consul技术分享

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开篇浅谈

上一章《注册中心Eureka》我们介绍了注册中心Eureka，相必大家都对注册中心都有了一定的认识了，在Eureka停止维护之后，Consul就成了其替换方案之一，让我们一起来走进Consul的世界吧！

一、Consul简介

Consul 是 HashiCorp 公司推出的开源工具，用于实现分布式系统的服务发现与配置。与其它分布式服务注册与发现的方案，Consul 的方案更“一站式”，内置了服务注册与发现框 架、分布一致性协议实现、健康检查、Key/Value 存储、多数据中心方案，不再需要依赖其它工具（比如 ZooKeeper 等）。

使用起来也较 为简单。Consul 使用 Go 语言编写，因此具有天然可移植性(支持Linux、windows和Mac OS X)；安装包仅包含一个可执行文件，方便部署，与 Docker 等轻量级容器可无缝配合。

Consul 的优势：

• 使用 Raft 算法来保证一致性, 比复杂的 Paxos 算法更直接. 相比较而言, zookeeper 采用的是 Paxos, 而 etcd 使用的则是 Raft。
• 支持多数据中心，内外网的服务采用不同的端口进行监听。 多数据中心集群可以避免单数据中心 的单点故障,而其部署则需要考虑网络延迟, 分片等情况等。 zookeeper 和 etcd 均不提供多数据中 心功能的支持。
• 支持健康检查。 etcd 不提供此功能。
• 支持 http 和 dns 协议接口。 zookeeper 的集成较为复杂, etcd 只支持 http 协议。
• 官方提供 web 管理界面, etcd 无此功能。
• 综合比较, Consul 作为服务注册和配置管理的新星, 比较值得关注和研究。

特性：

• 服务发现
• 健康检查
• Key/Value 存储
• 多数据中心

二、consul与Eureka的区别

（1）一致性
Consul强一致性（CP）

• 服务注册相比Eureka会稍慢一些。因为Consul的raft协议要求必须过半数的节点都写入成功才认
  为注册成功
• Leader挂掉时，重新选举期间整个consul不可用。保证了强一致性但牺牲了可用性。
  Eureka保证高可用和最终一致性（AP）
• 服务注册相对要快，因为不需要等注册信息replicate到其他节点，也不保证注册信息是否
  replicate成功
• 当数据出现不一致时，虽然A, B上的注册信息不完全相同，但每个Eureka节点依然能够正常对外提供服务，这会出现查询服务信息时如果请求A查不到，但请求B就能查到。如此保证了可用性但牺
  牲了一致性。
  （2）开发语言和使用
  eureka就是个servlet程序，跑在servlet容器中
  Consul则是go编写而成，安装启动即可

三、Consul的下载与安装

https://www.consul.io/downloads

启动成功之后访问： http://IP:8500 ，可以看到 Consul 的管理界面

四、Consul基本使用

Consul 支持健康检查,并提供了 HTTP 和 DNS 调用的API接口完成服务注册，服务发现，以及K/V存储这些功能。接下来通过发送HTTP请求的形式来了解一下Consul。

1、服务注册与发现

注册服务

通过postman发送put请求到http://192.168.74.101:8500/v1/catalog/register地址可以完成服务注册

{
 "Datacenter": "dc1", 
 "Node": "node01", 
 "Address": "192.168.74.102",
 "Service": {
 "ID":"mysql-01",
 "Service": "mysql", 
 "tags": ["master","v1"], 
 "Address": "192.168.74.102",
 "Port": 3306
 }
}

服务查询
通过postman发送get请求到http://192.168.74.101:8500/v1/catalog/services查看所有的服务列表

通过postman发送get请求到http://192.168.74.101:8500/v1/catalog/service/服务名查看具体的服务详情

服务删除
通过postman发送put请求到http://192.168.74.101:8500/v1/catalog/deregister删除服务

{
  "Datacenter": "dc1",
  "Node": "node01",
  "ServiceID": "mysql-01"
}

2、Consul的KV存储

可以参照Consul提供的KV存储的API完成基于Consul的数据存储

• key值中可以带/, 可以看做是不同的目录结构。
• value的值经过了base64_encode,获取到数据后base64_decode才能获取到原始值。数据不能大
  于512Kb
• 不同数据中心的kv存储系统是独立的，使用dc=?参数指定。

