通过 Ribbon 查询 Nacos 服务实例

本文转载自微信公众号「运维开发故事」，作者老郑。转载本文请联系运维开发故事公众号。

Nacos 服务列表管理

Nacos 提供了开放 API 可通过 /nacos/v1/ns/instance/list 获取服务列表。如果我们采用 spring-cloud  方式去获取服务，最终会通过 Nacos Client + loadbalancer 的方式进行客户端负载均衡。

Ribbon 源码解析

Ribbon 简介

Spring Cloud Ribbon 是 Netflix Ribbon 实现的一套客户端负载均衡工具 简单的说，Ribbon 是 Netflix  发布的开源项目，主要功能是提供客户端的复杂算法和服务调用。 Ribbon 客户端组件提供一系列完善的配置项如超时、重试等。简单的说，就是配置文件中列出 load  Balancer (简称 LB)后面所有的机器，Ribbon 会自动的帮助你基于某种规则(如简单轮询，随机链接等)去链接这些机器。我们很容易使用 Ribbon  自定义的负载均衡算法。

Ribbon 使用

首先需要定义 RestTemplate 使用 Ribbon 策略;

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@Configuration public class RestTemplateConfig {     @LoadBalanced     @Bean     public RestTemplate restTemplate() {         return new RestTemplate();     } }

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本地使用 RestTemplate 调用远程接口;

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@Autowired private RestTemplate restTemplate; @RequestMapping(value = "/echo/{id}", method = RequestMethod.GET) public String echo(@PathVariable Long id) {     return restTemplate.getForObject("http://member-service/member/get/" + id, String.class); }

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Ribbon 源码分析

RestTemplate 继承 InterceptingHttpAccessor 通过 interceptors 字段接受  HttpRequestInterceptor 请求拦截器。对于 Ribbion 初始化类是 RibbonAutoConfiguration 中的， 它在  spring-cloud-netflix-ribbon 中定义。但是它在初始化之前，又需要加载 RibbonAutoConfiguration 配置，它是在  spring-cloud-common 中。具体的代码如下:

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@Configuration(proxyBeanMethods = false) // 工程中一定存在 RestTemplate 类 @ConditionalOnClass(RestTemplate.class) // 容器中一定存在 LoadBalancerClient 类 Bean 实例 @ConditionalOnBean(LoadBalancerClient.class) @EnableConfigurationProperties(LoadBalancerRetryProperties.class) public class LoadBalancerAutoConfiguration {     // 获取 Spring 容器中所有的 RestTemplate 实例    @LoadBalanced    @Autowired(required = false)    private List<RestTemplate> restTemplates = Collections.emptyList();     // 获取 Spring 容器中 LoadBalancerRequestTransformer 实例    @Autowired(required = false)    private List<LoadBalancerRequestTransformer> transformers = Collections.emptyList();     // 在 Bean 初始化完成后会调用 afterSingletonsInstantiated 方法    // 这里是一个 lambda 表达式方式的实现， 主要是为 restTemplate 实例设置 RestTemplateCustomizer    @Bean    public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializerDeprecated(          final ObjectProvider<List<RestTemplateCustomizer>> restTemplateCustomizers) {       return () -> restTemplateCustomizers.ifAvailable(customizers -> {          for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {             for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {                customizer.customize(restTemplate);             }          }       });    }     // LoadBalancerRequestFactory 工厂类    // 主要是用来提供 LoadBalancerClient 实例和 LoadBalancerRequestTransformer    @Bean    @ConditionalOnMissingBean    public LoadBalancerRequestFactory loadBalancerRequestFactory(          LoadBalancerClient loadBalancerClient) {       return new LoadBalancerRequestFactory(loadBalancerClient, this.transformers);    }     // LoadBalancerInterceptor 拦截器     @Configuration(proxyBeanMethods = false)    @ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate")    static class LoadBalancerInterceptorConfig {        // 创建默认的拦截器 LoadBalancerInterceptor 的实例       @Bean       public LoadBalancerInterceptor ribbonInterceptor(             LoadBalancerClient loadBalancerClient,             LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {          return new LoadBalancerInterceptor(loadBalancerClient, requestFactory);       }        // 如果没有 RestTemplateCustomizer 实例才会创建       // 这里就就会为咱们所有的  restTemplate 实例添加 loadBalancerInterceptor 拦截器       @Bean       @ConditionalOnMissingBean       public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(             final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {          return restTemplate -> {             List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(                   restTemplate.getInterceptors());             list.add(loadBalancerInterceptor);             restTemplate.setInterceptors(list);          };       }     }   // ...  }

