Nacos服务注册原理分析

在分布式服务中，原来的单体服务会被拆分成一个个微服务，服务注册实例到注册中心，服务消费者通过注册中心获取实例列表，直接请求调用服务。
服务是如何注册到注册中心，服务如果挂了，服务是如何检测？带着这些问题，我们从源码上对服务注册进行简单的源码分析。
版本 2.1.1
Nacos Server:2.1.1
spring-cloud-starter-alibaba:2.1.1.RELEASE
spring-boot:2.1.1.RELEASE
方便统一版本，客户端和服务端版本号都为2.1.1。
客户端
启动nacos服务注册和发现需要添加maven依赖：
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
    <version>${latest.version}</version>
</dependency>
根据maven依赖找到对应的spring.factories文件：
在spring.factories文件里找到启动配置类信息，SpringBoot服务启动时会将这些配置类信息注入到bean容器中。
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
  com.alibaba.cloud.nacos.NacosDiscoveryAutoConfiguration,\
  com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.RibbonNacosAutoConfiguration,\
  com.alibaba.cloud.nacos.endpoint.NacosDiscoveryEndpointAutoConfiguration,\
  com.alibaba.cloud.nacos.discovery.NacosDiscoveryClientAutoConfiguration,\
  com.alibaba.cloud.nacos.discovery.configclient.NacosConfigServerAutoConfiguration
org.springframework.cloud.bootstrap.BootstrapConfiguration=\
  com.alibaba.cloud.nacos.discovery.configclient.NacosDiscoveryClientConfigServiceBootstrapConfiguration
服务注册的核心配置类为:NacosDiscoveryAutoConfiguration，该类配置三个bean对象：
NacosServiceRegistry
NacosRegistration
NacosAutoServiceRegistration
NacosAutoServiceRegistration
NacosAutoServiceRegistration继承了抽象类AbstractAutoServiceRegistration。AbstractAutoServiceRegistration抽象类又实现了ApplicationListener接口。
实现ApplicationListener接口的方法，会在Spring容器初始化完成之后调用onApplicationEvent方法：
public void onApplicationEvent(WebServerInitializedEvent event) {
  bind(event);
}
调用bind方法：
public void bind(WebServerInitializedEvent event) {
		ApplicationContext context = event.getApplicationContext();
		if (context instanceof ConfigurableWebServerApplicationContext) {
			if ("management".equals(((ConfigurableWebServerApplicationContext) context)
					.getServerNamespace())) {
				return;
			}
		}
		this.port.compareAndSet(0, event.getWebServer().getPort());
    // 调用 start 方法
		this.start();
	}
调用了start方法：
public void start() {
  if (!isEnabled()) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      logger.debug("Discovery Lifecycle disabled. Not starting");
    }
    return;
  }
  if (!this.running.get()) {
    this.context.publishEvent(
        new InstancePreRegisteredEvent(this, getRegistration()));
    register();
    if (shouldRegisterManagement()) {
      registerManagement();
    }
    this.context.publishEvent(
        new InstanceRegisteredEvent<>(this, getConfiguration()));
    this.running.compareAndSet(false, true);
  }

}
调用了register方法，最终调用的是NacosServiceRegistry类的register方法。
NacosServiceRegistry
根据上文可知，服务器启动后调用NacosServiceRegistry类的register方法，该方法实现将实例注册到服务端：
public void register(Registration registration) {
  if (StringUtils.isEmpty(registration.getServiceId())) {
    log.warn("No service to register for nacos client...");
    return;
  }

