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前言

我們知道通過Nacos等注冊中心可以實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的治理。但引入了Nacos之后，真的就像理想中那樣所有服務(wù)都由Nacos來完美的管理了嗎?Too young，too simple!

今天這篇文章就跟大家聊聊，當(dāng)服務(wù)異常宕機(jī)，Nacos還未反應(yīng)過來時(shí)，可能會(huì)發(fā)生的狀況以及現(xiàn)有的解決方案。

Nacos的健康檢查

故事還要從Nacos對(duì)服務(wù)實(shí)例的健康檢查說起。

Nacos目前支持臨時(shí)實(shí)例使用心跳上報(bào)方式維持活性。Nacos客戶端會(huì)維護(hù)一個(gè)定時(shí)任務(wù)，每隔5秒發(fā)送一次心跳請(qǐng)求，以確保自己處于活躍狀態(tài)。

Nacos服務(wù)端在15秒內(nèi)如果沒收到客戶端的心跳請(qǐng)求，會(huì)將該實(shí)例設(shè)置為不健康，在30秒內(nèi)沒收到心跳，會(huì)將這個(gè)臨時(shí)實(shí)例摘除。

如果服務(wù)突然掛掉

在正常業(yè)務(wù)場景下，如果關(guān)閉掉一個(gè)服務(wù)實(shí)例，默認(rèn)情況下會(huì)在關(guān)閉之前主動(dòng)調(diào)用注銷接口，將Nacos服務(wù)端注冊的實(shí)例清除掉。

如果服務(wù)實(shí)例還沒來得注銷已經(jīng)被干掉，比如正常kill一個(gè)應(yīng)用，應(yīng)用會(huì)處理完手頭的事情再關(guān)閉，但如果使用kill -9來強(qiáng)制殺掉，就會(huì)出現(xiàn)無法注銷的情況。

針對(duì)這種意外情況，服務(wù)注銷接口是無法被正確調(diào)用的，此時(shí)就需要健康檢查來確保該實(shí)例被刪除。

通過上面分析的Nacos健康檢查機(jī)制，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)服務(wù)突然掛掉之后，會(huì)有15秒的間隙。在這段時(shí)間，Nacos服務(wù)端還沒感知到服務(wù)掛掉，依舊將該服務(wù)提供給客戶端使用。

此時(shí)，必然會(huì)有一部分請(qǐng)求被分配到異常的實(shí)例上。針對(duì)這種情況，又該如何處理呢?如何確保服務(wù)不影響正常的業(yè)務(wù)呢?

自定義心跳周期

針對(duì)上面的問題，我們最容易想到的是解決方案就是縮短默認(rèn)的健康檢查時(shí)間。

原本15秒才能發(fā)現(xiàn)服務(wù)異常，標(biāo)記為不健康，那么是否可以將其縮短呢?這樣錯(cuò)誤影響的范圍便可以變小，變得可控。

針對(duì)此，Nacos 1.1.0之后提供了自定義心跳周期的配置。如果你基于客戶端進(jìn)行操作，在創(chuàng)建實(shí)例時(shí)，可在實(shí)例的metadata數(shù)據(jù)中進(jìn)行心跳周期、健康檢查過期時(shí)間及刪除實(shí)例時(shí)間的配置。

相關(guān)示例如下：

String serviceName = randomDomainName(); 
 
Instance instance = new Instance(); 
instance.setIp("1.1.1.1"); 
instance.setPort(9999); 
Map<String, String> metadata = new HashMap<String, String>(); 
// 設(shè)置心跳的周期，單位為毫秒 
metadata.put(PreservedMetadataKeys.HEART_BEAT_INTERVAL, "3000"); 
// 設(shè)置心跳超時(shí)時(shí)間，單位為毫秒；服務(wù)端6秒收不到客戶端心跳，會(huì)將該客戶端注冊的實(shí)例設(shè)為不健康： 
metadata.put(PreservedMetadataKeys.HEART_BEAT_TIMEOUT, "6000"); 
// 設(shè)置實(shí)例刪除的超時(shí)時(shí)間，單位為毫秒；即服務(wù)端9秒收不到客戶端心跳，會(huì)將該客戶端注冊的實(shí)例刪除： 
metadata.put(PreservedMetadataKeys.IP_DELETE_TIMEOUT, "9000"); 
instance.setMetadata(metadata); 
 
naming.registerInstance(serviceName, instance); 

如果是基于Spring Cloud Alibaba的項(xiàng)目，可通過如下方式配置：

spring: 
  application: 
    name: user-service-provider 
  cloud: 
    nacos: 
      discovery: 
        server-addr: 127.0.0.1:8848 
        heart-beat-interval: 1000 #心跳間隔。單位為毫秒。 
        heart-beat-timeout: 3000 #心跳暫停。單位為毫秒。 
        ip-delete-timeout: 6000 #Ip刪除超時(shí)。單位為毫秒。 

