如何在生產(chǎn)環(huán)境部署 Nacos 集群

首先介紹下之前我們在國內(nèi)某互聯(lián)網(wǎng)金融機構(gòu)在項目中落地的 Nacos 集群架構(gòu)圖。

下面我們來解讀下 Nacos 集群架構(gòu)的設(shè)計要點：

微服務(wù)并不是直接通過 IP 地址訪問后端服務(wù)，而是采用域名訪問。通過 DNS（域名解析服務(wù)）轉(zhuǎn)換為具體的 IP 地址，通過域名方式屏蔽后端容易產(chǎn)生變化的 IP 地址。

底層 Nacos 自帶集群間節(jié)點與數(shù)據(jù)同步方案，因此需要 Nacos 節(jié)點對外暴露 8848 與 7848 端口。其中 8848 端口的作用是對外暴露 API 與集群間數(shù)據(jù)同步，而 7848 端口則用于節(jié)點選舉來確定集群領(lǐng)袖（Leader）。同時 Nacos 在集群環(huán)境下需要持久化應(yīng)用配置、用戶權(quán)限、歷史信息等內(nèi)置數(shù)據(jù)，因此需要額外部署 MySQL 數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一存儲。

在 Nacos 層面，每一臺服務(wù)器都有獨立的 IP。我們并不建議直接將物理 IP 對外暴露，而是額外增加 VIP（虛擬 IP），通過 DNS 服務(wù)綁定 VIP，這樣的好處是通過 VIP 屏蔽了Nacos集群實際的物理IP地址，同時為訪問者提供了統(tǒng)一的接入入口，使微服務(wù)的注冊接入和Nacos 集群實現(xiàn)細節(jié)彼此解耦，提高架構(gòu)的維護性。

Nacos 集群的部署過程

第一步，環(huán)境準備。

Nacos 因為選舉算法的特殊性，要求最少三個節(jié)點才能組成一個有效的集群，關(guān)于選舉算法我會在后面課程中進行講解，感興趣的同學(xué)可以持續(xù)關(guān)注。

這里需要準備三臺服務(wù)器（虛擬機）。

我為此準備了三個 CentOS 7 節(jié)點，符合最低運行要求，其 IP 地址分別為：
192.168.163.131
192.168.163.132
192.168.163.133
在這三個節(jié)點上安裝好 JDK1.8，并配置 JAVA_HOME 環(huán)境變量，這些操作在上一節(jié)我們已經(jīng)講過，不再贅述。
此外還需要額外部署一臺 MySQL 數(shù)據(jù)庫用于保存 Nacos 的配置管理、權(quán)限控制信息。這里推薦版本為 MySQL5.7 或者 MySQL 8.0。在我這部署版本為 5.7，IP 地址為：192.168.163.100。

第二步，下載安裝 Nacos。

訪問到 https://github.com/alibaba/nacos/releases/ 網(wǎng)址下載 Nacos 1.4.0 版本，上傳到每一臺 CentOS 服務(wù)器的 /usr/local 目錄下，執(zhí)行解壓縮命令，生成 Nacos 目錄
tar -xvf nacos-server-1.4.0.tar.gz。

第三步，配置數(shù)據(jù)庫。
使用任意 MySQL 客戶端工具連接到 192.168.163.100 MySQL 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，創(chuàng)建名為nacos_config的數(shù)據(jù)庫，之后使用 MySQL 客戶端執(zhí)行 /usr/local/nacos/conf/nacos-mysql.sql 文件，完成建表工作。


其中比較重要的表我們有必要了解一下。

config_* ：所有 config_ 開頭的表都是 Nacos 配置中心使用時保存應(yīng)用配置的表。

users：系統(tǒng)用戶表，在集群環(huán)境下用戶信息保存在 users 表中，而非在配置文件中。

roles：系統(tǒng)角色表，Nacos 的權(quán)限基于 RBAC（基于角色的訪問控制）模型設(shè)計，此表保存角色數(shù)據(jù)。

permissions: 系統(tǒng)權(quán)限表，說明角色與系統(tǒng)使用權(quán)限的對應(yīng)關(guān)系。

第四步，配置 Nacos 數(shù)據(jù)源。

依次打開 3 臺 Nacos 服務(wù)器中的核心配置文件 application.properties，文件路徑如下

/usr/local/nacos/conf/application.properties

定位到 36 行 Count of DB “數(shù)據(jù)源”配置附近，默認數(shù)據(jù)源配置都被#號注釋，刪除注釋按下方示例配置數(shù)據(jù)源即可。