五、基于consul的服务注册

1、pom文件

	    
		<dependency>
            <groupId>org.springframework.cloudgroupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-consul-discoveryartifactId>
        dependency>
		
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.bootgroupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-actuatorartifactId>
        dependency>

其中 spring-cloud-starter-consul-discovery 是SpringCloud提供的对consul支持的相关依赖。

spring-boot-starter-actuator 适用于完成心跳检测响应的相关依赖。

2、配置服务注册

修改每个微服务的application.yml配置文件，添加consul服务发现的相关配置信息

spring:
 ...省略
 cloud:
   consul: #consul相关配置
     host: 192.168.74.101 #ConsulServer请求地址
     port: 8500 #ConsulServer端口
     discovery:
        #是否注册
       register: true
        #实例ID
       instance-id: ${spring.application.name}-1
        #服务实例名称
       service-name: ${spring.application.name}
        #服务实例端口
       port: ${server.port}
        #健康检查路径
       healthCheckPath: /actuator/health
        #健康检查时间间隔
       healthCheckInterval: 15s
        #开启ip地址注册
       prefer-ip-address: true
        #实例的请求ip
       ip-address: ${spring.cloud.client.ip-address}

其中 spring.cloud.consul 中添加consul的相关配置

• host：表示Consul的Server的请求地址
• port：表示Consul的Server的端口
• discovery：服务注册与发现的相关配置
  • instance-id ： 实例的唯一id（推荐必填），spring cloud官网文档的推荐，为了保证生成一
    个唯一的id ，也可以换成${spring.application.name}: ${spring.cloud.client.ipAddress}
  • prefer-ip-address：开启ip地址注册
  • ip-address：当前微服务的请求ip

3、在控制台中查看服务列表

打开ConsulServer的管理控制台，可以发现三个微服务已经全部注册到Consul中了。

六、基于consul的服务发现

由于SpringCloud对Consul进行了封装。对于在消费者端获取服务提供者信息和Eureka是一致的。同样使用 DiscoveryClient 完成调用获取微服务实例信息。

七、consul高可用集群

此图是官网提供的一个事例系统图，图中的Server是consul服务端高可用集群，Client是consul客户
端。consul客户端不保存数据，客户端将接收到的请求转发给响应的Server端。Server之间通过局域网或广域网通信实现数据一致性。每个Server或Client都是一个consul agent。Consul集群间使用了
GOSSIP协议通信和raft一致性算法。上面这张图涉及到了很多术语：

• Agent——agent是一直运行在Consul集群中每个成员上的守护进程。通过运行 consul agent来启
  动。
  agent可以运行在client或者server模式。指定节点作为client或者server是非常简单的，除非有其
  他agent实例。所有的agent都能运行DNS或者HTTP接口，并负责运行时检查和保持服务同步。

• Client——一个Client是一个转发所有RPC到server的代理。这个client是相对无状态的。client唯
  一执行的后台活动是加入LAN

• gossip池。这有一个最低的资源开销并且仅消耗少量的网络带宽。

• Server——一个server是一个有一组扩展功能的代理，这些功能包括参与Raft选举，维护集群状
  态，响应RPC查询，与其他数据中心交互WANgossip和转发查询给leader或者远程数据中心。

• DataCenter——虽然数据中心的定义是显而易见的，但是有一些细微的细节必须考虑。例如，在
  EC2中，多个可用区域被认为组成一个数据中心？我们定义数据中心为一个私有的，低延迟和高带
  宽的一个网络环境。这不包括访问公共网络，但是对于我们而言，同一个EC2中的多个可用区域可
  以被认为是一个数据中心的一部分。

