十張圖搞懂服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)機(jī)制

作者：雷小帥 2022-03-07 17:43:30

任何一個大型網(wǎng)站的架構(gòu)都不是從一開始就一層不變的，而是隨著用戶量和數(shù)據(jù)量的不斷增加不斷迭代演進(jìn)的結(jié)果。

在微服務(wù)架構(gòu)或分布式環(huán)境下，服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)技術(shù)不可或缺，這也是程序員進(jìn)階之路必須要掌握的核心技術(shù)之一，本文通過圖解的方式帶領(lǐng)大家輕輕松松掌握。

引入服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)組件的原因

先來看一個問題，假如現(xiàn)在我們要做一個商城項目，作為架構(gòu)師的你應(yīng)該怎樣設(shè)計系統(tǒng)的架構(gòu)?你心里肯定在想：這還不容易直接照搬淘寶的架構(gòu)不就行了。但在現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)業(yè)環(huán)境中一個項目可能是九死一生，如果一開始投入巨大的人力和財力，一旦項目失敗損失就很大。

作為一位有經(jīng)驗的架構(gòu)師需要結(jié)合公司財力、人力投入預(yù)算等現(xiàn)狀選擇最適合眼下的架構(gòu)才是王道。大型網(wǎng)站都是從小型網(wǎng)站發(fā)展而來，架構(gòu)也是一樣。

任何一個大型網(wǎng)站的架構(gòu)都不是從一開始就一層不變的，而是隨著用戶量和數(shù)據(jù)量的不斷增加不斷迭代演進(jìn)的結(jié)果。

在架構(gòu)不斷迭代演進(jìn)的過程中我們會遇到很多問題，技術(shù)發(fā)展的本質(zhì)就是不斷發(fā)現(xiàn)問題再解決問題，解決問題又發(fā)現(xiàn)問題。

單體架構(gòu)

在系統(tǒng)建立之初可能不會有特別多的用戶，將所有的業(yè)務(wù)打成一個應(yīng)用包放在tomcat容器中運(yùn)行，與數(shù)據(jù)庫共用一臺服務(wù)器，這種架構(gòu)一般稱之為單體架構(gòu)。

在初期這種架構(gòu)的效率非常高，根據(jù)用戶的反饋可以快速迭代上線。但是隨著用戶量增加，一臺服務(wù)的內(nèi)存和CPU吃緊，很容易造成瓶頸，新的問題來了怎么解決呢?

應(yīng)用與數(shù)據(jù)分離

隨著用戶請求量增加，一臺服務(wù)器的內(nèi)存和CPU持續(xù)飆升，用戶請求響應(yīng)時間變慢。這時候可以考慮將應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫拆開，各自使用一臺服務(wù)器，你看問題又解決了吧。

突然有一天掃地阿姨不小心碰了電線，其中一臺服務(wù)器掉電了，用戶所有的請求都報錯，隨之而來的是一系列投訴電話。

集群部署

單實(shí)例很容易造成單點(diǎn)問題，比如遇到服務(wù)器故障或者服務(wù)能力瓶頸，那怎么辦?聰明的你肯定想到了，用集群呀。

集群部署是指將應(yīng)用部署在多個服務(wù)器或者虛機(jī)上，用戶通過服務(wù)均衡隨機(jī)訪問其中的一個實(shí)例，從而使多個實(shí)例的流量均衡，如果一個實(shí)例出現(xiàn)故障可以將其下線，其他實(shí)例不受影響仍然可以對外提供服務(wù)。

隨著用戶數(shù)量快速增加，老板決定增加投入擴(kuò)大團(tuán)隊規(guī)模。開發(fā)團(tuán)隊壯大后效率并沒有得到顯著的提高，以前小團(tuán)隊可以一周迭代上線一次，現(xiàn)在至少需要兩到三周時間。

業(yè)務(wù)邏輯越來越復(fù)雜，代碼間耦合很嚴(yán)重，修改一行代碼可能引入幾個線上問題。架構(gòu)師意識到需要進(jìn)行架構(gòu)重構(gòu)。

微服務(wù)架構(gòu)

當(dāng)單體架構(gòu)演進(jìn)到一定階段后開發(fā)測試的復(fù)雜性都會成本增加，團(tuán)隊規(guī)模的擴(kuò)大也會使得各自工作耦合性更嚴(yán)重，牽一發(fā)而動全身就是這種場景。

單體架構(gòu)遇到瓶頸了，微服務(wù)架構(gòu)就橫空出世了。微服務(wù)就是將之前的單體服務(wù)按照業(yè)務(wù)維度進(jìn)行拆分，拆分粒度可大可小，拆分時機(jī)可以分節(jié)奏進(jìn)行。最佳實(shí)踐是先將一些獨(dú)立的功能從單體中剝離出來抽成一個或多個微服務(wù)，這樣可以保障業(yè)務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

如上圖將一個商用應(yīng)用拆分為六個獨(dú)立微服務(wù)。六個微服務(wù)可以使用Docker容器化進(jìn)行多實(shí)例部署。

架構(gòu)演化到這里遇到了一個難題，如果要查詢用戶所有的訂單，用戶服務(wù)可能會依賴訂單服務(wù)，用戶服務(wù)如何與訂單服務(wù)交互呢?訂單服務(wù)有多個實(shí)例該訪問哪一個?

