（二）微服务注册与发现
微服务注册与发现
1 服务调用
1.1 需求场景
学生查询已下单股票列表时，需要去股票服务中获取股票详情，补全股票信息。
1.2 单体应用服务间调用
所有接口在同一容器同一应用上下文中，可能直接调用。
1.3 微服务化后服务间调用
服务相互独立，发布在不同容器中，需要通过远程调用。
1.4 微服务化带来的问题
1.服务消费者配置依赖了服务提供者的网络地址（ip和端口），当服务提供者网路地址发生变化，会导致服务消费者修改配置，重新发布。
2.消费者只能配置单点服务提供者网络地址，导致单点问题，哪怕是通过nginx代理之后，服务提供者集群节点发生变化，也需要修改nginx配置，并重新发布
2 服务注册与发现
要想解决这些问题，服务消费者需要一个强大的服务注册和发现机制，服务消费者使用这种机制获取服务提供者的网络信息，服务消费者可以动态感知到服务提供者网络变化，无需修改配置。
服务注册和发现结构大致如下：
微服务的网路地址都有服务注册中心管理，提供一下功能：
1.微服务信息存储：用来记录每个微服务的信息，列入微服务的唯一标示，网络信息（ip和端口）；
2.提供服务的注册，注销和发现功能，注册和注销用于每个微服务提供者信息变化管理，发现功能用于服务消费者获取可用的微服务提供者信息；
3.服务检查机制，服务的注册和注销是由服务提供者主动发起变更请求，服务提供者正常情况下没问题，当出现宕机，网络问题导致服务提供者不能发起请求或者请求丢失，导致已注册服务信息无法，所以服务注册中心需要对已注册的服务做定时的检查机制。当某个微服务实例长时间无法访问，需要移除该实例。
spring cloud 给我们提供了多个注册中心组件的支持，例如Eureka，zk等，下面就来讲讲官方推荐的Eureka。
2.1 Eureka介绍
Eureka是Netflix开源的服务发现组件，本身是一个基于REST的服务。它包含Server和Client两部分。SpringCloud将它集成在子项目Spring Cloud Netflix中，从而实现微服务的注册与发现。
2.2 Eureka 高可用架构
官方提供的Eureka 高可用架构是基于AWS（Amazon Web Services）服务架构设计的。通常在我们这种非AWS环境下，us-east-1c、us-east-1d和us-east-1e可理解成不同的机房。
Eureka 高可用架构中:
- Application Service相当于服务提供者
- Application Client相当于服务消费者
- Application Client 通过发现Eureka中 Application Service注册的网络信息实现远程调用（make remote call）
Eureka包含两个组件：Eureka Server和Eureka Client。
- Eureka Server提供服务注册（Register）、续费（Renew）、注销（Cancel）、发现（Get Register）和同步（Replicate）的RESTful API，供Eureka Client 调用。
- Eureka Client是一个Java客户端，用于简化与Eureka Server的交互。
- 如果Eureka Server在一定时间内没有接收到某个微服务实例的续约（Renew）心跳（默认30秒），Eureka Server将会注销该实例（默认90秒）。
- 在高可用Eureka 架构中，Eureka Server同时默认也是Eureka Client，多个Eureka Server通过复制同步（Replicate）服务注册信息
- Eureka Client会缓存服务注册表中的信息。这种方式有一定的优势——首先，微服务无须每次请求都查询Eureka Server，从而降低了Eureka Server的压力；其次，即使Eureka Server所有节点都宕掉，服务消费者
3 Eureka 实战
结合前面服务调用中学生和股票服务之间的业务场景集成Eureka，并将股票服务（服务提供者）注册到Eureka Server中
3.1 编写一个Eureka Server
1.创建一个ArtifactId是finace-training-eureka-server的Maven工程，并为项目添加以下依赖。
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-eureka-server</artifactId>
</dependency>
2.在配置文件application.yml中添加如下内容。
server:
port: 8761
eureka:
client:
registerWithEureka: false
fetchRegistry: false
serviceUrl:
defaultZone: http://localhost:8761/eureka/
简要讲解一下 application.yml中的配置属性：
eureka.client.registerWithEureka：表示是否将自己注册到Eureka Server，默认为true。由于当前应用就是Eureka Server，故而设为false。
eureka.client.fetchRegistry：表示是否从Eureka Server获取注册信息，默认为true。因为这是一个单点的Eureka Server，不需要同步其他的Eureka Server节点的数据，故而设为false。
eureka.client.serviceUrl.defaultZone：设置与Eureka Server交互的地址，查询服务与注册服务都需要依赖
3.编写启动类，在启动类上添加@EnableEurekaServer注解，声明这是一个Eureka Server。
package com.myhexin.finace.training.eureka.server;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;
