微服务的灵魂摆渡者——Nacos，来一篇原理全攻略

前言

Nacos在微服务系统的服务注册和发现领域，势头迅猛是肉眼可见的。在微服务系统中，服务的注册和发现又是一个灵魂的存在。没有注册中心的存在，成百上千服务之间的调用复杂度不可想象。

如果你计划或已经在使用Nacos了，但仅停留在使用层面，那这篇文章值得你一读。

本文我们先从服务发现机制说起，然后讲解Nacos的基本介绍、实现原理、架构等，真正做到深入浅出的了解Nacos。

服务注册与发现

说起Nacos，不得不先聊聊微服务架构中的服务发现。关于服务发现其实已经在《要学习微服务的服务发现？先来了解一些科普知识吧》一文中进行了全面的讲解。我们这里再简要梳理一下。

在传统应用中，一个服务A访问另外一个服务B，我们只需将服务B的服务地址和端口在服务A的静态配置文件中进行配置即可。

但在微服务的架构中，这种情况就有所变化了，如下图所示：

上图中，服务实例的IP是动态分配。同时，还面临着服务的增减、故障、升级等变化。这种情况，对于客户端程序来说，就需要使用更精确的服务发现机制。

为了解决这个问题，于是像etcd、Consul、Apache Zookeeper、Nacos等服务注册中间件便应运而生。

Nacos简介

Nacos一般读作/nɑ:kəʊs/，这个名字来源于“Dynamic Naming and Configuration Service”。其中na取自“Naming”的前两个字母，co取自“Configuration”的前两个字母，而s则取自“Service”的首字母。

Nacos的功能官方用一句话来进行了说明：“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。”也就是说Nacos不仅提供了服务注册与发现功能，还提供了配置管理的功能，同时还提供了可视化的管理平台。

官方文档中还提到“服务（Service）是Nacos世界的一等公民。”，也就是说在Nacos是围绕着Service转的。

如果查看源码，会发现Nacos的核心API中定义了两个接口NamingService和ConfigService。服务注册与发现围绕着NamingService展开，而配置管理则围绕着ConfigService展开。

官网给出了Nacos的4个核心特性：服务发现和服务健康监测、动态配置服务、动态DNS服务、服务及其元数据管理。我们主要来讲服务发现功能。

Nacos的Server与Client

Nacos注册中心分为Server与Client，Nacos提供SDK和openApi，如果没有SDK也可以根据openApi手动写服务注册与发现和配置拉取的逻辑。

Server采用Java编写，基于Spring Boot框架，为Client提供注册发现服务与配置服务。

Client支持包含了目前已知的Nacos多语言客户端及Spring生态的相关客户端。Client与微服务嵌套在一起。

Nacos的DNS实现依赖了CoreDNS，其项目为nacos-coredns-plugin。该插件提供了基于CoreDNS的DNS-F客户端，开发语言为go。

Nacos注册中的交互流程

作为注册中心的功能来说，Nacos提供的功能与其他主流框架很类似，基本都是围绕服务实例注册、实例健康检查、服务实例获取这三个核心来实现的。

以Java版本的Nacos客户端为例，服务注册基本流程：

服务实例启动将自身注册到Nacos注册中心，随后维持与注册中心的心跳；

心跳维持策略为每5秒向Nacos Server发送一次心跳，并携带实例信息（服务名、实例IP、端口等）；

Nacos Server也会向Client主动发起健康检查，支持TCP/Http；

15秒内无心跳且健康检查失败则认为实例不健康，如果30秒内健康检查失败则剔除实例；

服务消费者通过注册中心获取实例，并发起调用；

其中服务发现支持两种场景：第一，服务消费者直接向注册中心发送获取某服务实例的请求，注册中心返回所有可用实例，但一般不推荐此种方式；第二、服务消费者向注册中心订阅某服务，并提交一个监听器，当注册中心中服务发生变化时，监听器会收到通知，消费者更新本地服务实例列表，以保证所有的服务均可用。

Nacos数据模型

关于数据模型，官网描述道：Nacos数据模型的Key由三元组唯一确定，Namespace默认是空串，公共命名空间（public），分组默认是DEFAULT_GROUP。

上面的图为官方提供的图，我们可以进一步细化拆分来看一下： 如果还无法理解，我们可以直接从代码层面来看看Namespace、Group和Service是如何存储的：

/**

* Map(namespace, Map(group::serviceName, Service)).

*/

private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();

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也就是说Nacos服务注册表结构为：Map<namespace, Map<group::serviceName, Service>>。

Nacos基于namespace的设计是为了做多环境以及多租户数据(配置和服务)隔离的。如果用户有多套环境（开发、测试、生产等环境），则可以分别建三个不同的namespace，比如上图中的dev-namespace和prod-namespace。

Nacos服务领域模型

在上面的数据模式中，我们可以定位到一个服务（Service）了，那么服务的模型又是如何呢？官网提供了下图：

从图中的分级存储模型可以看到，在服务级别，保存了健康检查开关、元数据、路由机制、保护阈值等设置，而集群保存了健康检查模式、元数据、同步机制等数据，实例保存了该实例的ip、端口、权重、健康检查状态、下线状态、元数据、响应时间。

此时，我们忽略掉一对多的情况，整个Nacos中数据存储的关系如下图：

可以看出，整个层级的包含关系为Namespace包含多个Group、Group可包含多个Service、Service可包含多个Cluster、Cluster中包含Instance集合。

对应的部分源码如下：

// ServiceManager类，Map(namespace, Map(group::serviceName, Service))
private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();
// Service类，Map(cluster,Cluster)
private Map<String, Cluster> clusterMap = new HashMap<>();
// Cluster类
private Set<Instance> persistentInstances = new HashSet<>();
private Set<Instance> ephemeralInstances = new HashSet<>();
// Instance类
private String instanceId;
private String ip;
private int port;
private double weight = 1.0D;
//...

其中，实例又分为临时实例和持久化实例。它们的区别关键是健康检查的方式。临时实例使用客户端上报模式，而持久化实例使用服务端反向探测模式。

临时实例需要能够自动摘除不健康实例，而且无需持久化存储实例。持久化实例使用服务端探测的健康检查方式，因为客户端不会上报心跳，自然就不能去自动摘除下线的实例。

小结

我们从微服务系统中为什么使用服务发现讲起，然后介绍了Nacos、Nacos的实现机制、底层数据模型以及部分源码实现。

在使用过程中除了关注服务注册与发现、健康检查之外，对于服务的数据模型中Namespace、Group、Service和Instance也需要重点关注。

当理解了这些背后的工作原理，对于上层应用的整合以及配置便可以轻松运用了。

Nacos系列

《要学习微服务的服务发现？先来了解一些科普知识吧》

《Nacos源码中为什么使用了String.intern方法？》

《微服务的灵魂摆渡者——Nacos，来一篇原理全攻略》