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针对下面的代码我们可以总结一下：

如果需要使用负载均衡，工程下面必须要有 RestTemplate 类， 然后Spring 容器中要有 LoadBalancerClient  的实例。

LoadBalancerClient 在 spring-cloud-netflix-ribbon 中只有一个实现类:  RibbonLoadBalancerClient

利用 Spring 的 SmartInitializingSingleton 拓展点，在 restTemplateCustomizer() 中为所有的  RestTemplate 添加 LoadBalancerInterceptor 拦截器

其实 LoadBalancer 的本质就是通过拦截器。利用 RestTemplate 的拓展点来实现请求服务的负载均衡。

LoadBalancerInterceptor

LoadBalancerInterceptor 拦截器会将请求交给 LoadBalancerClient 去处理，首先会选择一个  ILoadBalancer 的实现来处理获取和选择服务，然后通过 serviceName 和负载均衡算法去选择 Server 对象。最后执行请求。

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public class LoadBalancerInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {     // 负载均衡    private LoadBalancerClient loadBalancer;     // 构建请求     private LoadBalancerRequestFactory requestFactory;     // ...     @Override    public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,          final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {       final URI originalUri = request.getURI();       String serviceName = originalUri.getHost();        return this.loadBalancer.execute(serviceName,             this.requestFactory.createRequest(request, body, execution));    }  }

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RibbonLoadBalancerClient

我们通过跟踪 this.loadBalancer.execute 代码发现。最终所有的请求都交由 RibbonLoadBalancerClient  去处理。它实现了。LoadBalancerClient 接口， 代码如下：

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public interface ServiceInstanceChooser {    // 通过 serviceId 选择具体的服务实例   ServiceInstance choose(String serviceId);  }  public interface LoadBalancerClient extends ServiceInstanceChooser {    <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;   <T> T execute(String serviceId, ServiceInstance serviceInstance,          LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException;   // 将服务实例信息替换还具体的 IP 信息    URI reconstructURI(ServiceInstance instance, URI original);  }

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我们先来分析 RibbonLoadBalancerClient 的 choose 方法

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@Override public ServiceInstance choose(String serviceId) {    return choose(serviceId, null); }  // 通过服务名选择具体的服务实例 public ServiceInstance choose(String serviceId, Object hint) {    Server server = getServer(getLoadBalancer(serviceId), hint);    if (server == null) {       return null;    }    return new RibbonServer(serviceId, server, isSecure(server, serviceId),          serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server)); }  // 通过服务名选择一个负载均衡器, 默认是 `ZoneAwareLoadBalancer` protected ILoadBalancer getLoadBalancer(String serviceId) {    return this.clientFactory.getLoadBalancer(serviceId); }  // 获取服务 protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer) {    return getServer(loadBalancer, null); } protected Server getServer(ILoadBalancer loadBalancer, Object hint) {    if (loadBalancer == null) {       return null;    }    // Use 'default' on a null hint, or just pass it on?    return loadBalancer.chooseServer(hint != null ? hint : "default"); }

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LoadBalancerInterceptor 执行的时候是直接委托执行的 loadBalancer.execute() 这个方法：

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// LoadBalancerRequest 是通过 LoadBalancerRequestFactory.createRequest(request, body, execution) 创建 // 它实现 LoadBalancerRequest 接口是用的一个匿名内部类，泛型类型是ClientHttpResponse // 因为最终执行的显然还是执行器：ClientHttpRequestExecution.execute() @Override public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException {   return execute(serviceId, request, null); }  public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request, Object hint) throws IOException {   // 拿到负载均衡器，然后拿到一个serverInstance实例   ILoadBalancer loadBalancer = getLoadBalancer(serviceId);   Server server = getServer(loadBalancer, hint);   if (server == null) { // 若没找到就直接抛出异常。这里使用的是IllegalStateException这个异常     throw new IllegalStateException("No instances available for " + serviceId);   }    // 把Server适配为RibbonServer  isSecure：客户端是否安全   // serverIntrospector内省  参考配置文件：ServerIntrospectorProperties   RibbonServer ribbonServer = new RibbonServer(serviceId, server,       isSecure(server, serviceId), serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server));    //调用本类的重载接口方法   return execute(serviceId, ribbonServer, request); }  // 它的参数是 ServiceInstance --> 已经确定了唯一的Server实例 @Override public <T> T execute(String serviceId, ServiceInstance serviceInstance, LoadBalancerRequest<T> request) throws IOException {    // 拿到 Server，RibbonServer 是 execute 时的唯一实现   Server server = null;   if (serviceInstance instanceof RibbonServer) {     server = ((RibbonServer) serviceInstance).getServer();   }   if (server == null) {     throw new IllegalStateException("No instances available for " + serviceId);   }    // 执行的上下文是和serviceId绑定的   RibbonLoadBalancerContext context = this.clientFactory.getLoadBalancerContext(serviceId);   ...    // 真正的向server发送请求，得到返回值   // 因为有拦截器，所以这里肯定说执行的是InterceptingRequestExecution.execute()方法   // so会调用ServiceRequestWrapper.getURI()，从而就会调用reconstructURI()方法     T returnVal = request.apply(serviceInstance);     return returnVal;   ... // 异常处理 }