@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(EurekaApplication.class, args);
}
}
启动测试
启动Eureka Server，访问http://localhost:8761/，可看到如下图所示的界面：
3.2 将微服务注册到Eureka Server中
1.创建一个ArtifactId是finace-training-stock的Maven工程，并为项目添加以下依赖。
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-eureka-server</artifactId>
</dependency>
2.在配置文件application.yml中添加如下内容。
server:
port: 8000
spring:
application:
name: finace-training-stock
eureka:
client:
serviceUrl:
defaultZone: http://localhost:8761/eureka/
instance:
prefer-ip-address: true
3.编写启动类，在启动类上添加@EnableDiscoveryClient注解，声明这是一个Eureka Client
package com.myhexin.finace.training.server.stock.main;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication(scanBasePackages = "com.myhexin")
@EnableDiscoveryClient
public class ServierApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(ServierApplication.class, args);
}
}
也可以使用@EnableEurekaClient注解替代@EnableDiscoveryClient。在SpringCloud中，服务发现组件有多种选择，例如ZooKeeper、Consul等。@EnableDiscoveryClient为各种服务组件提供了支持，该注解是spring-cloud-commons项目的注解，是一个高度的抽象；而@EnableEurekaClient表明是Eureka的Client，该注解是spring-cloud-netfix项目中的注解，只能与Eureka一起工作。当Eureka在项目的classpath中时，两个注解没有区别。
启动测试
启动服务，访问http://localhost:8761/，可看到如下图所示的界面：
3.3 实现Eureka Server的高可用
Eureka Client会定时连接Eureka Server，获取服务注册表中的信息并缓存到本地。微服务在消费远程API时总是使用本地缓存中的数据。因此一般来说，即使Eureka Server发生宕机，也不会影响到服务之间的调用。但如果Eureka Server宕机时，某些微服务也出现了不可用的情况，Eureka Client中的缓存若不被更新，就可能会影响到微服务的调用，甚至影响到整个应用系统的高可用性。因此，在生产环境中，通常会部署一个高可用的Eureka Server集群。
Eureka Server可以通过运行多个实例并相互注册的方式实现高可用部署，Eureka Server实例会彼此增量地同步信息，从而确保所有节点数据一致。事实上，节点之间相互注册是Eureka Server的默认行为。
一.改造finace-training-eureka-server高可用
启动8761 finace-training-eureka-server
1、配置文件application.yml修改如下
spring:
application:
name: finace-training-eureka-server
server:
port: 8761
eureka:
client:
serviceUrl:
#将自己注册到localhost:8672这个Eureka上面去
defaultZone: http://localhost:8762/eureka/
去除eureka.client.registerWithEureka=false 和 eureka.client.fetchRegistry=false配置项
2.启动服务
启动8762 finace-training-eureka-server
1.讲finace-training-eureka-server项目打包，部署到本机任意目录
2.将该jar包中的application.yml修改如下
spring:
application:
name: finace-training-eureka-server
server:
port: 8762
eureka:
client:
serviceUrl:
#将自己注册到localhost:8671这个Eureka上面去
defaultZone: http://localhost:8761/eureka/
3.使用java -jar finace-training-eureka-server-0.0.1-SNAPSHOT.jar 启动
启动测试
启动服务，分别访问http://localhost:8761/和http://localhost:8762/，可看到如下图所示的界面：
二.将应用注册到Eureka Server集群上
1.修改finace-training-stock 的application.yml配置文件eureka.client.serviceUrl.defaultZone配置项
eureka:
client:
serviceUrl:
defaultZone: http://localhost:8761/eureka/,http://localhost:8762/eureka/
微服务即使只配置Eureka Server集群中的某个节点，也能正常注册到Eureka Server集群，因为多个Eureka Server之间的数据会相互同步。例如（之前的配置文件不做修改）：
eureka:
client:
serviceUrl:
defaultZone: http://localhost:8761/eureka/
启动测试
启动服务，分别访问http://localhost:8761/和http://localhost:8762/，可看到如下图所示的界面：
4 深入剖析 Eureka
4.1 数据存储结构
Eureka 的数据存储结构：
-
Eureka Server 将服务信息放到内存，没有持久化。
-
Eureka Server为了避免同时读写内存数据结构造成的并发冲突问题，采用了多级缓存机制。ureka Client在发现（Get Register）服务信息时，先从二级缓存层中获取数据，如果获取不到，先将数据存储层中服务信息加载到缓存中，再从缓存中获取信息（具体实现：ResponseCacheImpl.getValue）。
-
在从数据存储层加到服务信息到缓存的过程中，将服务信息数据处理成可以直接返回Eureka Client的数据放到缓存中，这样在缓存层就不需要再处理数据(具体实现：ResponseCacheImpl.readWriteCacheMap.load)。
以上实现提高了Eureka Server的处理能力和响应速度，保证了最关键的微服务注册中心的性能和可靠性。
数据存储层
rigistry 本质上是一个双层的 ConcurrentHashMap，存储在内存中的。
- 第一层是服务应用层， key 是spring.application.name(股票服务：finace-training-stock)，value 是第二层 ConcurrentHashMap；
- 第二层服务应用实例层， key 是服务每个实例的 InstanceId，value 是 Lease 对象；
- Lease 对象包含了实例的服务详情和服务治理相关的属性（lastRenewalTimestamp：最近一次续约（Renew）或者心跳时间）。
将finace-training-stock发布port=8000和port=8010两个服务，访问http://localhost:8761/eureka/apps （参考其他：Eureka 提供的REST端点）获取8761 Eureka 下所有的服务信息：
缓存一致性
既然是缓存，那必然要有更新机制，来保证数据的一致性。下面是缓存的更新机制（Eureka 缓存实现ResponseCacheImpl.java）：
更新机制包含删除和加载两个部分，上图黑色箭头表示删除缓存的动作，绿色表示加载或触发加载的动作。
删除二级缓存时机：
- Eureka Client 发送 register、renew 和 cancel 请求并更新 registry 注册表之后，删除二级缓存；
- Eureka Server 自身的 Evict Task 剔除服务后，删除二级缓存；
- 二级缓存本身设置了 guava 的失效机制，隔一段时间后自己自动失效；
加载二级缓存时机：
- Eureka Client 发送 getRegistry 请求后，如果二级缓存中没有，就触发 guava 的 load，即从 registry 中获取原始服务信息后进行处理加工，再加载到二级缓存中。
- Eureka Server 更新一级缓存的时候，如果二级缓存没有数据，也会触发 guava 的 load。
更新一级缓存时机：
- Eureka Server 内置了一个 TimerTask，定时将二级缓存中的数据同步到一级缓存（这个动作包括了删除和加载）。
4.2 服务注册（Register）
当服务提供者启动后，Eureka Client 会启动一个循环定时（默认30s）向Eureka Server注册（同步）自己的服务信息。
Eureka Client :
1.服务注册（默认30s）定时任务：com.netflix.discovery.InstanceInfoReplicator
2.调用 Eureka Server 注册接口（POST /eureka/apps/{appID}）：com.netflix.discovery.shared.transport.jersey.AbstractJerseyEurekaHttpClient.register()
Eureka Server：
1.注册逻辑解析com.netflix.eureka.registry.AbstractInstanceRegistry.register()
4.3 服务续约（Renew）
Eureka Client 注册服务之后，会启动一个循环定时任务（默认30s）向Eureka Server发送续约请求，告诉注册中心 " awms ";
Eureka Client :
1.定时任务(默认 30s)：com.netflix.discovery.DiscoveryClient.initScheduledTasks()
2.心跳线程：com.netflix.discovery.DiscoveryClient.HeartbeatThread
3.调用 Eureka Server 续约(心跳)接口（PUT /eureka/apps/{appID}/{instanceID}）:
com.netflix.discovery.shared.transport.jersey.AbstractJerseyEurekaHttpClient.register()
**Eureka Server ** :
1.续约操作：com.netflix.eureka.lease.Lease.renew()
