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深入理解Nacos

时间:2024-03-28 12:30:51浏览次数:27  
标签:服务 轮询 Nacos AP 理解 深入 连接 客户端

一、什么是Nacos,主要用来作什么?

Nacos是一个基于云原生架构的动态服务发现、配置管理和服务治理平台。支持多种编程语言和多种部署方式,并且与Spring Cloud等主流的微服务框架深度集成。
配置管理:可以将应用程序的配置信息存储在Nacos的配置中心,通过Nacos实现动态配置管理和灰度发布,从而实现应用程序的动态调整和部署,
服务发现及注册:可以将服务注册到Nacos注册中心,并通过Nacos实现服务的自动发现和负载均衡,从而实现服务的高可用和弹性伸缩。
服务治理:可以通过Nacos实现服务的健康检査、故障转移、服务限流、熔断降级等治理能力,从而提高服务的可靠性和稳定性。
事件监听和推送:可以通过Nacos实现配置变更、服务注册和注销等事件的监听和推送,从而实现应用程序的自动化部署和管理。

二、哪些服务用到了Nacos?

Spring Cloud Alibaba:Nacos是Spring Cloud Alibaba的核心组件之一,可以和Spring Cloud集成,实现服务发现、负载均衡、配置管理等功能。
Dubbo:Nacos是Dubbo 2.7.x版本的服务注册中心和配置中心,可以通过Nacos实现服务的动态发现和配置2 管理。
3.Kubernetes:Nacos可以作为Kubernetes的服务注册中心和配置管理平台,可以将Kubernetes中的服务注册到Nacos中,并通过Nacos进行服务发现和负载均衡,
Service Mesh:Nacos可以作为Service Mesh的控制面板,实现服务的配置管理、流量控制和熔断降级等功能。

三、Nacos是AP的还是CP的?

Nacos支持AP和CP两种模式,可以根据具体的使用场景进行选择。默认情况下是AP模式,可以通过修改nacos的配置文件来切换AP/CP。

在AP模式下,Nacos保证高可用性和可伸缩性,但不保证强一致性。在CP模式下,Nacos保证强一致性,但可能会降低可用性和可伸缩性,

在实际应用中,具体应该采用哪种模式,需要根据业务的特点和需求来判断。

如果在分布式系统中,某些数据的一致性对业务有非常高的要求,例如金融、支付等场景,那么可以选择使用CP模式。在CP模式下,当发生网络分区或故障时,为了保证数据一致性,Nacos会对服务进行自动隔密和恢复。但是,这会导致部分服务不可用,因此可用性会受到影响。

如果对于某些服务来说,可用性比一致性更加重要,例如网站、在线游戏等场景,那么可以选择使用AP模式。在AP模式下,Nacos会优先保证服务的可用性,如果发生了网络分区或故障,Nacos会在保证一定的可用性的前提下,尽可能保持数据一致性。这样虽然可能会导致数据不一致的情况,但是可以保证服务的可用性,从而减少业务的影响。

四、Nacos如何实现的配置变化客户端可以感知到?

客户端与配置中心的数据交互方式其实无非就两种,要么推,要么就是拉

推的模式就客户端和服务端建立TCP长链接,当服务端数据发生变化,立即通过这个已经建立好的长连接将数据推送到客户端。

长链接的优点是实时性,一旦数据变动,客户端立即就能感知到。但是缺点就是服务端需要维护大量的TCP连接这会占用大量的内存和CPU资源,同时也容易受到网络抖动等因素的影响。

拉的模式就是客户端轮询,通过不断轮询的方式检查数据是否发生变化,变化的话就把数据拉回来
轮询的优点是实现比较简单,但弊端也显而易见,轮询无法保证数据的实时性,并且轮询方式对服务端还会产生压为

那Nacos使用的是哪种模式呢?
在Nacos1.x版本中采用的是长轮询,看好哦,不是长连接,也不是轮询,是长轮询(Long Polling)。
在Nacos2.0中,采用qRPC长连接.

其实就是把长连接和轮询综合了一下,就是说客户端发起轮询,但是不立即返回,而是hold一段时间,这段时间保持着一个有效连接,超时或者变化再返回,然后再发起一次轮询。

1、长轮询

大概过程就是客户端向Nacos服务器发起一个长轮询请求,Nacos不会立即返回结果,而是会将请求挂起,直到有配置变化或者超时才会响应。当配置发生变化时,Nacos服务器会把变化后的配置信息响应客户端,并且客户端会再次发起一个新的长轮询请求。这样,客户端就能够实时感知到配置的变化。

这种方式避免客户端对服务端的不断轮询造成压力,也避免了长时间保持连接所带来的负担,同时也可以保证配置的实时性。但是,长轮询的缺点是需要频繁地发起HTTP请求,这会增加网络开销,同时也可能会受到网络延迟等因素的影响,导致配置的实时性不如长连接。

2、长轮询和长连接

长轮询是一种实现异步消息通信的机制,它通常用于客户端向服务器端请求某个资源时,如果服务器端没有即时可用的响应数据,就会将客户端的请求挂起,直到服务器端有了可用的响应数据,再将数据返回给客户端。因此,长轮询的过程是客户端主动发起请求,服务器端被动响应请求。
长连接是指在客户端和服务器端之间建立一条持久连接,通过该连接可以在一定时间内保持通信状态,避免了客户瑞颐繁地建立和关闭连接所带来的额外开销。在长连接中,客户端和服务器端之间会保持一定的心跳机制,以确保连接的有效性。因此,长连接的过程是由服务器端主动维护连接,客户端被动地接受服务器端的消息。
在数据变化感知的实时性上面,长连接比长轮询要更加精准,感知的更快,长轮询也是有可能发生延迟的。
在协议层面上,长连接是基于TCP实现的,长轮询是基于HTTP实现的。

五、Nacos能同时实现AP和CP的原理是什么?

