Nacos源码系列—关于服务端那些事儿

作者 |牧小农
来源 | 牧小农（ID：java-mxn）

前言

在上节课中，我们讲解了客户端注册服务的大体流程，客户端在注册服务的时候调用的是 NamingService.registerInstance 来完成实例的注册，在最后呢我们知道服务注册是通过 nacos/v1/ns/instance 接口来完成注册的，我们今天来讲解服务端的注册，首先就从这个接口地址开始，来看具体服务端都做了哪些事情

服务注册

上面是我们从官网中找到的Nacos架构图，从这个图中我们大体可以得出我们要找的接口应该是在NamingService这个服务中，同时我们在项目结构中也可以看到naming这个模块，naming就是实现服务注册的,我们都知道请求路径都是通过controller来进行处理的，而在其中我们可以看到一个InstanceController的这么一个类，那么注册实例肯定会和它有关。可以看到InstanceController类的请求路由即是我们POST请求的路由的部分，如下：

所以，我们就从开始研究接收请求处理服务注册的源码，我们找到通过RestFul API接口，请求类型为Post，的方法，符合条件的只有InstanceController.register方法，这个方法用来接收用户的请求，并且把收到的信息进行解析，装换成实例信息，然后通过getInstanceOperator().registerInstance进行调用，这个方法也是服务注册的核心

    @CanDistro
    @PostMapping
    @Secured(action = ActionTypes.WRITE)
    public String register(HttpServletRequest request) throws Exception {
        //从 request信息中获取namespaceId，如果没有默认为public
        final String namespaceId = WebUtils
                .optional(request, CommonParams.NAMESPACE_ID, Constants.DEFAULT_NAMESPACE_ID);
        //获取服务名称 格式：“group@@serviceName”
        final String serviceName = WebUtils.required(request, CommonParams.SERVICE_NAME);
        NamingUtils.checkServiceNameFormat(serviceName);
        //将request参数还原成instance实例
        final Instance instance = HttpRequestInstanceBuilder.newBuilder()
                .setDefaultInstanceEphemeral(switchDomain.isDefaultInstanceEphemeral()).setRequest(request).build();
        //【核心】注册服务实例
        getInstanceOperator().registerInstance(namespaceId, serviceName, instance);
        return "ok";
    }

我们先来看一下下面这个核心方法

getInstanceOperator().registerInstance(namespaceId, serviceName, instance);

getInstanceOperator() 这个判断是否走Grpc协议，默认走Grpc，所以我们使用的是instanceServiceV2这个实例对象

  private InstanceOperator getInstanceOperator() {
        return upgradeJudgement.isUseGrpcFeatures() ? instanceServiceV2 : instanceServiceV1;
    }

instanceServiceV2就是InstanceOperatorClientImpl，方法所以我们需要进入的是下面这个实例的处理类

具体方法如下所示：

    @Override
    public void registerInstance(String namespaceId, String serviceName, Instance instance) {
        //判断是否为临时客户端
        boolean ephemeral = instance.isEphemeral();
        //获取客户端ID
        String clientId = IpPortBasedClient.getClientId(instance.toInetAddr(), ephemeral);
        //通过客户端ID创建客户端连接
        createIpPortClientIfAbsent(clientId);
        //获取服务信息
        Service service = getService(namespaceId, serviceName, ephemeral);
        //注册服务
        clientOperationService.registerInstance(service, instance, clientId);
    }

从Nacos2.0以后，新增了Client模型，管理与该客户机有关的数据内容，如果一个客户机发布了一个服务，那么这个客户机发布的所有服务和订阅者信息都会被更新到一个Client对象中，这个Client对象对应于这个客户机的链接，然后通过事件机制触发索引信息的更新。Client负责管理一个客户机的服务实例注册Publish和服务订阅Subscribe，可以方便地对需要推送的服务范围进行快速聚合，同时一个客户端gRPC长连接对应一个Client，每个Client有自己唯一的 clientId

