【Spring Cloud 6】注册中心Eureka

朱雀 2021-08-29 23:36 389阅读 0赞

## 一、什么是Eureka ##

Eureka是Netflix公司开源的产品，它是一种基于REST（ Representational State Transfer ）的服务，主要用于AWS云。 Eureka提供了完整的Service Registry和Service Discovery实现实现，也是Spring Cloud体系中最重要的组件之一。

简单来说Eureka就是Netflix开源的一款提供服务注册和发现的产品，并且提供了java客户端。当然，springcloud大力优化后的Eureka，可以应用在任何需要使用注册中心的场景。

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Eureka由两个组件组成：Eureka服务端和Eureka客户端。Eureka服务端就是注册中心。Eureka客户端是一个java客户端，用来简化与服务端的交互、作为轮询负载均衡器，并提供服务的故障切换支持。

下面是Eureka的使用场景

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

从上面看Eureka Server担任注册中心的角色，提供了服务的发现和注册功能。

Service Provider服务提供者，将自身的服务注册到Eureka Server，同时通过心跳检查服务的运行状态。

Service Consumer服务调用者，从Eureka Server得到注册的服务列表，找到对应的服务地址调用并使用。

## 二、Eureka核心概念 ##

### 1、Eureka Server：注册中心服务端 ###

注册中心服务端主要对外提供了三个功能：

（1）服务注册

服务提供者启动时，会通过Eureka Client向Eureka Server注册信息，Eureka Server会存储该服务的信息，Eureka Server内部有二层缓存机制来维护整个注册表。

（2）提供注册表

服务消费者在调用服务时，如果Eureka Client没有缓存注册表的话，会从Eureka Server获取最新的注册表。

（3）同步状态

Eureka Client通过注册、心跳机制和Eureka Server同步当前客户端的状态。

### 2、Eureka Client：注册中心客户端 ###

Eureka Client是一个java客户端，用于简化与Eureka Server的交互。Eureka Client会拉取、更新、缓存Eureka Server中的信息。因此当所有的Eureka Server节点都宕掉，服务消费者依然可以使用缓存中的信息找到服务的提供者，但是当服务有更改的时候会出现信息不一致。

### 3、Register：服务注册 ###

服务的提供者，将自身注册到注册中心，服务提供者也是一个Eureka Client。当Eureka Client向Eureka Server注册时，它提供自身的元数据，比如IP地址、端口、运行状况指示符URL、主页等。

### 4、Renew：服务续约 ###

Eureka Client会每隔30秒发送一次心跳来续约。通过续约来告知Eureka Server该Eureka Client运行正常，没有出现问题。默认情况下，如果Eureka Server在90秒内没有收到Eureka Client的续约，Server端会将实例从其注册表中删除，此事件可配置，一般情况不建议更改。

### 5、Eviction服务剔除 ###

当Eureka Client和Eureka Server不再有心跳时，Eureka Server会将服务实例从服务注册列表中删除，即服务剔除。

### 6、Cancel：服务下线 ###

Eureka Client在程序关闭时想Eureka Server发送取消请求，发送请求后，该客户端实例信息将从Eureka Server的实例注册表中删除。该下线请求不会自动完成，它需要调用一下内容：

DiscoveryManager.getInstance().shutdownComponent();

### 7、GetRegistry：获取注册列表信息 ###

Eureka Client从服务器获取注册表信息，并将其缓存在本地。客户端会使用该信息查找其他服务，从而进行远程调用。该注册列表信息定期（每30秒）更新一次。每次返回注册列表信息可能与Eureka Client的缓存信息不同，Eureka Client自动处理。

如果由于某种原因导致注册信息列表信息不能及时匹配，Eureka Client则会重新获取整个注册表信息。Eureka Server缓存注册列表信息，整个注册表以及每个应用程序的信息进行了压缩，压缩内容和没有压缩的内容完全相同。Eureka Client和Eureka Server可以使用JSON/XML格式进行通讯。在默认情况下Eureka Client使用压缩JSON形式来获取注册列表的信息。

### 8、Remote Call：远程调用 ###

当Eureka Client从注册中心获取到服务提供者信息后，就可以通过HTTP请求调用对应的服务；服务提供者有多个时，Eureka Client客户端会自动通过Ribbon自动进行负载均衡。

## 三、自我保护机制 ##

默认请款下，如果Eureka Server在90秒内没有接收到某个微服务实例的心跳，会注销该实例。但是在微服务架构下服务之间通常都是跨进程调用，网络通信往往面临很多问题，比如微服务状态正常，网络分区故障，导致此实例被注销。

固定时间内大量实例被注销，可能会严重威胁某个微服务架构的可用性，为了解决这个问题，Eureka开发了自我保护机制，那么什么是自我保护机制呢？

Eureka Server在运行期间会去统计心跳失败比例在15分钟之内是否低于85%，如果低于85%，Eureka Server即进入自我保护机制。

Eureka Server触发自我保护机制后，页面会出现提示：

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Eureka Server进入自我保护机制，会出现以下几种情况：