通常有幾種解決辦法：

(1)服務(wù)地址硬編碼

服務(wù)的地址寫死在數(shù)據(jù)庫或者配置文件，通過訪問DNS域名進(jìn)行尋址路由。

服務(wù)B的地址硬編碼在數(shù)據(jù)庫或者配置文件中，服務(wù)A首先需要拿到服務(wù)B的地址，然后通過DNS服務(wù)器解析獲取其中一實(shí)例的真實(shí)地址，最后可以向服務(wù)B發(fā)起請求。

如果遇到大促活動需要對服務(wù)實(shí)例擴(kuò)容，大促完需要對服務(wù)實(shí)例進(jìn)行下線，運(yùn)維人員要做大量的手工操作，非常容易誤操作。

(2)服務(wù)動態(tài)注冊與發(fā)現(xiàn)

服務(wù)地址硬編碼還有一個非常致命的問題，如果一臺實(shí)例掛了，運(yùn)維人員可能不能及時感知到，導(dǎo)致一部分用戶的請求會異常。

引入服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)組件可以很好解決上面遇到的問題，避免過多的人工操作。

架構(gòu)演進(jìn)總結(jié)

在單體架構(gòu)中一個應(yīng)用程序就是一個服務(wù)包，包內(nèi)的模塊通過函數(shù)方法相互調(diào)用，模型足夠簡單，根本沒有服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)一說。

在微服務(wù)架構(gòu)中會將一個應(yīng)用程序拆分為多個微服務(wù)，微服務(wù)會部署在不同的服務(wù)器、不同的容器、甚至多數(shù)據(jù)中心，微服務(wù)間要相互調(diào)用，服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)成為了一個不可或缺的組件。

服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)基本原理

服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)是分為注冊和發(fā)現(xiàn)兩個關(guān)鍵的步驟。

服務(wù)注冊：服務(wù)進(jìn)程在注冊中心注冊自己的元數(shù)據(jù)信息。通常包括主機(jī)和端口號，有時還有身份驗證信息，協(xié)議，版本號，以及運(yùn)行環(huán)境的信息。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)：客戶端服務(wù)進(jìn)程向注冊中心發(fā)起查詢，來獲取服務(wù)的信息。服務(wù)發(fā)現(xiàn)的一個重要作用就是提供給客戶端一個可用的服務(wù)列表。

服務(wù)注冊

服務(wù)注冊有兩種形式：客戶端注冊和代理注冊。

客戶端注冊

客戶端注冊是服務(wù)自己要負(fù)責(zé)注冊與注銷的工作。當(dāng)服務(wù)啟動后注冊線程向注冊中心注冊，當(dāng)服務(wù)下線時注銷自己。

這種方式的缺點(diǎn)是注冊注銷邏輯與服務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯耦合在一起，如果服務(wù)使用不同語言開發(fā)，那需要適配多套服務(wù)注冊邏輯。

代理注冊

代理注冊由一個單獨(dú)的代理服務(wù)負(fù)責(zé)注冊與注銷。當(dāng)服務(wù)提供者啟動后以某種方式通知代理服務(wù)，然后代理服務(wù)負(fù)責(zé)向注冊中心發(fā)起注冊工作。

這種方式的缺點(diǎn)是多引用了一個代理服務(wù)，并且代理服務(wù)要保持高可用狀態(tài)。

服務(wù)發(fā)現(xiàn)

服務(wù)發(fā)現(xiàn)也分為客戶端發(fā)現(xiàn)和代理發(fā)現(xiàn)。

客戶端發(fā)現(xiàn)

客戶端發(fā)現(xiàn)是指客戶端負(fù)責(zé)向注冊中心查詢可用服務(wù)地址，獲取到所有的可用實(shí)例地址列表后客戶端根據(jù)負(fù)載均衡算法選擇一個實(shí)例發(fā)起請求調(diào)用。

這種方式非常直接，客戶端可以控制負(fù)載均衡算法。但是缺點(diǎn)也很明顯，獲取實(shí)例地址、負(fù)載均衡等邏輯與服務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯耦合在一起，如果服務(wù)發(fā)現(xiàn)或者負(fù)載平衡有變化，那么所有的服務(wù)都要修改重新上線。

代理發(fā)現(xiàn)

代理發(fā)現(xiàn)是指新增一個路由服務(wù)負(fù)責(zé)服務(wù)發(fā)現(xiàn)獲取可用的實(shí)例列表，服務(wù)消費(fèi)者如果需要調(diào)用服務(wù)A的一個實(shí)例可以直接將請求發(fā)往路由服務(wù)，路由服務(wù)根據(jù)配置好的負(fù)載均衡算法從可用的實(shí)例列表中選擇一個實(shí)例將請求轉(zhuǎn)發(fā)過去即可，如果發(fā)現(xiàn)實(shí)例不可用，路由服務(wù)還可以自行重試，服務(wù)消費(fèi)者完全不用感知。