package com.alibaba.nacos.naming.core.v2.client;
public interface Client {

    // 客户端id
    String getClientId();
    // 是否临时客户端
    boolean isEphemeral();
    //设置客户端更新时间
    void setLastUpdatedTime();
    //获取客户端更新时间
    long getLastUpdatedTime();
    // 服务实例注册
    boolean addServiceInstance(Service service, InstancePublishInfo instancePublishInfo);
    //服务实例移除
    InstancePublishInfo removeServiceInstance(Service service);
    //服务实例查询
    InstancePublishInfo getInstancePublishInfo(Service service);
    Collection<Service> getAllPublishedService();
    // 服务订阅
    boolean addServiceSubscriber(Service service, Subscriber subscriber);
    ///取消订阅
    boolean removeServiceSubscriber(Service service);
    //查询订阅
    Subscriber getSubscriber(Service service);
    Collection<Service> getAllSubscribeService();
    // 生成同步给其他节点的client数据
    ClientSyncData generateSyncData();
    // 是否过期
    boolean isExpire(long currentTime);
    // 释放资源
    void release();

}

知道了Client模型后，我们来接着从clientOperationService.registerInstance(service, instance, clientId);找到对应的具体实现

EphemeralClientOperationServiceImpl.registerInstance()

下面这个方法是具体来负责处理服务注册，我们来详细了解一下：

   @Override
    public void registerInstance(Service service, Instance instance, String clientId) {
        //确保Service单例存在，注意Service的equals和hasCode方法
        Service singleton = ServiceManager.getInstance().getSingleton(service);
        //如果不是临时客户端
        if (!singleton.isEphemeral()) {
            throw new NacosRuntimeException(NacosException.INVALID_PARAM,
                    String.format("Current service %s is persistent service, can't register ephemeral instance.",
                            singleton.getGroupedServiceName()));
        }
        //根据客户端ID找到客户端信息,这个关系在连接建立的时候存储
        Client client = clientManager.getClient(clientId);
        if (!clientIsLegal(client, clientId)) {
            return;
        }
        //将客户端实例模型，装换成服务端实例模型
        InstancePublishInfo instanceInfo = getPublishInfo(instance);
        //将实例存储到client中
        client.addServiceInstance(singleton, instanceInfo);
        //设置最后更新时间
        client.setLastUpdatedTime();
        //建立服务和客户端的关联关系
        NotifyCenter.publishEvent(new ClientOperationEvent.ClientRegisterServiceEvent(singleton, clientId));
        NotifyCenter
                .publishEvent(new MetadataEvent.InstanceMetadataEvent(singleton, instanceInfo.getMetadataId(), false));
    }

ServiceManager.getInstance().getSingleton() 当调用getSingleton的时候会负责管理service的单例，在这里service会重写equlas和hasCode方法作为key

public class ServiceManager {

    //单例service 看service中equals和hasCode方法
    private final ConcurrentHashMap<Service, Service> singletonRepository;
    //namespace下所有的service
    private final ConcurrentHashMap<String, Set<Service>> namespaceSingletonMaps;
    
    //通过Map储存单例的Service
    public Service getSingleton(Service service) {
        singletonRepository.putIfAbsent(service, service);
        Service result = singletonRepository.get(service);
        namespaceSingletonMaps.computeIfAbsent(result.getNamespace(), (namespace) -> new ConcurrentHashSet<>());
        namespaceSingletonMaps.get(result.getNamespace()).add(result);
        return result;
    }
}

service中 equal和hasCode方法，namespace+group+name在服务端是一个单例Service

@Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) {
            return true;
        }
        if (!(o instanceof Service)) {
            return false;
        }
        Service service = (Service) o;
        return namespace.equals(service.namespace) && group.equals(service.group) && name.equals(service.name);
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(namespace, group, name);
    }

clientManager.getClient() 这里对应的实现类为ConnectionBasedClientManager这个实现类负责管理长连接clientId和client模型的映射关系

@Component("connectionBasedClientManager")
public class ConnectionBasedClientManager extends ClientConnectionEventListener implements ClientManager {
    //通过map存储ID和client之间的关联关系
    private final ConcurrentMap<String, ConnectionBasedClient> clients = new ConcurrentHashMap<>();