### Count of DB: 數(shù)據(jù)庫總數(shù) db.num=1 ### Connect URL of DB: 數(shù)據(jù)庫連接,根據(jù)你的實際情況調(diào)整 db.url.0=jdbc:mysql://192.168.163.100:3306/nacos_config?characterEncoding=utf8&connectTimeout=1000&socketTimeout=3000&autoReconnect=true&useUnicode=true&useSSL=false&serverTimezone=UTC db.user=root db.password=root

第五步，Nacos 集群節(jié)點配置
在 /nacos/config 目錄下提供了集群示例文件cluster.conf.example

通過 cluster.conf.example 創(chuàng)建集群節(jié)點列表
首先利用復(fù)制命令創(chuàng)建 cluster.conf 文件。

cp cluster.conf.example cluster.conf

之后打開 cluster.conf，添加所有 Nacos 集群節(jié)點 IP 及端口。

192.168.163.131:8848 192.168.163.132:8848 192.168.163.133:8848

Nacos 通過 cluster.conf 了解集群節(jié)點的分布情況。

第六步，啟動 Nacos 服務(wù)器。
在 3 臺 Nacos 節(jié)點上分別執(zhí)行下面的啟動命令。

sh /usr/local/nacos/bin/startup.sh

注意，集群模式下并不需要增加“-m”參數(shù)，默認就是以集群方式啟動。
啟動時可以通過 tail 命令觀察啟動過程。

tail -f /usr/local/nacos/logs/start.out

啟動日志關(guān)鍵內(nèi)容如下：

#-Xms2g -Xmx2g 默認運行時 JVM 要求 2G 可用內(nèi)存 /usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.275.b01-0.el7_9.x86_64/bin/java -server -Xms2g -Xmx2g ... ... #列出 Nacos 所有集群節(jié)點 INFO The server IP list of Nacos is [192.168.163.131:8848, 192.168.163.132:8848, 192.168.163.133:8848] ... #Nacos 正在啟動 INFO Nacos is starting... ... #集群模式啟動成功，采用外置存儲 MySQL 數(shù)據(jù)庫 INFO Nacos started successfully in cluster mode. use external storage

當(dāng)確保所有節(jié)點均啟動成功，打開瀏覽器訪問下面網(wǎng)址：http://192.168.163.131:8848/nacos/#/clusterManagement?dataId=&group=&appName=&namespace=

登錄后便可看到集群列表。

UP 代表節(jié)點已就緒，DOWN 代表節(jié)點已離線，目前所有節(jié)點均已就緒。

第七步，微服務(wù)接入。

在開發(fā)好的微服務(wù)程序中，在 application.properties 配置 Nacos 集群的任意節(jié)點都可以完成接入工作，Nacos 內(nèi)置的數(shù)據(jù)同步機制會保證各節(jié)點數(shù)據(jù)一致性。

# 應(yīng)用名稱，默認也是在微服務(wù)中注冊的微服務(wù) ID spring.application.name=sample-service # 配置 192.168.163.131/132/133 都可以接入 Nacos spring.cloud.nacos.discovery.server-addr=192.168.163.131:8848,192.168.163.132:8848,192.168.163.133:8848 #連接 Nacos 服務(wù)器使用的用戶名、密碼，默認為 nacos spring.cloud.nacos.discovery.username=nacos spring.cloud.nacos.discvery.password=nacos #微服務(wù)提供 Web 服務(wù)的端口號 server.port=9000

啟動微服務(wù)后，訪問下面三個 URL，會發(fā)現(xiàn)服務(wù)列表的結(jié)果是一致的，這也證明集群模式下 Nacos 能夠保證各節(jié)點的數(shù)據(jù)同步。

http://192.168.163.131:8848/nacos/#/serviceManagement?dataId=&group=&appName=&namespace= http://192.168.163.132:8848/nacos/#/serviceManagement?dataId=&group=&appName=&namespace= http://192.168.163.133:8848/nacos/#/serviceManagement?dataId=&group=&appName=&namespace=

Nacos 集群的工作原理

Nacos 集群中 Leader 節(jié)點是如何產(chǎn)生的
Nacos 集群采用 Raft 算法實現(xiàn)。它是一種比較簡單的選舉算法，用于選舉出 Nacos 集群中最重要的 Leader（領(lǐng)導(dǎo)）節(jié)點。
在 Nacos 集群中，每個節(jié)點都擁有以下三種角色中的一種。