  String serviceId = registration.getServiceId();
  String group = nacosDiscoveryProperties.getGroup();
  // 创建实例
  Instance instance = getNacosInstanceFromRegistration(registration);

  try {
    // 注册实例 
    namingService.registerInstance(serviceId, group, instance);
    log.info("nacos registry, {} {} {}:{} register finished", group, serviceId,
        instance.getIp(), instance.getPort());
  }
  catch (Exception e) {
    log.error("nacos registry, {} register failed...{},", serviceId,
        registration.toString(), e);
  }
}
创建实例，然后通过namingService.registerInstance方法注册实例，然后查看registerInstance方法：
@Override
public void registerInstance(String serviceName, String groupName, Instance instance) throws NacosException {
    if (instance.isEphemeral()) {
        // 封装心跳包
        BeatInfo beatInfo = new BeatInfo();
        beatInfo.setServiceName(NamingUtils.getGroupedName(serviceName, groupName));
        beatInfo.setIp(instance.getIp());
        beatInfo.setPort(instance.getPort());
        beatInfo.setCluster(instance.getClusterName());
        beatInfo.setWeight(instance.getWeight());
        beatInfo.setMetadata(instance.getMetadata());
        beatInfo.setScheduled(false);
        long instanceInterval = instance.getInstanceHeartBeatInterval();
        beatInfo.setPeriod(instanceInterval == 0 ? DEFAULT_HEART_BEAT_INTERVAL : instanceInterval);
        // 发送心跳包
        beatReactor.addBeatInfo(NamingUtils.getGroupedName(serviceName, groupName), beatInfo);
    }
    // 发送实例 
    serverProxy.registerService(NamingUtils.getGroupedName(serviceName, groupName), groupName, instance);
}
registerInstance主要做两件事：
发送心跳包
beatReactor.addBeatInfo使用定时服务，每隔5s向服务端发送一次心跳请求，通过http请求发送心跳信息，路径为/v1/ns/instance/beat。
心跳请求定时任务使用线程池ScheduledThreadPoolExecutor.schedule()，而该方法只会调用一次，定时任务的实现是在每次请求任务只会再调用一次ScheduledThreadPoolExecutor.schedule(),简单说就是nacos在发送心跳的时候，会调用schedule方法，在schedule要执行的任务中，如果正常发送完心跳，会再次调用schedule方法。
那为什么不直接调用周期执行的线程池ScheduledThreadPoolExecutor.scheduleAtFixedRate()？可能是由于发送心跳服务发生异常后，定时任务还会继续执行，但是周期执行的线程池遇到报错后也不会重复调用执行的任务。
线程任务BeatTask的run方法，，每次执行会先判断isStopped,如果是false，说明心跳停止，就不会触发下次执行任务。如果使用定时任务scheduleAtFixedRate,即使心跳停止还会继续执行任务，造成资源不必要浪费。
注册实例
registerService主要封装实例信息，比如ip、port、servicename，将这些信息通过http请求发送给服务端。路径为/v1/ns/instance。
根据上面流程，查看以下的流程图：
服务端
服务端就是注册中心，服务注册到注册中心，在https://github.com/alibaba/nacos/releases/tag/2.1.1下载源码部署到本地，方便调式和查看，部署方式详见我的另外一篇文章Nacos 源码环境搭建。
服务端主要接收两个信息：心跳包和实例信息。
心跳包
客户端向服务请求的路径为/v1/ns/instance/beat，对应的服务端为InstanceController类的beat方法：
@PutMapping("/beat")
@Secured(action = ActionTypes.WRITE)
public ObjectNode beat(HttpServletRequest request) throws Exception {

    ObjectNode result = JacksonUtils.createEmptyJsonNode();
    result.put(SwitchEntry.CLIENT_BEAT_INTERVAL, switchDomain.getClientBeatInterval());