    //根据clientId查询client
    @Override
    public Client getClient(String clientId) {
        return clients.get(clientId);
    }
}

client.addServiceInstance(); 抽象类为AbstractClient：负责存储当前客户端服务注册表，也就是 service和instance的关系。

  protected final ConcurrentHashMap<Service, InstancePublishInfo> publishers = new ConcurrentHashMap<>(16, 0.75f, 1);、    

  //将service和实例进行关联
    @Override
    public boolean addServiceInstance(Service service, InstancePublishInfo instancePublishInfo) {
        if (null == publishers.put(service, instancePublishInfo)) {
            //监控指标自增实例数
            MetricsMonitor.incrementInstanceCount();
        }
        NotifyCenter.publishEvent(new ClientEvent.ClientChangedEvent(this));
        Loggers.SRV_LOG.info("Client change for service {}, {}", service, getClientId());
        return true;
    }

ClientOperationEvent.ClientRegisterServiceEvent() ：这里目的是为了过滤目标服务得到最终instance列表建立service和client的关系，能够方便我们快速查询，同时会触发ClientServiceIndexesManager的监听事件。

 //服务与发布client的关系
   private final ConcurrentMap<Service, Set<String>> publisherIndexes = new ConcurrentHashMap<>();
    //服务与订阅clientId的关系
    private final ConcurrentMap<Service, Set<String>> subscriberIndexes = new ConcurrentHashMap<>();
    private void handleClientOperation(ClientOperationEvent event) {
        Service service = event.getService();
        String clientId = event.getClientId();
        if (event instanceof ClientOperationEvent.ClientRegisterServiceEvent) {
            addPublisherIndexes(service, clientId);
        } else if (event instanceof ClientOperationEvent.ClientDeregisterServiceEvent) {
            removePublisherIndexes(service, clientId);
        } else if (event instanceof ClientOperationEvent.ClientSubscribeServiceEvent) {
            addSubscriberIndexes(service, clientId);
        } else if (event instanceof ClientOperationEvent.ClientUnsubscribeServiceEvent) {
            removeSubscriberIndexes(service, clientId);
        }
    }          
        private void addPublisherIndexes(Service service, String clientId) {
        publisherIndexes.computeIfAbsent(service, (key) -> new ConcurrentHashSet<>());
        publisherIndexes.get(service).add(clientId);
        NotifyCenter.publishEvent(new ServiceEvent.ServiceChangedEvent(service, true));
    }   
       private void removePublisherIndexes(Service service, String clientId) {
        if (!publisherIndexes.containsKey(service)) {
            return;
        }
        publisherIndexes.get(service).remove(clientId);
        NotifyCenter.publishEvent(new ServiceEvent.ServiceChangedEvent(service, true));
    }    
        private void addSubscriberIndexes(Service service, String clientId) {
        subscriberIndexes.computeIfAbsent(service, (key) -> new ConcurrentHashSet<>());
        // Fix #5404, Only first time add need notify event.
        if (subscriberIndexes.get(service).add(clientId)) {
            NotifyCenter.publishEvent(new ServiceEvent.ServiceSubscribedEvent(service, clientId));
        }
    }   
    private void removeSubscriberIndexes(Service service, String clientId) {
        if (!subscriberIndexes.containsKey(service)) {
            return;
        }
        subscriberIndexes.get(service).remove(clientId);
        if (subscriberIndexes.get(service).isEmpty()) {
            subscriberIndexes.remove(service);
        }
    }

请求流程图:

服务端监控检查

Nacos作为注册中心不止提供了服务注册和服务发现的功能，还提供了服务可用性检测的功能，在1.0的版本中，临时实例走的是distro协议，客户端向注册中心发送心跳来维持自身的健康(healthy)状态，持久实例则走的是Raft协议存储。

两种检测机制：

• 客户端主动上报机制
• 服务器端主动下探机制

客户端主动上报机制：你主动找上级，说你没有打卡(不健康状态)

服务器端主动下探机制：上级检测到你有不打卡的记录，主动来找你

对于Nacos健康检测机制，我们不能主动去设置，但是健康检查机制是和Nacos的服务实例类型强相关，主要是有两种服务实例：

• 临时实例：客户端主动上报
• 持久实例：服务端主动下探

客户端主动上报

临时实例每隔5秒会主动上报自己的健康状态，发送心跳，如果发送心跳的间隔时间超过15秒，Nacos服务器端会将服务标记为亚健康状态，如果超过30S没有发送心跳，那么服务实例会被从服务列表中剔除