在某些Spring Cloud版本中，上述配置可能無法生效。也可以直接配置metadata的數(shù)據(jù)。配置方式如下：

spring: 
  application: 
    name: user-service-provider 
  cloud: 
    nacos: 
      discovery: 
        server-addr: 127.0.0.1:8848 
        metadata: 
          preserved.heart.beat.interval: 1000 #心跳間隔。時(shí)間單位:毫秒。 
          preserved.heart.beat.timeout: 3000 #心跳暫停。時(shí)間單位:毫秒。即服務(wù)端6秒收不到客戶端心跳，會(huì)將該客戶端注冊的實(shí)例設(shè)為不健康； 
          preserved.ip.delete.timeout: 6000 #Ip刪除超時(shí)。時(shí)間單位:秒。即服務(wù)端9秒收不到客戶端心跳，會(huì)將該客戶端注冊的實(shí)例刪除； 

其中第一種配置，感興趣的朋友可以看一下NacosServiceRegistryAutoConfiguration中相關(guān)組件的實(shí)例化。在某些版本中由于NacosRegistration和NacosDiscoveryProperties實(shí)例化的順序問題會(huì)導(dǎo)致配置未生效。此時(shí)可考慮第二種配置形式。

上面的配置項(xiàng)，最終會(huì)在NacosServiceRegistry在進(jìn)行實(shí)例注冊時(shí)通過getNacosInstanceFromRegistration方法進(jìn)行封裝：

private Instance getNacosInstanceFromRegistration(Registration registration) { 
        Instance instance = new Instance(); 
        instance.setIp(registration.getHost()); 
        instance.setPort(registration.getPort()); 
        instance.setWeight(nacosDiscoveryProperties.getWeight()); 
        instance.setClusterName(nacosDiscoveryProperties.getClusterName()); 
        instance.setEnabled(nacosDiscoveryProperties.isInstanceEnabled()); 
        // 設(shè)置Metadata 
        instance.setMetadata(registration.getMetadata()); 
        instance.setEphemeral(nacosDiscoveryProperties.isEphemeral()); 
        return instance; 
    } 

其中setMetadata方法即是。

通過Nacos提供的心跳周期配置，再結(jié)合自身的業(yè)務(wù)場景，我們就可以選擇最適合的心跳檢測機(jī)制，盡最大可能避免對(duì)業(yè)務(wù)的影響。

這個(gè)方案看起來心跳周期越短越好，但這樣會(huì)對(duì)Nacos服務(wù)端造成一定的壓力。如果服務(wù)器允許，還是可以盡量縮短的。

Nacos的保護(hù)閾值

在上述配置中，我們還要結(jié)合自身的項(xiàng)目情況考慮一下Nacos保護(hù)閾值的配置。

在Nacos中針對(duì)注冊的服務(wù)實(shí)例有一個(gè)保護(hù)閾值的配置項(xiàng)。該配置項(xiàng)的值為0-1之間的浮點(diǎn)數(shù)。

本質(zhì)上，保護(hù)閾值是⼀個(gè)⽐例值(當(dāng)前服務(wù)健康實(shí)例數(shù)/當(dāng)前服務(wù)總實(shí)例數(shù))。

⼀般流程下，服務(wù)消費(fèi)者要從Nacos獲取可⽤實(shí)例有健康/不健康狀態(tài)之分。Nacos在返回實(shí)例時(shí)，只會(huì)返回健康實(shí)例。

但在⾼并發(fā)、⼤流量場景會(huì)存在⼀定的問題。比如，服務(wù)A有100個(gè)實(shí)例，98個(gè)實(shí)例都處于不健康狀態(tài)，如果Nacos只返回這兩個(gè)健康實(shí)例的話。流量洪峰的到來可能會(huì)直接打垮這兩個(gè)服務(wù)，進(jìn)一步產(chǎn)生雪崩效應(yīng)。

保護(hù)閾值存在的意義在于當(dāng)服務(wù)A健康實(shí)例數(shù)/總實(shí)例數(shù) < 保護(hù)閾值時(shí)，說明健康的實(shí)例不多了，保護(hù)閾值會(huì)被觸發(fā)(狀態(tài)true)。

Nacos會(huì)把該服務(wù)所有的實(shí)例信息(健康的+不健康的)全部提供給消費(fèi)者，消費(fèi)者可能訪問到不健康的實(shí)例，請(qǐng)求失敗，但這樣也⽐造成雪崩要好。犧牲了⼀些請(qǐng)求，保證了整個(gè)系統(tǒng)的可⽤。

在上面的解決方案中，我們提到了可以自定義心跳周期，其中能夠看到實(shí)例的狀態(tài)會(huì)由健康、不健康和移除。這些參數(shù)的定義也要考慮到保護(hù)閾值的觸發(fā)，避免雪崩效應(yīng)的發(fā)生。

SpringCloud的請(qǐng)求重試

即便上面我們對(duì)心跳周期進(jìn)行了調(diào)整，但在某一實(shí)例發(fā)生故障時(shí)，還會(huì)有短暫的時(shí)間出現(xiàn)Nacos服務(wù)沒來得及將異常實(shí)例剔除的情況。此時(shí)，如果消費(fèi)端請(qǐng)求該實(shí)例，依然會(huì)出現(xiàn)請(qǐng)求失敗。

