zookeeper服务发现实战及原理--spring-cloud-zookeeper源码分析

1.为什么要服务发现？

服务实例的网络位置都是动态分配的。由于扩展、失败和升级，服务实例会经常动态改变，因此，客户端代码需要使用更加复杂的服务发现机制。

2.常见的服务发现开源组件

etcd—用于共享配置和服务发现的高可用性、分布式、一致的键值存储。使用etcd的两个著名项目是Kubernetes和Cloud Foundry。
consul-发现和配置服务的工具。它提供了一个API，允许客户端注册和发现服务。领事可以执行健康检查，以确定服务的可用性。
Apache Zookeeper——一个广泛使用的分布式应用高性能协调服务。Apache Zookeeper最初是Hadoop的子项目，但现在是*项目。

3.zookeeper服务发现原理

3.1 zookeeper是什么？

　　ZooKeeper是一个分布式的，开放源码的分布式应用程序协调服务，是Google的Chubby一个开源的实现，是Hadoop和Hbase的重要组件。它是一个为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。

3.2 为什么zookeeper？

　　大部分分布式应用需要一个主控、协调器或控制器来管理物理分布的子进程（如资源、任务分配等）
　　目前，大部分应用需要开发私有的协调程序，缺乏一个通用的机制
　　协调程序的反复编写浪费，且难以形成通用、伸缩性好的协调器
　　ZooKeeper：提供通用的分布式锁服务，用以协调分布式应用（如为HBase提供服务）

3.3 Zookeeper在微服务框架中可以实现服务发现，该服务发现机制可作为云服务的注册中心。

　　通过Spring Cloud Zookeeper为应用程序提供一种Spring Boot集成，将Zookeeper通过自动配置和绑定 的方式集成到Spring环境中.

4.准备工作

安装zookeeper和zooinspector见

window7环境下ZooKeeper的安装运行及监控查看

　　此次安装的zookeeper版本为最新版

　　zookeeper-3.5.4-beta 安装过程一样

　　下载ZooInspector，参照指南运行java -Dfile.encoding=UTF-8 -jar zookeeper-dev-ZooInspector.jar即可

5.实战

5.1 使用sts创建一个spring starter project名称为zk-discovery，如下图所示

此时自动生成的pom.xml的配置文件如下所示

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.1.3.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>zk-discovery</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>zk-discovery</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
        <spring-cloud.version>Greenwich.SR1</spring-cloud.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-zookeeper-discovery</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

    <repositories>
        <repository>
            <id>spring-milestones</id>
            <name>Spring Milestones</name>
            <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
        </repository>
    </repositories>

</project>

5.2 ZkDiscoveryApplication增加服务发现注解@EnableDiscoveryClient

package com.example.demo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.client.discovery.EnableDiscoveryClient;

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class ZkDiscoveryApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ZkDiscoveryApplication.class, args);
    }

}

5.3 增加Rest服务HelloWorldController.java

package com.example.demo;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class HelloWorldController {
    @GetMapping("/helloworld")
    public String HelloWorld() {
        return "Hello World!";
    }
}

5.4. 属性文件配置

spring:
  application:
    name: HelloWorld
  cloud:
    zookeeper:
      connect-string: localhost:2181
      discovery:
        enabled: true
server:
  port: 8081
logging:
  level:
    org.apache.zookeeper.ClientCnxn: WARN

6.源码分析

以spring-boot app项目启动时注册服务ZookeeperAutoServiceRegistrationAutoConfiguration.java为入口

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(ZookeeperRegistration.class)
    public ServiceInstanceRegistration serviceInstanceRegistration(
            ApplicationContext context, ZookeeperDiscoveryProperties properties) {
        String appName = context.getEnvironment().getProperty("spring.application.name",
                "application");
        String host = properties.getInstanceHost();
        if (!StringUtils.hasText(host)) {
            throw new IllegalStateException("instanceHost must not be empty");
        }