• Consensus——在我们的文档中，我们使用Consensus来表明就leader选举和事务的顺序达成一
  致。由于这些事务都被应用到有限状态机上，Consensus暗示复制状态机的一致性。

• Gossip——Consul建立在Serf的基础之上，它提供了一个用于多播目的的完整的gossip协议。
  Serf提供成员关系，故障检测和事件广播。更多的信息在gossip文档中描述。这足以知道gossip使
  用基于UDP的随机的点到点通信。

• LAN Gossip——它包含所有位于同一个局域网或者数据中心的所有节点。

• WANGossip——它只包含Server。这些server主要分布在不同的数据中心并且通常通过因特网或者广域网通信。

在每个数据中心，client和server是混合的。一般建议有3-5台server。这是基于有故障情况下的可用性和性能之间的权衡结果，因为越多的机器加入达成共识越慢。然而，并不限制client的数量，它们可以很容易的扩展到数千或者数万台。

同一个数据中心的所有节点都必须加入gossip协议。这意味着gossip协议包含一个给定数据中心的所有节点。这服务于几个目的：第一，不需要在client上配置server地址。发现都是自动完成的。第二，检测节点故障的工作不是放在server上，而是分布式的。这是的故障检测相比心跳机制有更高的可扩展性。第三：它用来作为一个消息层来通知事件，比如leader选举发生时。

每个数据中心的server都是Raft节点集合的一部分。这意味着它们一起工作并选出一个leader，一个有额外工作的server。leader负责处理所有的查询和事务。作为一致性协议的一部分，事务也必须被复制到所有其他的节点。因为这一要求，当一个非leader得server收到一个RPC请求时，它将请求转发给集群leader。

server节点也作为WAN gossip Pool的一部分。这个Pool不同于LAN Pool，因为它是为了优化互联网更高的延迟，并且它只包含其他Consul server节点。这个Pool的目的是为了允许数据中心能够以lowtouch的方式发现彼此。这使得一个新的数据中心可以很容易的加入现存的WAN gossip。因为server都运行在这个pool中，它也支持跨数据中心请求。当一个server收到来自另一个数据中心的请求时，它随即转发给正确数据中想一个server。该server再转发给本地leader。

这使得数据中心之间只有一个很低的耦合，但是由于故障检测，连接缓存和复用，跨数据中心的请求都是相对快速和可靠的。

八、 Consul的核心知识

Gossip协议
传统的监控，如ceilometer，由于每个节点都会向server报告状态，随着节点数量的增加server的压力随之增大。在所有的Agent之间（包括服务器模式和普通模式）运行着Gossip协议。服务器节点和普通Agent都会加入这个Gossip集群，收发Gossip消息。每隔一段时间，每个节点都会随机选择几个节点发送Gossip消息，其他节点会再次随机选择其他几个节点接力发送消息。这样一段时间过后，整个集群都能收到这条消息。示意图如下。

RAFT一致性算法

为了实现集群中多个ConsulServer中的数据保持一致性，consul使用了基于强一致性的RAFT算法。
在Raft中，任何时候一个服务器可以扮演下面角色之一：

1. Leader: 处理所有客户端交互，日志复制等，一般一次只有一个Leader.
2. Follower: 类似选民，完全被动
3. Candidate（候选人）: 可以被选为一个新的领导人。

Leader全权负责所有客户端的请求，以及将数据同步到Follower中（同一时刻系统中只存在一个 Leader）。Follower被动响应请求RPC，从不主动发起请求RPC。Candidate由Follower向Leader转换的中间状态

关于RAFT一致性算法有一个经典的动画http://thesecretlivesofdata.com/raft/，其中详细介绍了选
举，数据同步的步骤。

九、Consul 集群搭建

首先需要有一个正常的Consul集群，有Server，有Leader。这里在服务器Server1、Server2、Server3上分别部署了Consul Server。（这些服务器上最好只部署Consul程序，以尽量维护Consul Server的稳定）