為了構(gòu)建更為健壯的應(yīng)用系統(tǒng)，我們希望當(dāng)請(qǐng)求失敗的時(shí)候能夠有一定策略的重試機(jī)制，而不是直接返回失敗。這個(gè)時(shí)候就需要開發(fā)人來實(shí)現(xiàn)重試機(jī)制。

在微服務(wù)架構(gòu)中，通常我們會(huì)基于Ribbon或Spring Cloud LoadBalancer來進(jìn)行負(fù)載均衡處理。除了像Ribbon、Feign框架自身已經(jīng)支持的請(qǐng)求重試和請(qǐng)求轉(zhuǎn)移功能。Spring Cloud也提供了標(biāo)準(zhǔn)的loadbalancer相關(guān)配置。

關(guān)于Ribbon框架的使用我們在這里就不多說了，重點(diǎn)來看看Spring Cloud是如何幫我們實(shí)現(xiàn)的。

異常模擬

我們先來模擬一下異常情況，將上面講到的先將上面的心跳周期調(diào)大，以方便測試。

然后啟動(dòng)兩個(gè)provider和一個(gè)consumer服務(wù)，負(fù)載均衡基于Spring Cloud LoadBalancer來處理。此時(shí)通過consumer進(jìn)行請(qǐng)求，你會(huì)發(fā)現(xiàn)LoadBalancer通過輪訓(xùn)來將請(qǐng)求均勻的分配到兩個(gè)provider上(打印日志)。

此時(shí)，通過kill -9命令將其中一個(gè)provider關(guān)掉。此時(shí)，再通過consumer進(jìn)行請(qǐng)求，會(huì)發(fā)現(xiàn)成功一次，失敗一次，這樣交替出現(xiàn)。

解決方案

我們通過Spring Cloud提供的LoadBalancerProperties配置類中定義的配置項(xiàng)來對(duì)重試機(jī)制進(jìn)行配置，詳細(xì)的配置項(xiàng)目可以對(duì)照該類的屬性。

在consumer的application配置中添加retry相關(guān)配置：

spring: 
  application: 
    name: user-service-consumer 
  cloud: 
    nacos: 
      discovery: 
        server-addr: 127.0.0.1:8848 
    loadbalancer: 
      retry: 
        # 開啟重試 
        enabled: true 
        # 同一實(shí)例最大嘗試次數(shù) 
        max-retries-on-same-service-instance: 1 
        # 其他實(shí)例最大嘗試次數(shù) 
        max-retries-on-next-service-instance: 2 
        # 所有操作開啟重試（慎重使用，特別是POST提交，冪等性保障） 
        retry-on-all-operations: true 

上述配置中默認(rèn)retry是開啟的。

max-retries-on-same-service-instance指的是當(dāng)前實(shí)例嘗試的次數(shù)，包括第一次請(qǐng)求，這里配置為1，也就是第一次請(qǐng)求失敗就轉(zhuǎn)移到其他實(shí)例了。當(dāng)然也可以配置大于1的數(shù)值，這樣還會(huì)在當(dāng)前實(shí)例再嘗試一下。

max-retries-on-next-service-instance配置的轉(zhuǎn)移請(qǐng)求其他實(shí)例時(shí)最大嘗試次數(shù)。

retry-on-all-operations默認(rèn)為false，也就是說只支持Get請(qǐng)求的重試。這里設(shè)置為true支持所有的重試。既然涉及到重試，就需要保證好業(yè)務(wù)的冪等性。

當(dāng)進(jìn)行上述配置之后，再次演示異常模擬，會(huì)發(fā)現(xiàn)即使服務(wù)掛掉，在Nacos中還存在，依舊可以正常進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

關(guān)于Ribbon或其他同類組件也有類似的解決方案，大家可以相應(yīng)調(diào)研一下。

解決方案的坑

在使用Spring Cloud LoadBalancer時(shí)其實(shí)有一個(gè)坑，你可能會(huì)遇到上述配置不生效的情況。這是為什么呢?

其實(shí)是因?yàn)橐蕾囈氲膯栴}，Spring Cloud LoadBalancer的重試機(jī)制是基于spring-retry的，如果沒有引入對(duì)應(yīng)的依賴，便會(huì)導(dǎo)致配置無法生效。而官方文檔業(yè)務(wù)未給出說明。

<dependency> 
    <groupId>org.springframework.retry</groupId> 
    <artifactId>spring-retry</artifactId> 
</dependency> 

另外，上述實(shí)例是基于Spring Cloud 2020.0.0版本，其他版本可能有不同的配置。

小結(jié)

在使用微服務(wù)的時(shí)候并不是將Spring Cloud的組件集成進(jìn)去就完事了。這篇文章我們可以看到即便集成了Nacos，還會(huì)因?yàn)樾奶鴻C(jī)制來進(jìn)行一些折中處理，比如調(diào)整心跳頻次。

同時(shí)，即便調(diào)整了心跳參數(shù)，還需要利用其它組件來兼顧請(qǐng)求異常時(shí)的重試和防止系統(tǒng)雪崩的發(fā)生。關(guān)注一下吧，持續(xù)更新微服務(wù)系列實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容。