        ZookeeperInstance zookeeperInstance = new ZookeeperInstance(context.getId(),
                appName, properties.getMetadata());
        RegistrationBuilder builder = ServiceInstanceRegistration.builder() //1
　　　　　　　　　 .address(host)   //2
                .name(appName)   //3
　　　　　　　　　 .payload(zookeeperInstance) //4
                .uriSpec(properties.getUriSpec()); //5

        if (properties.getInstanceSslPort() != null) {
            builder.sslPort(properties.getInstanceSslPort());
        }
        if (properties.getInstanceId() != null) {
            builder.id(properties.getInstanceId());
        }

        // TODO add customizer?

        return builder.build();
    }

6.1 创建ServiceInstance的builder

    /**
     * Return a new builder. The {@link #address} is set to the ip of the first
     * NIC in the system. The {@link #id} is set to a random UUID.
     *
     * @return builder
     * @throws Exception errors getting the local IP
     */
    public static<T> ServiceInstanceBuilder<T>builder() throws Exception
    {
        String                  address = null;
        Collection<InetAddress> ips = ServiceInstanceBuilder.getAllLocalIPs();
        if ( ips.size() > 0 )
        {
            address = ips.iterator().next().getHostAddress();   // default to the first address
        }

        String                  id = UUID.randomUUID().toString();

        return new ServiceInstanceBuilder<T>().address(address).id(id).registrationTimeUTC(System.currentTimeMillis());
    }

6.2 ZookeeperAutoServiceRegistration.java

注册方法

    @Override
    protected void register() {
        if (!this.properties.isRegister()) {
            log.debug("Registration disabled.");
            return;
        }
        if (this.registration.getPort() == 0) {
            this.registration.setPort(getPort().get());
        }
        super.register();
    }

调用父类AbstractAutoServiceRegistration的注册方法

    /**
     * Register the local service with the {@link ServiceRegistry}.
     */
    protected void register() {
        this.serviceRegistry.register(getRegistration());
    }

调用ZookeeperServiceRegistry的注册方法

    /**
     * TODO: add when ZookeeperServiceDiscovery is removed One can override this method to
     * provide custom way of registering {@link ServiceDiscovery}
     */
    /*
     * private void configureServiceDiscovery() {
     * this.zookeeperServiceDiscovery.configureServiceDiscovery(this.
     * zookeeperServiceDiscovery.getServiceDiscoveryRef(), this.curator, this.properties,
     * this.instanceSerializer, this.zookeeperServiceDiscovery.getServiceInstanceRef()); }
     */

    @Override
    public void register(ZookeeperRegistration registration) {
        try {
            getServiceDiscovery().registerService(registration.getServiceInstance());
        }
        catch (Exception e) {
            rethrowRuntimeException(e);
        }
    }

最终调用org.apache.curator.x.discovery.details.ServiceDiscoveryImpl

    /**
     * Register/re-register/update a service instance
     *
     * @param service service to add
     * @throws Exception errors
     */
    @Override
    public void registerService(ServiceInstance<T> service) throws Exception
    {
        Entry<T> newEntry = new Entry<T>(service);
        Entry<T> oldEntry = services.putIfAbsent(service.getId(), newEntry);
        Entry<T> useEntry = (oldEntry != null) ? oldEntry : newEntry;
        synchronized(useEntry)
        {
            if ( useEntry == newEntry ) // i.e. is new
            {
                useEntry.cache = makeNodeCache(service);
            }
            internalRegisterService(service);
        }
    }

    @VisibleForTesting
    protected void internalRegisterService(ServiceInstance<T> service) throws Exception
    {
        byte[] bytes = serializer.serialize(service);
        String path = pathForInstance(service.getName(), service.getId());

        final int MAX_TRIES = 2;
        boolean isDone = false;
        for ( int i = 0; !isDone && (i < MAX_TRIES); ++i )
        {
            try
            {
                CreateMode mode;
                switch (service.getServiceType()) {
                case DYNAMIC:
                    mode = CreateMode.EPHEMERAL;
                    break;
                case DYNAMIC_SEQUENTIAL:
                    mode = CreateMode.EPHEMERAL_SEQUENTIAL;
                    break;
                default:
                    mode = CreateMode.PERSISTENT;
                    break;
                }
                client.create().creatingParentContainersIfNeeded().withMode(mode).forPath(path, bytes);
                isDone = true;
            }
            catch ( KeeperException.NodeExistsException e )
            {
                client.delete().forPath(path);  // must delete then re-create so that watchers fire
            }
        }
    }

