如果有人问你 Dubbo 中注册中心工作原理,就把这篇文章给他

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注册中心作用

开篇首先想思考一个问题,没有注册中心 Dubbo 还能玩下去吗?

当然可以,只要知道服务提供者地址相关信息,消费者配置之后就可以调用。如果只有几个服务,这么玩当然没问题。但是生产服务动辄成千上百,如果每个服务都需要手写配置信息,想象一下是多么麻烦。

好吧,如果上面的问题都不是事的话,试想一下如果一个服务提供者在运行过程中宕机,消费者怎么办?消费者不知情,所以它还会不断把请求发往服务提供者,然后不断失败。这个时候唯一的办法就是修改服务地址信息,然后重启服务。

可以看到如果没有注册中心,分布式环境中服务查找发现将会非常麻烦,一切需要手工配置,无法完成自动化。所以这里就需要一个第三者,协调服务提供者与消费者之间关系,这就是注册中心。

注册中心主要作用如下:

  1. 动态加入,服务提供者通过注册中心动态的把自己暴露给消费者,无需消费者逐个更新配置文件。
  2. 动态发现服务,消费者可以动态发现新的服务,无需重启生效。
  3. 统一配置,避免本地配置导致每个服务配置不一致。
  4. 动态调整,注册中心支持参数动态调整,新参数自动更新到所有相关的服务节点。
  5. 统一管理,依靠注册中心数据,可以统一管理配置服务节点。

注册中心工作流程

注册中心工作流程总体比较简单,流程图大致如下:

dubbo注册中心.png

主要工作流程可以分为如下几步:

  1. 服务提供者启动之后,会将服务注册到注册中心。
  2. 消费者启动之后主动订阅注册中心上提供者服务,从而获取到当前所有可用服务,同时留下一个回调函数。
  3. 若服务提供者新增或下线,注册中心将通过第二步的注册的回调函数通知消费者。
  4. dubbo-admin(服务治理中心)将会会订阅服务提供者以及消费者,从而可以在控制台管理所有服务提供者以及消费者。

Dubbo 之前版本主要可以使用 ZooKeeper,Redis 作为注册中心 ,而随着 Dubbo 版本不断更新,目前还支持 nacos,consul,etcd 等做为注册中心。

Dubbo 注册中心核心源码

ps: 以下源码基于 dubbo 2.7.3 版本

注册中心实现使用模板模式,源码位于 dubbo-registry 模块,类关系如下图:

image.png

最上层的 RegistryService 接口定义了核心方法,分别为注册,取消注册,订阅,取消订阅以及查询。

image.png

中间层抽象类主要实现通用逻辑,如:AbstractRegistry 实现缓存机制,FailbackRegistry 实现失败重试功能。

底层 ZookeeperRegistry等为具体实现类,实现与 ZooKeeper 等注册中心交互的逻辑。

接下去我们具体分析 AbstractRegistryFailbackRegistry 逻辑。

AbstractRegistry 缓存实现的原理

如果每次服务调用都需要调用注册中心实时查询可用服务列表,不但会让注册中心承受巨大的流量压力,还会产生额外的网络请求,导致系统性能下降。

其次注册中心需要非强依赖,其宕机不能影响正常的服务调用。

基于以上几点,注册中心模块在 AbstractRegistry 类中实现通用的缓存机制。这里的缓存可以分为两类,内存服务缓存以及磁盘文件缓存。

内存服务缓存

内存服务缓存很好理解也最容易实现,AbstractRegistry使用一个 ConcurrentMap保存相关信息。

 private final ConcurrentMap<URL, Map<String, List<URL>>> notified = new ConcurrentHashMap<>();

这个集合中 key 为消费者的 URL,而 value 为一个 Map 集合。这个内层 Map 集合使用服务目录作为 key,分别为 providers,routers,configurators,consumers 四类,value 则是对应服务列表集合。

磁盘文件缓存

由于服务重启就会导致内存缓存消失,所以额外增加磁盘文件缓存。

文件缓存默认位置位于 ${user.home}/.dubbo/文件夹,文件名为dubbo-registry-${application.name}-${register_address}.cache。可以设置 dubbo.registry.file 配置信息从而修改默认配置,实现源码如下:

String filename = url.getParameter(Constants.FILE_KEY, System.getProperty("user.home") + "/.dubbo/dubbo-registry-" + url.getParameter(Constants.APPLICATION_KEY) + "-" + url.getAddress() + ".cache");

ps: ${application.name} 取自 dubbo.application.name 信息,${register_address} 取值注册中心地址信息。缓存文件完整名称为:C:\Users\xxx/.dubbo/dubbo-registry-dubbo-auto-configure-consumer-sample-127.0.0.1:2181.cache

缓存文件内容使用 properties 配置文件格式,即 key=value 格式。key为服务接口名称,value 为服务列表,由于服务可能存在多个,将会使用空格分隔。

缓存文件的加载

dubbo 程序初始化的时候,AbstractRegistry 构造函数将会从本地磁盘文件中将数据读取到 Properties 对象实例中,后续都将会先写入 Properties,最后再将里面信息再写入文件。

缓存初始化的源码为下图。

loadProperties.png

缓存文件的保存与更新

缓存文件将会通过 AbstractRegistry#notify 方法保存或更新。客户端第一次订阅服务获取的全量数据,或者后续回调中获取到新数据,都将会调用 AbstractRegistry#notify 方法,用来更新内存缓存以及文件缓存。

notify 方法源码如下图:

notify.png

在保存文件缓存方法中,首先把根据 URL 取出的数据,拼接成字符串,然后写入上面提到过的 properties 对象中,最后输出到文件中。

这里可以选择两种保存方式,同步或异步。由于 notify 可能被多次调用,为了提高系统能,系统默认使用异步方式保存。

saveProperties 方法源码如下:

saveProperties.png

doSaveProperties 方法最终将会将信息写入缓存。考虑到保存方法可能会被多个线程同时调用,这里使用 CAS 方法,首先比较版本大小,若小于,代表有新线程正在写入信息,本次更新直接丢弃。

其次考虑到多个 dubbo 应用可能共用一份缓存文件,所以这里使用文件排他锁当做分布式锁,防止多个应用并发操作同一份文件。

一旦文件写入异常或者获取锁失败,保存操作将会不断重试,直到超过最大次数。

ps: dubbo 2.7.2 之前重试没有设置最大次数,如果文件没有权限保存,保存将会一直失败,异步线程将会陷入死循环。

doSaveProperties 方法源码如下:

doSaveProperties.png

FailbackRegistry 重试机制

FailbackRegistry 继承 AbstractRegistry,实现了 registersubscribe等通用法,并增加 doRegisterdoSubscribe 等模板方法,交由子类实现。

如果 doRegister 等模板方法发生异常,会将失败任务放入集合,然后定时再次调用模板方法。

FailbackRegistry 失败重试集合分别为:

retrytaskmap.png

subscribe 方法为例,这里将会调用这些 doSubscribe 的模板方法。如果发生异常将会读取缓存文件中内容,然后加载服务。最后新建异步定时任务加入重试集合中,然后由定时器去重试这些任务。

FailbackRegistry#subscribe 方法源码:

subscribe.png

addFailedSubscribed 中将会新建定时任务,然后交由定时器执行。定时任务默认最大重试次数为 3 次,调用时间间隔默认为 5 s。

addFailedSubscribed 源码如下:

addFailedSubscribed.png

其他失败重试任务都比较类似,全都继承自 AbstractRetryTask 父类,类关系如下图。

image.png

总结

本文主要讲述注册中心作用,工作流程,通用缓存机制以及失败重试机制。从中可以学到模板模式,以及多线程并发技巧。

这里没有涉及到具体注册中心实现,由于目前最主要使用 ZooKeeper 作为注册中心,所以下篇将会聊聊 ZooKeeper 注册中心原理,敬请期待。

帮助书籍

『深入理解 Apache Dubbo 与实战』


本文首发于: https://studyidea.cn/articles/2019/08/15/1565863724325.html

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