在2.0版本以后，持久实例不变，临时实例而是通过长连接来判断实例是否健康。

长连接： 一个连接上可以连续发送多数据包，在连接保持期间，如果没有数据包发送，需要双方发链路检测包，在Nacos2.0之后，使用Grpc协议代替了http协议。长连接会保持客户端和服务端发送的状态，在源码中ConnectionManager 管理所有客户端的长连接

ConnectionManager: 每3秒检测所有超过20S内没有发生过通讯的客户端，向客户端发起ClientDetectionRequest探测请求，如果客户端在1s内成功响应，则检测通过，否则执行unregister方法移除Connection

如果客户端持续和服务端进行通讯，服务端是不需要主动下探的，只有当客户端没有一直和服务端通信的时候，服务端才会主动下探操作

@Service
public class ConnectionManager extends Subscriber<ConnectionLimitRuleChangeEvent> {

Map<String, Connection> connections = new ConcurrentHashMap<String, Connection>();

   //只要spring容器启动，会触发这个方法
    @PostConstruct
    public void start() {
    // 启动不健康连接排除功能.
    RpcScheduledExecutor.COMMON_SERVER_EXECUTOR.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
        // 1. 统计过时（20s）连接
         Set<Map.Entry<String, Connection>> entries = connections.entrySet();
        //2.获得需要剔除的IP和端口
        //3.根据限制获取剔除的IP和端口
        //4.如果还是有需要剔除的客户端，则继续执行
        //5.没有活动的客户端执行探测            
        //6.如果没有马上响应，则马上剔除
        //7.剔除后发布ClientDisconnectEvent事件
      }
    });

    }
}

//注销（移出）连接方法
public synchronized void unregister(String connectionId) {
    Connection remove = this.connections.remove(connectionId);
    if (remove != null) {
        String clientIp = remove.getMetaInfo().clientIp;
        AtomicInteger atomicInteger = connectionForClientIp.get(clientIp);
        if (atomicInteger != null) {
            int count = atomicInteger.decrementAndGet();
            if (count <= 0) {
                connectionForClientIp.remove(clientIp);
            }
        }
        remove.close();
        Loggers.REMOTE_DIGEST.info("[{}]Connection unregistered successfully. ", connectionId);
        clientConnectionEventListenerRegistry.notifyClientDisConnected(remove);
    }

当服务端操作移除事件以后，会操作notifyClientDisConnected()方法,主要调用的是 clientConnectionEventListener.clientDisConnected(connection)方法，将连接信息传入进去

  public void notifyClientDisConnected(final Connection connection) {
        
        for (ClientConnectionEventListener clientConnectionEventListener : clientConnectionEventListeners) {
            try {
                clientConnectionEventListener.clientDisConnected(connection);
            } catch (Throwable throwable) {
                Loggers.REMOTE.info("[NotifyClientDisConnected] failed for listener {}",
                        clientConnectionEventListener.getName(), throwable);
            }
        }
        

clientConnectionEventListenerd的实现类是ConnectionBasedClientManager，在这里面会出发清除索引缓存等操作

@Component("connectionBasedClientManager")
public class ConnectionBasedClientManager extends ClientConnectionEventListener implements ClientManager {
    @Override
    public boolean clientDisconnected(String clientId) {
        Loggers.SRV_LOG.info("Client connection {} disconnect, remove instances and subscribers", clientId);
        //同步移除client数据
        ConnectionBasedClient client = clients.remove(clientId);
        if (null == client) {
            return true;
        }
        client.release();
        //服务订阅，将变更通知到客户端
        NotifyCenter.publishEvent(new ClientEvent.ClientDisconnectEvent(client));
        return true;
    }
}

总结

到这里Nacos服务端的基础的源码就讲完了，有些地方我们没有展开来讲，在后续的源码讲解中，会给大家详细的进行讲解，今天主要讲解了，服务端注册以及监控检查的基础代码，后面会有最新的内容呈现给大家。