观察zookeeper的生成情况

生成的helloWorld的服务信息如下：

{
  "name": "HelloWorld",
  "id": "ef95204e-f5e8-4c69-96e4-3f7cec8dce33",
  "address": "DESKTOP-405G2C8",
  "port": 8081,
  "sslPort": null,
  "payload": {
    "@class": "org.springframework.cloud.zookeeper.discovery.ZookeeperInstance",
    "id": "application-1",
    "name": "HelloWorld",
    "metadata": {

    }
  },
  "registrationTimeUTC": 1552453808924,
  "serviceType": "DYNAMIC",
  "uriSpec": {
    "parts": [
      {
        "value": "scheme",
        "variable": true
      },
      {
        "value": "://",
        "variable": false
      },
      {
        "value": "address",
        "variable": true
      },
      {
        "value": ":",
        "variable": false
      },
      {
        "value": "port",
        "variable": true
      }
    ]
  }
}

7.碰到的问题

Thrown "KeeperErrorCode = Unimplemented for /services" exception

　　原因：Curator 和zookeeper的版本不一致

　　解决方式：zookeeper升级到最新的版本后异常消失

8.Spring Cloud中的Eureka和Zookeeper的区别

对于 zookeeper 来书，它是 CP 的。也就是说，zookeeper 是保证数据的一致性的。

Eureka 在设计时优先保证可用性，这就是 AP 原则。Eureka 各个节点都是平等的，几个节点挂掉不会影响正常节点的工作，剩余的节点依然可以提供注册和查询服务。

9.总结

在微服务应用中，服务实例的运行环境会动态变化，实例网络地址也是如此。因此，客户端为了访问服务必须使用服务发现机制。

服务注册表是服务发现的关键部分。服务注册表是可用服务实例的数据库，提供管理 API 和查询 API。服务实例使用管理 API 来实现注册和注销，系统组件使用查询 API 来发现可用的服务实例。

服务发现有两种主要模式：客户端发现和服务端发现。在使用客户端服务发现的系统中，客户端查询服务注册表，选择可用的服务实例，然后发出请求。在使用服务端发现的系统中，客户端通过路由转发请求，路由器查询服务注册表并转发请求到可用的实例。

服务实例的注册和注销也有两种方式。一种是服务实例自己注册到服务注册表中，即自注册模式；另一种则是由其它系统组件处理注册和注销，也就是第三方注册模式。

在一些部署环境中，需要使用 Netflix Eureka、etcd、Apache Zookeeper 等服务发现来设置自己的服务发现基础设施。而另一些部署环境则内置了服务发现。例如，Kubernetes 和 Marathon 处理服务实例的注册和注销，它们也在每个集群主机上运行代理，这个代理具有服务端发现路由的功能。

HTTP 反向代理和 NGINX 这样的负载均衡器能够用做服务器端的服务发现均衡器。服务注册表能够将路由信息推送到 NGINX，激活配置更新，譬如使用 Cosul Template。NGINX Plus 支持额外的动态配置机制，能够通过 DNS 从注册表中获取服务实例的信息，并为远程配置提供 API。

参考文献

【1】https://cloud.spring.io/spring-cloud-zookeeper/1.2.x/multi/multi_spring-cloud-zookeeper-discovery.html

【2】https://cloud.spring.io/spring-cloud-zookeeper/1.2.x/multi/multi_spring-cloud-zookeeper-config.html

【3】http://www.enriquerecarte.com/2017-07-21/spring-cloud-config-series-introduction

【4】https://dzone.com/articles/spring-cloud-config-series-part-2-git-backend

【5】https://dzone.com/articles/spring-cloud-config-part-3-zookeeper-backend

【6】https://github.com/santteegt/spring-cloud-zookeeper-service-discovery-demo

【7】https://blog.****.net/peterwanghao/article/details/79722247

【8】https://www.cnblogs.com/EasonJim/p/7613734.html

【9】https://blog.****.net/eson_15/article/details/85561179

【10】https://www.nginx.com/blog/service-discovery-in-a-microservices-architecture/