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returnVal 是一个 ClientHttpResponse，最后交给  handleResponse()方法来处理异常情况(若存在的话)，若无异常就交给提取器提值：responseExtractor.extractData(response)，这样整个请求就算全部完成了。

ZoneAwareLoadBalancer

负载均衡器 ZoneAwareLoadBalancer 的类图结构如下图所示。它 DynamicServerListLoadBalancer 它的父类，  核心方法 重置和初始化：restOfInit(clientConfig) 更新服务列表：updateListOfServers(); 这个方需要调用到  ServerList.getUpdatedListOfServers() 这里就会调用到具体的注册中心实现，以 Nacos 为例他的实现就是  NacosServerList#getUpdatedListOfServers();

• 更新所有服务列表：updateAllServerList();

• 设置所有服务列表 setServersList() ZoneAwareLoadBalancer 它的核心方法：

• 选择服务实例 chooseServer()

• 选择负载均衡器 getLoadBalancer

• 选择区域内的服务实例：zoneLoadBalancer.chooseServer

Ribbon 总结

针对 @LoadBalanced 下的 RestTemplate 的使用，我总结如下：

• 传入的String类型的url必须是绝对路径(http://...)，否则抛出异常：java.lang.IllegalArgumentException:  URI is not absolute

• serviceId 不区分大小写(http://order-service/...效果同http://OERDER-SERVICE/...)

• serviceId 后请不要跟 port 端口号

最后，需要特别指出的是：标注有@LoadBalanced 的 RestTemplate 只能填写 serviceId 而不能再写  IP地址/域名去发送请求了， 若你的项目中两种 case 都有需要，需要定义多个 RestTemplate 分别应对不同的使用场景

Nacos 服务查询

客户端查询

如果我们使用默认的 Nacos 客户端，那么走的就是  NacosServerList#getUpdatedListOfServers();接口来查询服务列表。

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public class NacosServerList extends AbstractServerList<NacosServer> {    private NacosDiscoveryProperties discoveryProperties;    @Override   public List<NacosServer> getUpdatedListOfServers() {     return getServers();   }          private List<NacosServer> getServers() {     try {       String group = discoveryProperties.getGroup();       // discoveryProperties.namingServiceInstance()              // 最终通过反射获取 com.alibaba.nacos.client.naming.NacosNamingService 实例             List<Instance> instances = discoveryProperties.namingServiceInstance()           .selectInstances(serviceId, group, true);       return instancesToServerList(instances);     }     catch (Exception e) {       throw new IllegalStateException(           "Can not get service instances from nacos, serviceId=" + serviceId,           e);     }   } }

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然后调用 selectInstances 方法

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@Override public List<Instance> selectInstances(String serviceName, String groupName, List<String> clusters, boolean healthy,                                       boolean subscribe) throws NacosException {      ServiceInfo serviceInfo;     // subscribe 默认传的是 true     if (subscribe) {         serviceInfo = hostReactor.getServiceInfo(NamingUtils.getGroupedName(serviceName, groupName),                                                  StringUtils.join(clusters, ","));     } else {         serviceInfo = hostReactor             .getServiceInfoDirectlyFromServer(NamingUtils.getGroupedName(serviceName, groupName),                                               StringUtils.join(clusters, ","));     }     return selectInstances(serviceInfo, healthy); }

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其实核心的逻辑在 hostReactor.getServiceInfo 在查询服务信息里面会把当前的 serviceName、 clusters 转换为  key， 然后通过 getServiceInfo0 方法查询服务信息这里主要是查询的是本地的数据。