2.遍历集群类节点，同步续约请求：com.netflix.eureka.registry.PeerAwareInstanceRegistryImpl.replicateToPeers()
4.4 服务注销（Cancel）
服务正常停止之前会向注册中心发送注销请求，告诉注册中心"AWSL"。
Eureka Client :
1.调用 Eureka Server 注销接口（DELETE /eureka/apps/{appID}/{instanceID}）:
com.netflix.discovery.shared.transport.jersey.AbstractJerseyEurekaHttpClient.register()
Eureka Server :
1.register中存在该服务注册信息，会删除服务实例信息
2.清理缓存
4.5 服务获取（Get Register）
-
Eureka Client 会缓存获取到的服务信息，微服务首先从Eureka Client中获取缓存的服务信息，
Eureka Client 定时（默认30s）去Eureka Server获取服务信息，更新本地缓存。
-
Eureka Client 获取服务有两种方式：全量获取和增量获取，可以通过配置eureka.client.disableDeltaForRemoteRegions，默认false，全量获取。
Eureka Client
1.获取服务信息（默认30s）任务，com.netflix.eureka.registry.RemoteRegionRegistry
2.获取服务信息代码：
Eureka Server
-
全量获取
先从缓存中获取，取不到从registry中查询到缓存再从缓存中取出来返回。
-
增量获取
1.在Registery 里面维护了一个ConcurrentLinkedQueue
recentlyChangedQueue ;当出现服务注册（register）和注销（cancel）会将最新的服务信息保存到该队列中。 2.定时（默认30s）任务定时清理recentlyChangedQueue 中过期的RecentlyChangedItem
过期算法实现（默认3分钟，180s过期）：
3.从recentlyChangedQueue 获取增量变化的服务信息
4.6 服务检查
正常停止的服务可以发送服务注册（cancel）请求注销服务，但是服务由于宕机或者网络问题导致无法发送服务注销请求，可能导致注册中心中的服务不可用，这个时候就要一种服务检查机制，去找出这些问题服务，将他们剔除。
- Eureka Server 在启动时开启了一个服务检查任务
- 检查任务分析
1.自我保护检查
当Eureka Server节点在短时间内丢失过多客户端时（可能发生了网络分区故障），那么这个节点就会进入自我保护模式。一旦进入该模式，Eureka Server就会保护服务注册表中的信息，不再删除服务注册表中的数据（也就是不会注销任何微服务）。当网络故障恢复后，该Eureka Server节点会自动退出自我保护模式。
自我保护开始依据：
-
getNumOfRenewsInLastMin ：最近一分所有服务续约总数，在Renew请求中统计
-
numberOfRenewsPerMinThreshold ： 自我保护阈值，期望每分钟最少服务续约最少总数
自我保护阈值 = 服务总数 * （60S/ 客户端续约间隔（默认30s）） * 自我保护阈值因子（默认0.85）
举例：如果有 100 个服务，续约间隔是 30S，自我保护因子 0.85
自我保护阈值 =100 * 60 / 30 * 0.85 = 170。
如果最近一分所有服务续约总数 = 180 > 170,则说明大量服务可用，是服务问题，需要剔除过期服务
如果最近一分所有服务续约总数 = 150 > 170,则说明大量服务不可用，是注册中心自己的问题，进入自我
保护模式，不进入剔除服务流程。
2.过期服务
服务默认30s续约一次，90s过期时间，也就是说超过连续三次不续约就将认为是过期服务
3.计算需要剔除的服务数
并不是所有过期的过期的服务都需要剔除，只有当过期服务数超过剔除阈值时才剔除超过阈值的服务数，
服务阈值 = 服务总数 * 自我保护因子；
需要剔除服务数 = 过期服务数 - 服务阈值
4.剔除服务
通过Knuth shuffle algorithm（洗牌算法）找到需要剔除的服务，走Eurka Server的服务注销流程。
4.7 服务同步（Replicate）
Eureka Server之间通过同步机制来保证节点之间的数据一致性。分为Eureka Server 启动时同步和运行是同步。
启动时同步
- Eureka Server 启动时会作为Client向配置文件中配置的Eureka Server注册中心注册自己
- Eureka Server作为Client 向Eureka Server注册中心获取服务注册信息，获取成功后走自身的注册流程将获取到的服务自身的注册表中。
运行时同步
Eureka Server 在收到服务注册（register），续约（renew）和注销（cancel）请求时，在完成操作向配置文件中配置的Eureka Server 转发这些请求，以做到服务在每个Eureka Server上的一致性。
com.netflix.eureka.registry.PeerAwareInstanceRegistryImpl.relicateToPeers（）:
5 其他
5.1 为Eureka Server添加用户认证
在前面的Eureka实战中，Eureka Server是匿名访问的，也可以为Eureka Server添加基于HTTP basic的认证，这样需要登录才能访问Eureka Server。
1.在finace-training-eureka-server 添加以下依赖：
