Nacos架构与原理 - 总体架构

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Nacos 起源

Nacos 在阿里巴巴起源于 2008 年五彩石项目（完成微服务拆分和业务中台建设），成长于十年双十⼀的洪峰考验，沉淀了简单易用、稳定可靠、性能卓越的核心竞争力。

2018定将 Nacos（阿里内部 Configserver/Diamond/Vipserver 内核） 开源。

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Nacos 定位

Nacos (/nɑ:kəʊs/) 是 Dynamic Naming and Configuration Service 的首字母简称；⼀个更易于构建云原生应用的动态服务发现、配置管理和服务管理平台。

官网：https://nacos.io/
仓库：https://github.com/alibaba/nacos

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Nacos 优势

• 易⽤：简单的数据模型，标准的 restfulAPI，易用的控制台，丰富的使用文档。

• 稳定：99.9% 高可用，脱胎于历经阿里巴巴 10 年生产验证的内部产品，支持具有数百万服务的大规模场景，具备企业级 SLA 的开源产品。

• 实时：数据变更毫秒级推送生效；1w 级，SLA 承诺 1w 实例上下线 1s，99.9% 推送完成；10w级，SLA 承诺 1w 实例上下线 3s，99.9% 推送完成；100w 级别，SLA 承诺 1w 实例上下线 9s，99.9% 推送完成。

• 规模：十万级服务/配置，百万级连接，具备强大扩展性。

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Nacos 生态

Nacos支持多种主流语言,并不局限于Java。它支持:

• Java:通过Spring Cloud Alibaba整合,非常完备。
• Go:有专门的go-nacos客户端。
• Python:有python-nacos客户端。
• C++:有cpp-nacos客户端。

这些客户端都支持Nacos 2.0的长连接协议,可以最大限度发挥Nacos的性能。

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阿里微服务解决方案,推荐使用:

• Dubbo:RPC框架,用于服务调用。
• Nacos:服务注册发现、配置中心。
• Spring Cloud Alibaba:整合Nacos,方便Java开发。
• Seata:微服务架构下的分布式事务解决方案。
• Sentinel:微服务架构的流量防卫兵。

这个解决方案可以说是Java微服务生态最佳实践。

除此之外,Nacos也很好的支持其他微服务相关技术:

• Envoy:支持Nacos作为服务发现机制。
• Dapr:支持Nacos作为服务注册中心和配置中心。

所以,Nacos不但适用于Java,也适用于其他语言,并且支持微服务生态中各种主流框架和规范,是一个非常完备的微服务平台。

通过Nacos,用户可以更加标准和完备地获得微服务相关的能力:服务发现、配置管理、服务路由等等。这也是Nacos成为阿里巴巴微服务标准平台的原因

生态仓库：https://github.com/nacos-group

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Nacos 总体设计

为了提升代码的健壮性和扩展性，进行了充分的分层和模块化设计

设计原则

 极简原则，简单才好用，简单才稳定，简单才易协作。

 架构⼀致性，⼀套架构要能适应开源、内部、商业化（公有云及专有云）3 个场景。

 扩展性，以开源为内核，商业化做基础，充分扩展，方便用户扩展。

 模块化，将通用部分抽象下沉，提升代码复用和健壮性。

 长期主义，不是要⼀个能支撑未来 3 年的架构，而是要能够支撑 10 年的架构。

 开放性，设计和讨论保持社区互动和透明，方便大家协作

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架构图

整体架构分为用户层、业务层、内核层和插件

• 用户层主要解决用户使用的易用性问题
• 业务层主要解决服务发现和配置管理的功能问题
• 内核层解决分布式系统⼀致性、存储、高可用等核心问题
• 插件解决扩展性问题