如果 null == serviceObj 会在 updateServiceNow 里面去调用 /instance/list接口查询服务信息

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public ServiceInfo getServiceInfo(final String serviceName, final String clusters) {                  NAMING_LOGGER.debug("failover-mode: " + failoverReactor.isFailoverSwitch());         String key = ServiceInfo.getKey(serviceName, clusters);         if (failoverReactor.isFailoverSwitch()) {             return failoverReactor.getService(key);         }                  ServiceInfo serviceObj = getServiceInfo0(serviceName, clusters);                  if (null == serviceObj) {             serviceObj = new ServiceInfo(serviceName, clusters);                          serviceInfoMap.put(serviceObj.getKey(), serviceObj);                          updatingMap.put(serviceName, new Object());             updateServiceNow(serviceName, clusters);             updatingMap.remove(serviceName);                      } else if (updatingMap.containsKey(serviceName)) {             // UPDATE_HOLD_INTERVAL 为常量默认金辉进去             if (UPDATE_HOLD_INTERVAL > 0) {                 // hold a moment waiting for update finish                 synchronized (serviceObj) {                     try {                         // 最大等待时间 5s, 在更新 serviceObj 之后, 就会执行 notifyAll()                         // 方法入口 updateService(String serviceName, String clusters)                         // 最大延迟 2s DEFAULT_DELAY = 1                         serviceObj.wait(UPDATE_HOLD_INTERVAL);                     } catch (InterruptedException e) {                         NAMING_LOGGER                                 .error("[getServiceInfo] serviceName:" + serviceName + ", clusters:" + clusters, e);                     }                 }             }         }                // 通过 Schedule 更新 服务信息          scheduleUpdateIfAbsent(serviceName, clusters);                // 获取最新的值         return serviceInfoMap.get(serviceObj.getKey());     }

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代码看到这里我们不难理解，为什么第一次 Ribbon 调用的时候都会比较慢，因为它回去初始化服务列表，然后通过 Nacos Client 去 Nacos  查询服务实例信息。

服务端处理

服务端通过 /instance/list 接口来处理服务实例信息查询请求。首先服务实例信息都是被存储在 ConcurrentHashMap 中

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/**  * Map(namespace, Map(group::serviceName, Service)).  */ private final Map<String, Map<String, Service>> serviceMap = new ConcurrentHashMap<>();

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在我们查询的过程中主要是通过 ServiceManager 来进行管理， 核心的入口方法在 InstanceController#doSrvIpxt  中