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
2.在application.yml中添加以下内容：
security:
basic:
#开启基于HTTP basic的认证
enabled: true
user:
#配置登录账号
name: user
#配置登录密码
password: password123
3.启动服务
启动测试
启动服务，访问http://localhost:8761/，需要输入以上用户密码才可访问。
将微服务注册到需认证的Eureka Server
只须将eureka.client.serviceUrl.defaultZone配置为http://user:password@EUREKA_HOST:EUREKA_PORT/eureka/ 这种形式
例如：
eureka:
client:
serviceUrl:
defaultZone: http://user:password123@localhost:8761/eureka/
5.2 多网卡环境下的IP选择
对于多网卡的服务器，各个微服务注册到Eureka Server上的IP要如何指定呢？
指定IP在某些场景下很有用。例如某台服务器有eth0、eth1、eth2三块网卡，但是只有eth1可以被其他的服务器访问；如果Eureka Client将eth0或者eth2注册到Eureka Server上，其他微服务就无法通过这个IP调用该微服务的接口。
SpringCloud提供了按需选择IP的能力，从而避免以上的问题。下面来详细讨论。
1.忽略指定名称的网卡
spring:
cloud:
inetutils:
ignored-interfaces:
- docker0
- veth.*
eureka:
instance:
prefer-ip-address: true
2.使用正则表达式，指定使用的网络地址
spring:
cloud:
inetutils:
preferredNetworks:
- 192.168
- 10.0
eureka:
instance:
prefer-ip-address: true
3.只使用站点本地地址,这样就可强制使用站点本地地址。
spring:
cloud:
inetutils:
useOnlySiteLocalInterfaces: true
eureka:
instance:
prefer-ip-address: true
4.手动指定IP地址
在某些极端场景下，可以手动指定注册到Eureka Server的微服务IP。示例：
eureka:
instance:
prefer-ip-address: true
ip-address: 127.0.0.1
5.3 Eureka 提供的REST端点
Eurka Server主要接口：
-
应用相关（/eureka/apps/）：com.netflix.eureka.resources.ApplicationResource
-
实例相关(/eureka/apps/{appID}/):com.netflix.eureka.resources.InstanceResource
可以使用XML或者JSON与这些端点通信，默认是XML
| 请求名称 | 请求方式 | HTTP地址 | 请求描述 |
|---|---|---|---|
| 注册新服务 | POST | /eureka/apps/ | 传递JSON或者XML格式参数内容，HTTP code为204时表示成功 |
| 取消注册服务 | DELETE | /eureka/apps/{appID}/ | HTTP code为200时表示成功 |
| 发送服务心跳 | PUT | /eureka/apps/{appID}/ | HTTP code为200时表示成功 |
| 查询所有服务 | GET | /eureka/apps | HTTP code为200时表示成功，返回XML/JSON数据内容 |
| 查询指定appID的服务列表 | GET | /eureka/apps/ | HTTP code为200时表示成功，返回XML/JSON数据内容 |
| 查询指定appID&instanceID | GET | /eureka/apps/{appID}/ | 获取指定appID以及InstanceId的服务信息，HTTP code为200时表示成功，返回XML/JSON数据内容 |
| 查询指定instanceID服务列表 | GET | /eureka/apps/instances/ | 获取指定instanceID的服务列表，HTTP code为200时表示成功，返回XML/JSON数据内容 |
| 变更服务状态 | PUT | /eureka/apps/{appID}/{instanceID}/status?value=DOWN | 服务上线、服务下线等状态变动，HTTP code为200时表示成功 |
| 变更元数据 | PUT | /eureka/apps/{appID}/{instanceID}/metadata?key=value | HTTP code为200时表示成功 |
| 查询指定IP下的服务列表 | GET | /eureka/vips/ | HTTP code为200时表示成功 |
| 查询指定安全IP下的服务列表 | GET | /eureka/svips/ | HTTP code为200时表示成功 |
声明
本博客所有内容仅供学习，不为商用，如有侵权，请联系博主，谢谢。
参考文献
[1] Eureka的GitHub ： https://github.com/Netflix/eureka
[2] 周立. Spring Cloud与Docker微服务架构实战
[3] 马军伟. 微服务注册中心 Eureka 架构深入解读.https://www.infoq.cn/article/jlDJQ*3wtN2PcqTDyokh
浙公网安备 33010602011771号