    String beat = WebUtils.optional(request, "beat", StringUtils.EMPTY);
    RsInfo clientBeat = null;
    // 判断是否有心跳，存在心跳就转成RsInfo
    if (StringUtils.isNotBlank(beat)) {
        clientBeat = JacksonUtils.toObj(beat, RsInfo.class);
    }
    String clusterName = WebUtils
            .optional(request, CommonParams.CLUSTER_NAME, UtilsAndCommons.DEFAULT_CLUSTER_NAME);
    String ip = WebUtils.optional(request, "ip", StringUtils.EMPTY);
    int port = Integer.parseInt(WebUtils.optional(request, "port", "0"));
    if (clientBeat != null) {
        if (StringUtils.isNotBlank(clientBeat.getCluster())) {
            clusterName = clientBeat.getCluster();
        } else {
            // fix #2533
            clientBeat.setCluster(clusterName);
        }
        ip = clientBeat.getIp();
        port = clientBeat.getPort();
    }
    String namespaceId = WebUtils.optional(request, CommonParams.NAMESPACE_ID, Constants.DEFAULT_NAMESPACE_ID);
    String serviceName = WebUtils.required(request, CommonParams.SERVICE_NAME);
    NamingUtils.checkServiceNameFormat(serviceName);
    Loggers.SRV_LOG.debug("[CLIENT-BEAT] full arguments: beat: {}, serviceName: {}, namespaceId: {}", clientBeat,
            serviceName, namespaceId);
    // 获取实例信息
    BeatInfoInstanceBuilder builder = BeatInfoInstanceBuilder.newBuilder();
    builder.setRequest(request);
    int resultCode = getInstanceOperator()
            .handleBeat(namespaceId, serviceName, ip, port, clusterName, clientBeat, builder);
    result.put(CommonParams.CODE, resultCode);
    // 下次发送心跳包间隔
    result.put(SwitchEntry.CLIENT_BEAT_INTERVAL,
            getInstanceOperator().getHeartBeatInterval(namespaceId, serviceName, ip, port, clusterName));
    result.put(SwitchEntry.LIGHT_BEAT_ENABLED, switchDomain.isLightBeatEnabled());
    return result;
}
在handleBeat方法中执行线程任务ClientBeatProcessorV2的run方法，延长lastHeartBeatTime时间。注册中心会定时查询实例，当前时间 - lastHeartBeatTime > 设置时间(默认15秒)，就标记实例为不健康实例。如果心跳实例不健康，发送通知给订阅方，变更实例。
服务端在15秒没有收到心跳包会将实例设置为不健康，在30秒没有收到心跳包会将临时实例移除掉。
实例注册
客户端请求的地址是/nacos/v1/ns/instance，对应的是服务端是在InstanceController类。找到类上对应的post请求方法上。
注册流程：
InstanceController#register ——>InstanceOperatorClientImpl#registerInstance ——>ClientOperationServiceProxy#registerInstance ——>EphemeralClientOperationServiceImpl#registerInstance
创建 Service
服务注册后，将服务存储在一个双层map集合中：
private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();
通过是否存在ephemeral,true，走AP模式，否则走CP模式。
Nacos 默认就是采用的AP模式使用Distro协议实现。实现的接口是EphemeralConsistencyService对节点信息的持久化主要是调用put方法,
会先写入到DataStore中:
public void onPut(String key, Record value) {
    if (KeyBuilder.matchEphemeralInstanceListKey(key)) {
        Datum<Instances> datum = new Datum<>();
        datum.value = (Instances) value;
        datum.key = key;
        datum.timestamp.incrementAndGet();
         // 数据持久化到缓存中
        dataStore.put(key, datum);
    }

    if (!listeners.containsKey(key)) {
        return;
    }

    notifier.addTask(key, DataOperation.CHANGE);
}
总结
从依赖上找到需要启动的是要加载的服务注册类NacosDiscoveryAutoConfiguration,主要配置三个对象 NacosServiceRegistryNacosRegistrationNacosAutoServiceRegistration
NacosServiceRegistry类的register方法，封装实例和心跳信息通过http请求，定时发送发送心跳包,默认时间间隔是5秒。通过http请求，发送实例信息。
服务端接收到心跳请求，更新心跳包最新时间。服务端在15秒没有收到心跳包会将实例设为不健康，在30秒没有收到心跳包会将临时实例移除掉。接收到服务注册接口，通过ephemeral判断是否走AP还是走CP，AP模式使用Distro协议。通过调用EphemeralConsistencyService接口实现，持久化实例信息。
参考
Nacos源码之注册中心的实现
Nacos 服务注册源码分析