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public ObjectNode doSrvIpxt(String namespaceId, String serviceName, String agent, String clusters, String clientIP,           int udpPort, String env, boolean isCheck, String app, String tid, boolean healthyOnly) throws Exception {              ClientInfo clientInfo = new ClientInfo(agent);       ObjectNode result = JacksonUtils.createEmptyJsonNode();       Service service = serviceManager.getService(namespaceId, serviceName);       long cacheMillis = switchDomain.getDefaultCacheMillis();              // now try to enable the push       try {           if (udpPort > 0 && pushService.canEnablePush(agent)) {                              pushService                       .addClient(namespaceId, serviceName, clusters, agent, new InetSocketAddress(clientIP, udpPort),                               pushDataSource, tid, app);               cacheMillis = switchDomain.getPushCacheMillis(serviceName);           }       } catch (Exception e) {           Loggers.SRV_LOG                   .error("[NACOS-API] failed to added push client {}, {}:{}", clientInfo, clientIP, udpPort, e);           cacheMillis = switchDomain.getDefaultCacheMillis();       }              if (service == null) {           if (Loggers.SRV_LOG.isDebugEnabled()) {               Loggers.SRV_LOG.debug("no instance to serve for service: {}", serviceName);           }           result.put("name", serviceName);           result.put("clusters", clusters);           result.put("cacheMillis", cacheMillis);           result.replace("hosts", JacksonUtils.createEmptyArrayNode());           return result;       }              checkIfDisabled(service);              List<Instance> srvedIPs;              // 查询所有的服务       // 内部会更新服务列表       // allInstances.addAll(persistentInstances);       // allInstances.addAll(ephemeralInstances);       srvedIPs = service.srvIPs(Arrays.asList(StringUtils.split(clusters, ",")));              // filter ips using selector:       if (service.getSelector() != null && StringUtils.isNotBlank(clientIP)) {           srvedIPs = service.getSelector().select(clientIP, srvedIPs);       }              if (CollectionUtils.isEmpty(srvedIPs)) {                      if (Loggers.SRV_LOG.isDebugEnabled()) {               Loggers.SRV_LOG.debug("no instance to serve for service: {}", serviceName);           }                      if (clientInfo.type == ClientInfo.ClientType.JAVA                   && clientInfo.version.compareTo(VersionUtil.parseVersion("1.0.0")) >= 0) {               result.put("dom", serviceName);           } else {               result.put("dom", NamingUtils.getServiceName(serviceName));           }                      result.put("name", serviceName);           result.put("cacheMillis", cacheMillis);           result.put("lastRefTime", System.currentTimeMillis());           result.put("checksum", service.getChecksum());           result.put("useSpecifiedURL", false);           result.put("clusters", clusters);           result.put("env", env);           result.set("hosts", JacksonUtils.createEmptyArrayNode());           result.set("metadata", JacksonUtils.transferToJsonNode(service.getMetadata()));           return result;       }              Map<Boolean, List<Instance>> ipMap = new HashMap<>(2);       ipMap.put(Boolean.TRUE, new ArrayList<>());       ipMap.put(Boolean.FALSE, new ArrayList<>());              for (Instance ip : srvedIPs) {           ipMap.get(ip.isHealthy()).add(ip);       }              if (isCheck) {           result.put("reachProtectThreshold", false);       }              double threshold = service.getProtectThreshold();              if ((float) ipMap.get(Boolean.TRUE).size() / srvedIPs.size() <= threshold) {                      Loggers.SRV_LOG.warn("protect threshold reached, return all ips, service: {}", serviceName);           if (isCheck) {               result.put("reachProtectThreshold", true);           }                      ipMap.get(Boolean.TRUE).addAll(ipMap.get(Boolean.FALSE));           ipMap.get(Boolean.FALSE).clear();       }              if (isCheck) {           result.put("protectThreshold", service.getProtectThreshold());           result.put("reachLocalSiteCallThreshold", false);                      return JacksonUtils.createEmptyJsonNode();       }              ArrayNode hosts = JacksonUtils.createEmptyArrayNode();              for (Map.Entry<Boolean, List<Instance>> entry : ipMap.entrySet()) {           List<Instance> ips = entry.getValue();                      if (healthyOnly && !entry.getKey()) {               continue;           }                      for (Instance instance : ips) {                              // remove disabled instance:               if (!instance.isEnabled()) {                   continue;               }                              ObjectNode ipObj = JacksonUtils.createEmptyJsonNode();                              ipObj.put("ip", instance.getIp());               ipObj.put("port", instance.getPort());               // deprecated since nacos 1.0.0:               ipObj.put("valid", entry.getKey());               ipObj.put("healthy", entry.getKey());               ipObj.put("marked", instance.isMarked());               ipObj.put("instanceId", instance.getInstanceId());               ipObj.set("metadata", JacksonUtils.transferToJsonNode(instance.getMetadata()));               ipObj.put("enabled", instance.isEnabled());               ipObj.put("weight", instance.getWeight());               ipObj.put("clusterName", instance.getClusterName());               if (clientInfo.type == ClientInfo.ClientType.JAVA                       && clientInfo.version.compareTo(VersionUtil.parseVersion("1.0.0")) >= 0) {                   ipObj.put("serviceName", instance.getServiceName());               } else {                   ipObj.put("serviceName", NamingUtils.getServiceName(instance.getServiceName()));               }                              ipObj.put("ephemeral", instance.isEphemeral());               hosts.add(ipObj);                          }       }              result.replace("hosts", hosts);       if (clientInfo.type == ClientInfo.ClientType.JAVA               && clientInfo.version.compareTo(VersionUtil.parseVersion("1.0.0")) >= 0) {           result.put("dom", serviceName);       } else {           result.put("dom", NamingUtils.getServiceName(serviceName));       }       result.put("name", serviceName);       result.put("cacheMillis", cacheMillis);       result.put("lastRefTime", System.currentTimeMillis());       result.put("checksum", service.getChecksum());       result.put("useSpecifiedURL", false);       result.put("clusters", clusters);       result.put("env", env);       result.replace("metadata", JacksonUtils.transferToJsonNode(service.getMetadata()));       return result;   }

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在上面的核心逻辑主要是：

• 调用 service.srvIPs 方法查询所有的服务实例信息

• Cluster#allIPs会将所有的服务注册信息写到服务注册列表。

参考链接

https://nacos.io

https://zhuanlan.zhihu.com

https://blog.csdn.net/f641385712/article/details/100788040