Nacos在单个集群中同时支持AP和CP两种模式,之所以这么设计是因为Nacos目前在业内主要有两种应用,分别是注册中心和配置中心。
对于注册中心来说,他要提供服务的注册和发现能力,如果使用一个强一致性算法,那么就会对可用性造成一定的影响。而注册中心一旦可用性不能满足了,那么就会影响所有服务的互相调用。而如果一致性没办法做到强一致性的话,最多是可能某个服务不在了,但是还会调用过去,理论上来说会失败,然后重试也是可以接受的。
对干配置中心来说,他的主要职责就是提供统一的配置,一致性是他的一个重点考量,即使损失一点可用性(晚一点推送)也是可以接受的,但是不同的机器接收到配置不一样,这个是不能接受的。
所以,Nacos就同时支持这两种模式了,他在CP方面,采用了JRaft(1.0是Raft),在AP方面,采用了Distro
也就是说,Nacos,为了同时支持注册中心和配置中心,他通过JRaft协议实现了一个CP的模式,又通过Distro协议实现了一个AP的模式,可以在这两者模式之间进行切换。

JRaft是一个纯 Java 的 Raft 算法实现库,基于百度 braft 实现而来,使用 Java 重写了所有功能。通过 RAFT 提供的一致性状态机,可以解决复制、修复、节点管理等问题,极大的简化当前分布式系统的设计与实现,让开发者只关注于业务逻辑,将其抽象实现成对应的状态机即可。Raft 可以解决分布式理论中的 CP,即一致性和分区容忍性,并不能解决 Available 的问题。(https://www.sofastack.tech/projects/sofa-jraft/overview/)
Distro是Nacos自研AP分布式协议,是面向临时实例设计的一种分布式协议,保证了在某些Nacos节点宕机后整个临时处理系统依旧可以正常工作。Distro协议的设计思想:
Nacos 每个节点是平等的都可以处理写请求,同时把新数据同步到其他节点。
每个节点只负责部分数据,定时发送自己负责数据的校验值到其他节点来保持数据一致性。每个节点独立处理读请求,及时从本地发出响应,

六、Nacos 2.x为什么新增了RPC的通信方式?

Nacos 2.X 在 1.X的架构基础上,通信层通过 gRPC 和 Rsocket 实现了长连接 RPC 调用和推送能力。主要是为了改善Nacos在大规模集群环境下的性能和稳定性。

同时新增一个链接层,用来将不同类型的 Request 请求,将来自不同客户端的不同类型请求,转化为相同语意的功能数据结构,复用业务处理逻辑。同时,将来的流量控制和负载均衡等功能也会在链接层处理。

在Nacos的早期版本中,节点之间的通信采用了HTTP协议。在高并发、大规模集群环境下,由于HTTP的连接管理和请求响应的开销,会导致一些性能和稳定性方面的问题。

HTTP 短连接模型,每次客户端请求都会创建和销毁 TCP 链接,TCP 协议销毁的链接状态是 WAIT TIME,完全释放还需要一定时间,当 TPS 和 QPS 较高时,服务端和客户端可能有大量的 WAIT TIME 状态链接,从而会导致 connect time out 错误或者 Cannot assign requested address 的问题

配置模块使用 HTTP 短连接阻塞模型来模拟长连接通信,但是由于并非真实的长连接模型,因此每 30 秒需要进行-次请求和数据的上下文切换,每一次切换都有引起造成一次内存浪费,从而导致服务端频繁 GC

在大规模集群环境下,维护大量的HTTP连接会给负载均衡、路由等方面的管理带来一定的复杂性。并且HTTP协议对请求和响应的内容通常需要进行压缩和序列化处理,这也会带来一定的开销。

同时,1.0的版本中还存在以下几个问题:

通过心跳续约,当服务规模上升时,特别是类似 Dubbo 的接口级服务较多时,心跳及配置元数据的轮询数量众多,导致集群 TPS 很高,系统资源高度空耗。
心跳续约需要达到超时时间才会移除并通知订阅者,默认为 15s,时延较长,时效性差。若改短超时时间,当网络抖动时,会频繁触发变更推送,对客户端服务端都有更大损耗:

为了解决这些问题,Nacos 2.x引入了qRPC的通信方式

Nacos2架构下的服务发现,客户端通过GRPC,发起注册服务或订阅服务的请求。服务端使用Client对象来记录该客户端使用qRPC连接发布了哪些服务,又订阅了哪些服务,并将该Client进行服务间同步。由于实际的使用习惯是服务到客户端的映射,即服务下有哪些客户端实例。

配置管理之前用Http1.1的Keep Alive模式30s发一个心跳模拟长链接,协议难以理解,内存消耗大,推送性能弱,因此2.0通过gRPC彻底解决这些问题,内存消耗大量降低。

  • 客户端不再需要定时发送实例心跳,只需要有一个维持连接可用 keepalive 消息即可。重复 TPS 可以大幅降低。
  • TCP 连接断开可以被快速感知到,提升反应速度。
  • 长连接避免频繁连接开销,可以大幅缓解 TIME WAIT 问题。
  • 真实的长连接,解决配置模块 GC 问题。
  • 更细粒度的同步内容,减少服务节点间的通信压力。

当然,缺点也是存在的。那就是RPC 协议的观测性不如 HTTP。即使 gRPC 基于 HTTP2.0 Stream 实现,仍然不
如直接使用 HTTP 协议来的直观。

标签:服务,轮询,Nacos,AP,理解,深入,连接,客户端
From: https://blog.csdn.net/weixin_44543482/article/details/137086820

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