進(jìn)行“ack應(yīng)答”，通知 Leader 消息已收到；

第五步，當(dāng) Leader 接收過半數(shù) Follower 節(jié)點(diǎn)的 “ack 應(yīng)答”后，返回給微服務(wù)“注冊成功”的響應(yīng)信息。

此外，對于其他無效的 Follower 節(jié)點(diǎn)，Leader 仍會(huì)不斷重新發(fā)送，直到所有 Follower 的狀態(tài)與 Leader 保持同步。

審核編輯：劉清