服务器Server4和Server5上通过Consul Client分别注册Service A、B、C，这里每个Service分别部署在了两个服务器上，这样可以避免Service的单点问题。（一般微服务和Client绑定）

在服务器Server6中Program D需要访问Service B，这时候Program D首先访问本机Consul Client提供的HTTP API，本机Client会将请求转发到Consul Server，Consul Server查询到Service B当前的信息返回。

1、准备环境

Agent 以 client 模式启动的节点。在该模式下，该节点会采集相关信息，通过 RPC 的方式向
server 发送。Client模式节点有无数个，官方建议搭配微服务配置

Agent 以 server 模式启动的节点。一个数据中心中至少包含 1 个 server 节点。不过官方建议使用
3 或 5 个 server 节点组建成集群，以保证高可用且不失效率。server 节点参与 Raft、维护会员信
息、注册服务、健康检查等功能。

2、安装consul并启动

在每个consul节点上安装consul服务，下载安装过程和单节点一致。

##从官网下载最新版本的Consul服务
wget https://releases.hashicorp.com/consul/1.5.3/consul_1.5.3_linux_amd64.zip
##使用unzip命令解压
unzip consul_1.5.3_linux_amd64.zip
##将解压好的consul可执行命令拷贝到/usr/local/bin目录下
cp consul /usr/local/bin
##测试一下
consul

启动每个consul server节点

##登录s1虚拟机，以server形式运行
consul agent -server -bootstrap-expect 3 -data-dir /etc/consul.d -node=server-1 
-bind=192.168.74.101 -ui -client 0.0.0.0 &
##登录s2 虚拟机，以server形式运行
consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /etc/consul.d -node=server-2 
-bind=192.168.74.102 -ui -client 0.0.0.0 & 
##登录s3 虚拟机，以server形式运行
consul agent -server -bootstrap-expect 2 -data-dir /etc/consul.d -node=server-3 
-bind=192.168.74.103 -ui -client 0.0.0.0 &

-server： 以server身份启动。
-bootstrap-expect：集群要求的最少server数量，当低于这个数量，集群即失效。
-data-dir：data存放的目录，更多信息请参阅consul数据同步机制
-node：节点id，在同一集群不能重复。
-bind：监听的ip地址。
-client：客户端的ip地址(0.0.0.0表示不限制) & ：在后台运行，此为linux脚本语法

至此三个Consul Server模式服务全部启动成功

##在本地电脑中使用client形式启动consul
consul agent -client=0.0.0.0  -data-dir /etc/consul.d -node=client-1

3、每个节点加入集群

在s2，s3，s4 服务其上通过consul join 命令加入 s1中的consul集群中

##加入consul集群
consul join 192.168.74.101

4、 测试

在任意一台服务器中输入 consul members查看集群中的所有节点信息

##查看consul集群节点信息
consul members

十、Consul 常见问题

（1）节点和服务注销
当服务或者节点失效，Consul不会对注册的信息进行剔除处理，仅仅标记已状态进行标记（并且不可使用）。如果担心失效节点和失效服务过多影响监控。可以通过调用HTTP API的形式进行处理节点和服务的注销可以使用HTTP API:

• 注销任意节点和服务：/catalog/deregister
• 注销当前节点的服务：/agent/service/deregister/:service_id

如果某个节点不继续使用了，也可以在本机使用consul leave命令，或者在其它节点使用consul forceleave 节点Id。
（2）健康检查与故障转移

在集群环境下，健康检查是由服务注册到的Agent来处理的，那么如果这个Agent挂掉了，那么此节点的健康检查就处于无人管理的状态。

从实际应用看，节点上的服务可能既要被发现，又要发现别的服务，如果节点挂掉了，仅提供被发现的功能实际上服务还是不可用的。当然发现别的服务也可以不使用本机节点，可以通过访问一个Nginx实现的若干Consul节点的负载均衡来实现。