Leader：領(lǐng)導(dǎo)者，集群中最重要的角色，用于向其他節(jié)點下達指令。

Candidate：參選者，參與競選 Leader 的節(jié)點。

Follower：跟隨者，用于接收來自 Leader 或者 Candidate 的請求并進行處理。

在集群中選舉出 Leader 是最重要的工作，產(chǎn)生選舉的時機有三個：

在 Nacos 節(jié)點啟動后，還沒有產(chǎn)生Leader時選舉；

集群成員總量變更時重新選舉；

當(dāng) Leader 停止服務(wù)后重新選舉。

在開始介紹選舉過程前，先理解任期（Term）的含義:

Raft 算法將時間劃分成為任意不同長度的任期（Term）。任期用連續(xù)的數(shù)字進行表示。每一個任期的開始都是一次選舉（Election），一個或多個候選人會試圖成為 Leader。

為了便于理解，我們使用文字+表格的形式說明選舉過程。

當(dāng)最開始的時候，所有 Nacos 節(jié)點都沒有啟動。角色默認為 Follower（跟隨者），任期都是 0。

當(dāng)?shù)谝粋€節(jié)點（192.168.163.131）啟動后，節(jié)點角色會變?yōu)?Candidate（參選者），131 節(jié)點在每一個任期開始時便會嘗試向其他節(jié)點發(fā)出投票請求，征求自己能否成為 Leader（領(lǐng)導(dǎo)者）節(jié)點。只有算上自己獲得超過半數(shù)的選票，這個 Candidate 才能轉(zhuǎn)正為 Leader。在當(dāng)前案例，因為 131 發(fā)起選舉投票，但 132/133 兩個節(jié)點不在線，盡管 131 會投自己一票，但在總 3 票中未過半數(shù)，因此無法成為 Leader。因為第一次選舉沒有產(chǎn)生 Leader，過段時間在下一個任期開始時，131 任期自增加 1，同時會再次向其他節(jié)點發(fā)起投票請求爭取其他節(jié)點同意，直到同意票過半

在 Raft 算法中，成為 Leader 的必要條件是某個 Candidate 獲得過半選票，如果 132 節(jié)點上線，遇到 131 再次發(fā)起投票。132 投票給 131 節(jié)點，131 獲得兩票超過半數(shù)就會成為 Leader，132 節(jié)點自動成為 Follower（跟隨者）。之后 133 節(jié)點上線，因為集群中已有 Leader，因此自動成為 Follower。

當(dāng) Leader 節(jié)點宕機或停止服務(wù)，會在剩余 2 個 Nacos 節(jié)點中產(chǎn)生新的 Leader。如下所示133獲得兩票成為 Leader，132 成為 Follower，131已經(jīng)下線但角色暫時仍為 Leader

之后 131 恢復(fù)上線，但此時 Nacos 集群已有 Leader 存在，131 自動變?yōu)?Follower，且任期歸0

對于 Nacos 集群來說，只要 UP 狀態(tài)節(jié)點不少于"1+N/2"，集群就能正常運行。但少于“1+N/2”，集群仍然可以提供基本服務(wù)，但已無法保證 Nacos 各節(jié)點數(shù)據(jù)一致性。

以上就是 Nacos 基于 Raft 算法的 Leader 選舉過程，確定 Leader 是維持 Nacos 集群數(shù)據(jù)一致的最重要前提，下面咱們來講解在微服務(wù)注冊時 Nacos 集群節(jié)點信息同步的過程。

Nacos 節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步過程

在 Raft 算法中，只有 Leader 才擁有數(shù)據(jù)處理與信息分發(fā)的權(quán)利。因此當(dāng)微服務(wù)啟動時，假如注冊中心指定為 Follower 節(jié)點，則步驟如下：
第一步，Follower 會自動將注冊心跳包轉(zhuǎn)給 Leader 節(jié)點；
第二步，Leader 節(jié)點完成實質(zhì)的注冊登記工作；
第三步，完成注冊后向其他 Follower 節(jié)點發(fā)起“同步注冊日志”的指令；
第四步，所有可用的 Follower 在收到指令后進行“ack應(yīng)答”，通知 Leader 消息已收到；
第五步，當(dāng) Leader 接收過半數(shù) Follower 節(jié)點的 “ack 應(yīng)答”后，返回給微服務(wù)“注冊成功”的響應(yīng)信息。
第六步，對于其他無效的 Follower 節(jié)點，Leader 仍會不斷重新發(fā)送，直到所有 Follower 的狀態(tài)與 Leader 保持同步。
以上便是 Nacos 節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步主體流程，如果你對 Nacos 底層的細節(jié)感興趣，不妨翻閱 Nacos 的源碼了解更詳細的過程。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的03 | 高可用保证：Nacos 如何有效构建注册中心集群的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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