（1）Eureka不再从注册列表中移除因为长时间没收到心跳而应该过期的服务。

（2）Eureka仍然能够接受新服务的注册和查询，但是不会被同步到其它节点上（即保证当前节点依然可用）。

（3）当网络稳定后，当前实例新的注册信息会被同步到其它节点上。

Eureka自我保护机制是为了防止误杀服务而提供的一种机制。当个别客户端出现心跳失联时，则认为是客户端的问题，剔除客户端；当Eureka 捕获到大量的心跳失败时，则认为可能是网络问题，进入自我保护机制；当客户端心跳恢复时，Eureka会自动退出自我保护机制。

如果在保护期内刚好这个服务提供者非正常下线了，此时服务消费者就会拿到一无效的服务实例，则会调用失败。对于这个问题需要服务消费者要有一些容错机制，比如重试，断路器等。

## 四、Eureka高可用集群 ##

理论上来讲，服务消费者本地缓存了服务提供者的地址，即使Eureka Server宕机，也不会影响服务之间的调用，但是一旦涉及到服务的上下线，本地的缓存信息将会出现偏差，影响整个微服务的稳定性，因此搭建Eureka Server集群来提高整个架构的高可用性，是非常必要的。

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从图中可以看出Eureka Server集群相互之间通过Replicate来同步数据，相互之间不区分主节点和从节点，所有的节点都是平等的。在这种架构中，节点通过彼此互相注册提高可用性，每个节点需要添加一个或多个有效的serviceURL指向其他节点。

如果某台 Eureka Server 宕机，Eureka Client 的请求会自动切换到新的 Eureka Server 节点。当宕机的服务器重新恢复后，Eureka 会再次将其纳入到服务器集群管理之中。当节点开始接受客户端请求时，所有的操作都会进行节点间复制，将请求复制到其它 Eureka Server 当前所知的所有节点中。

另外 Eureka Server 的同步遵循着一个非常简单的原则：只要有一条边将节点连接，就可以进行信息传播与同步。所以，如果存在多个节点，只需要将节点之间两两连接起来形成通路，那么其它注册中心都可以共享信息。每个 Eureka Server 同时也是 Eureka Client，多个 Eureka Server 之间通过 P2P 的方式完成服务注册表的同步。

Eureka Server 集群之间的状态是采用异步方式同步的，所以不保证节点间的状态一定是一致的，不过基本能保证最终状态是一致的。

## 五、 Eureka分区 ##

Eureka提供了Region和Zone两个概念来进行分区：

Region：可以理解为地理上的不同区域，比如亚洲地区，中国地区，大连地区等等。没有具体大小的限制。根据项目具体的情况，可以自行合理划分Region。

Zone：可以简单理解为region内的具体机房，比如说region划分为大连，大连有两个机房，就可以再次region之下划分出zone1，zone2两个zone。

## 六、Eureka保证AP ##

Eureka Server 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。而 Eureka Client 在向某个 Eureka 注册时，如果发现连接失败，则会自动切换至其它节点。只要有一台 Eureka Server 还在，就能保证注册服务可用(保证可用性)，只不过查到的信息可能不是最新的(不保证强一致性)。

## 七、Eureka工作流程 ##

1、Eureka Server启动成功，等待服务端注册。

在启动过程中如果配置了集群，集群之间定时通过Replicate同步注册表，每个Eureka Server都存在独立完整的服务注册表信息。

2、Eureka Client启动时根据配置的Eureka Server地址去注册中心注册服务。

3、Eureka Client会每30秒向Eureka Server发送一次心跳，证明客户端服务正常。

4、当Eureka Server90秒内没有收到Eureka Client的心跳，注册中心则认为该节点失效，会注销该实例。

5、单位时间内Eureka Server统计到大量的Eureka Client没有发送心跳，则认为可能为网络异常，进入自我保护机制，不再剔除没有发送心跳的客户端。

6、当Eureka Client心跳恢复正常后，Eureka Server自动退出自我保护机制。

7、Eureka Client定时全量或者增量从注册中心获取服务注册表，并且将获取到的信息缓存在本地。

8、服务调用时，Eureka Client会先从本地缓存找寻调取的服务。如果获取不到，先从注册中心刷新注册表，再同步到本地缓存。

9、Eureka Client获取到目标服务器信息，发起服务调用。

10、Eureka Client程序关闭时向Eureka Server发送取消请求，Eureka Server将实例从注册表中剔除。

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## 八、 Eureka  Server数据存储 ##

Eureka  Server的数据存储分为两层：数据存储层和缓存层。

数据存储层记录注册到 Eureka  Server上的服务信息，缓存层是经过包装后的数据，可以直接在 Eureka  Client调用时返回。

Eureka  Server的数据存储层是双层的ConcurrentHashMap，我们知道 ConcurrentHashMap  是线程安全高效的Map集合。

private final ConcurrentHashMap<String, Map<String, Lease<InstanceInfo>>> registry= new ConcurrentHashMap<String, Map<String, Lease<InstanceInfo>>>();