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用户层

 OpenAPI：暴露标准 Rest 风格 HTTP 接口，简单易用，方便多语言集成。

 Console：易用控制台，做服务管理、配置管理等操作。

 SDK：多语言 SDK，目前几乎支持所有主流编程语言。

 Agent：Sidecar 模式运行，通过标准 DNS 协议与业务解耦。

 CLI：命令行对产品进行轻量化管理，像 git ⼀样好用。

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业务层

 服务管理：实现服务 CRUD，域名 CRUD，服务健康状态检查，服务权重管理等功能。
 配置管理：实现配置管 CRUD，版本管理，灰度管理，监听管理，推送轨迹，聚合数据等功能。
 元数据管理：提供元数据 CURD 和打标能力，为实现上层流量和服务灰度非常关键。

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内核层

 插件机制：实现三个模块可分可合能力，实现扩展点 SPI 机制，用于扩展自己公司定制。

 事件机制：实现异步化事件通知，SDK 数据变化异步通知等逻辑，是 Nacos 高性能的关键部分。

 日志模块：管理日志分类，日志级别，日志可移植性（尤其避免冲突），日志格式，异常码+帮助文档。

 回调机制：SDK 通知数据，通过统⼀的模式回调用户处理。接口和数据结构需要具备可扩展性。

 寻址模式：解决 Server IP 直连，域名访问，Nameserver 寻址、广播等多种寻址模式，需要可扩展。

 推送通道：解决 Server 与存储、Server 间、Server 与 SDK 间高效通信问题。

 容量管理：管理每个租户，分组下的容量，防止存储被写爆，影响服务可用性。

 流量管理：按照租户，分组等多个维度对请求频率，长链接个数，报文大小，请求流控进行控制。

 缓存机制：容灾目录，本地缓存，Server 缓存机制，是 Nacos 高可用的关键。

 启动模式：按照单机模式，配置模式，服务模式，DNS 模式模式，启动不同的模块。

 ⼀致性协议：解决不同数据，不同⼀致性要求情况下，不同⼀致性要求，是Nacos 做到 AP 协议的关键。

 存储模块：解决数据持久化、非持久化存储，解决数据分片问题。

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插件

 Nameserver：解决 Namespace 到 ClusterID 的路由问题，解决用户环境与 Nacos 物理环境映射问题。

 CMDB：解决元数据存储，与三方 CMDB 系统对接问题，解决应用，人，资源关系。

 Metrics：暴露标准 Metrics 数据，方便与三方监控系统打通。

 Trace：暴露标准 Trace，方便与 SLA 系统打通，日志白平化，推送轨迹等能力，并且可以和计量计费系统打通。

 接入管理：相当于阿里云开通服务，分配身份、容量、权限过程。

 用户管理：解决用户管理，登录，SSO 等问题。

 权限管理：解决身份识别，访问控制，角色管理等问题。

 审计系统：扩展接口方便与不同公司审计系统打通。

 通知系统：核心数据变更，或者操作，方便通过 SMS 系统打通，通知到对应人数据变更。

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小结

Nacos采用流行的微服务架构,其总体架构如下:

• 服务注册中心:负责服务的注册与发现。服务提供者注册服务,服务消费者从注册中心发现服务并消费。
• 配置中心:用于集中管理应用的配置文件。应用可以从配置中心拉取配置并动态更新。
• 服务发现:服务消费者从注册中心获取服务提供者列表,并且可以动态更新。
• 配置管理:应用可以从配置中心获取配置并动态更新。
• 动态服务路由:有了服务注册中心和服务发现,Nacos可以实现动态路由和配置更新。
• 服务调用:消费者可以通过RestTemplate等方式调用服务提供者。
• 弹性伸缩:可以根据负载动态调整服务提供者的数量。
• 负载均衡:在多个服务提供者之间进行负载均衡分发请求。
• 容错与断路器:实现服务的高可用与容错。
• 动态 DNS:将服务映射到最新的服务提供者上,实现快速故障转移和零宕机升级。
• 服务权重:可以为服务设置权重,根据权重比例进行流量分发。
• 服务聚合:将多个微服务聚合为一个整体服务对外提供。

以上就是Nacos的总体架构和主要功能。Nacos作为微服务框架,包含各种微服务治理功能,可以有效地支撑微服务应用。