Nacos架构与原理 - 总体架构

文章目录

  • Nacos 起源
  • Nacos 定位
  • Nacos 优势
  • Nacos 生态
  • Nacos 总体设计
    • 设计原则
    • 架构图
      • 用户层
      • 业务层
      • 内核层
      • 插件
  • 小结

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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。


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


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。


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。


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。


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。


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。

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