第一层的ConcurrentHashMap的key=spring.application.name也就是客户端实例注册的应用名；value为嵌套的ConcurrentHashMap。

第二层嵌套的ConcurrentHashMap的key=instanceId也就是服务的唯一实例id，value为Lease对象，Lease对象存储着这个实例的所有注册信息，包括IP、端口、属性等。

根据这个存储结构我们可以发现，Eureka Server 第一层都是存储着所有的服务名，以及服务名对应的实例信息，也就是说第一层都是按照服务应用名这个维度来切分存储：

应用名1：应用1实例 Map
    应该名2：应用2实例 Map
    ...

第二层是根据实例的唯一 ID 来存储的，那么按照这个结构最终的存储数据格式为：

：  应用1实例A：实例A的注册信息 
    应用名1：应用1实例：  应用1实例B：实例B的注册信息 
                    ：  应用1实例C：实例C的注册信息
                    ：  ....
    -----------------              
                    ：  应用2实例F：实例F的注册信息 
    应该名2：应用2实例：  应用2实例G：实例G的注册信息 
                    ：  ... 
     
    ...

数据存储层数据结构如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

当如服务的状态发生变更时，会同步 Eureka Server 中的 registry 数据信息，比如服务注册、剔除服务时。

## 九、 Eureka的缓存机制 ##

Eureka Server 为了提供响应效率，提供了两层的缓存结构，将 Eureka Client 所需要的注册信息，直接存储在缓存结构中。

第一层缓存：readOnlyCacheMap，本质上是 ConcurrentHashMap，依赖定时从 readWriteCacheMap 同步数据，默认时间为 30 秒。

readOnlyCacheMap ： 是一个 CurrentHashMap的只读缓存，这个主要为了供客户端获取注册信息时使用，其缓存更新，依赖于定时器的更新，通过和 readWriteCacheMap 的值做对比，如果数据不一致，则以 readWriteCacheMap 的数据为准。

第二层缓存： readWriteCacheMap ，本质上是Guava缓存。

readWriteCacheMap：readWriteCacheMap  的数据主要同步于存储层。当获取缓存时判断缓存中是否没有数据， 如果不存在此数据，则通过 CacheLoader 的 load 方法去加载，加载成功之后将数据放入缓存，同时返回数据。

readWriteCacheMap 缓存过期时间，默认为 180 秒，当服务下线、过期、注册、状态变更，都会来清除此缓存中的数据。

Eureka Client 获取全量或者增量的数据时，会先从一级缓存中获取；如果一级缓存中不存在，再从二级缓存中获取；如果二级缓存也不存在，这时候先将存储层的数据同步到缓存中，再从缓存中获取。

通过 Eureka Server 的二层缓存机制，可以非常有效地提升 Eureka Server 的响应时间，通过数据存储层和缓存层的数据切割，根据使用场景来提供不同的数据支持。

## **十、代码实例** ##

### 1、项目架构 ###

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### 2、Eureka服务端application.yml ###

server:
      port: 9000
    eureka:
      instance:
        hostname: localhost
      client:
        register-with-eureka: false
        fetch-registry: false
        service-url:
          defaultZone: http://${eureka.instance.hostname}:${server.port}/eureka/
        instance:
          prefer-ip-address: true

### 3、客户端启动类 ###

package cn.itcast.product;
    
    ...
    
    @SpringBootApplication
    @EntityScan("cn.itcast.product.entity")
    @EnableEurekaClient
    public class ProductServiceApplication {
       public static void main(String[] args) {
          SpringApplication.run(ProductServiceApplication.class, args);
       }
    }

4、一些基本的controller、service、bean就不写了，使用的是spring data jpa方式查询的数据库。

### 5、启动服务 ###

Eureka Server --> Eureka Providor --> Eureka Consumer

Eureka Server

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###  6、Eureka Consumer调用服务 ###

![20200603151238153.jpg][]

## 十一、总结 ##

讲解了 Eureka核心概念、 Eureka自我保护机制、 Eureka高可用集群。通过分析 Eureka工作原理，可以明显地感受到 Eureka设计之巧妙，通过一系列的机制，完美的解决了注册中心的稳定性和高可用性。

Eureka 为了保障注册中心的高可用性，容忍了数据的非强一致性，服务节点的数据可能不一致， Eureka  Client间的数据可能不一致。比较适合跨越多机房、对注册中心服务可用性要求较高的使用场景。

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