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Nacos配置服务原理

Nacos Client配置机制

spring加载远程配置

在了解NACOS客户端配置之前，我们先看看spring怎么样加载远程配置的。spring 提供了加载远程配置的扩展接口 PropertySourceLocator。下面看个简单的例子：

实现PropertySourceLocator

public class GreizPropertySourceLocator implements PropertySourceLocator {
    @Override
    public PropertySource<?> locate(Environment environment) {
        // 自定义配置，来源可以从任何地方
        Map<String, Object> source = new HashMap<>();
        source.put("userName", "Greiz");
        source.put("userAge", 18);
        return new MapPropertySource(GreizPropertySource.PROPERTY_NAME, source);
    }
}

PropertySourceLocator 只有一个接口，我们可以在该接口实现自定义配置的加载，比如从数据库中获取配置，或者文件中获取配置等。

springboot启动配置类

@Configuration
public class GreizConfigBootstrapConfiguration {
    @Bean
    public GreizPropertySourceLocator greizPropertySourceLocator() {
        return new GreizPropertySourceLocator();
    }
}

在META-INF/spring.factories添加启动指定加载类

org.springframework.cloud.bootstrap.BootstrapConfiguration=/
com.greiz.demo.config.GreizConfigBootstrapConfiguration

使用

@Component
public class Greiz {
    @Value("${userName}")
    private String name;
    @Value("${userAge}")
    private Integer age;
      // 省getter/setter
}

跟本地配置一样使用。

spring启动加载远程配置流程

Nacos配置服务原理

在spring启动prepareContext阶段会执行PropertySourceLocator所有实现类加载自定义的配置，最终添加到Environment中管理。

nacos-client

拉取远程配置

nacos客户端启动时加载远程配置就是用了上面的方式。下面我们根据源码看一下具体过程。NacosPropertySourceLocator 实现了 PropertySourceLocator，所以spring启动时会调用locate方法。

public PropertySource<?> locate(Environment env) {
   // 1. 创建一个跟远程打交道的对象NacosConfigService
   ConfigService configService = nacosConfigProperties.configServiceInstance();
   ... 省略代码
   // 2. 操作NacosPropertySource对象，下面三个方法最终都会调用该对象build
   nacosPropertySourceBuilder = new NacosPropertySourceBuilder(configService, timeout);
   // 3. 
   String name = nacosConfigProperties.getName();
   String dataIdPrefix = nacosConfigProperties.getPrefix();
   if (StringUtils.isEmpty(dataIdPrefix)) {
      dataIdPrefix = name;
   }
   if (StringUtils.isEmpty(dataIdPrefix)) {
      dataIdPrefix = env.getProperty("spring.application.name");
   }
   // 从远程获取的properties会存放到该类，最终放到Environment中
   CompositePropertySource composite = new CompositePropertySource(NACOS_PROPERTY_SOURCE_NAME);
   // 加载公共模块配置
   loadSharedConfiguration(composite);
   // 加载扩展配置
   loadExtConfiguration(composite);
   // 加载独有配置
   loadApplicationConfiguration(composite, dataIdPrefix, nacosConfigProperties, env);
   return composite;
}

1处 - 创建 ConfigService 对象，是通过反射创建出 NacosConfigService 实例。该类是Nacos Client 跟 Nacos Server 重要的对接者。后面会围绕该类细讲。
2处 - 创建 NacosPropertySourceBuilder 实例，用于构建和缓存 NacosPropertySource，刷新时会用到此处缓存。
3处 - 加载配置的顺序，公共配置 -> 扩展配置 -> 私有配置，如果有相同key的后面的覆盖前面的。默认的 Data ID 生成规则 ${spring.application.name}.properties。

加载三种配置最终都会调用 NacosPropertySourceBuilder.build() 方法。

NacosPropertySource build(String dataId, String group, String fileExtension, boolean isRefreshable) {
   // 加载配置
   Properties p = loadNacosData(dataId, group, fileExtension);
   NacosPropertySource nacosPropertySource = new NacosPropertySource(group, dataId, propertiesToMap(p), new Date(), isRefreshable);
   // 缓存nacosPropertySource
   NacosPropertySourceRepository.collectNacosPropertySources(nacosPropertySource);
   return nacosPropertySource;
}

加载配置后封装nacosPropertySource，并缓存。

主要逻辑在 NacosPropertySourceBuilder.loadNacosData() 中。

private Properties loadNacosData(String dataId, String group, String fileExtension) {
    // 获取配置
    String data = configService.getConfig(dataId, group, timeout);
    ... 省略代码
    // .properties扩展名
    if (fileExtension.equalsIgnoreCase("properties")) {
        Properties properties = new Properties();
        properties.load(new StringReader(data));
        return properties;
    } else if (fileExtension.equalsIgnoreCase("yaml") || fileExtension.equalsIgnoreCase("yml"))         {// .yaml或者.yml扩展名
      YamlPropertiesFactoryBean yamlFactory = new YamlPropertiesFactoryBean();
      yamlFactory.setResources(new ByteArrayResource(data.getBytes()));
      return yamlFactory.getObject();
     }
   return EMPTY_PROPERTIES;
}

把远程获取到的数据根据扩展名解析成统一的properties。nacos控制台配置支持properties和yaml两个扩展名。

真正获取远程配置的是 NacosConfigService.getConfig(), 调用getConfigInner()。

private String getConfigInner(String tenant, String dataId, String group, long timeoutMs) throws NacosException {
    group = null2defaultGroup(group);
    ParamUtils.checkKeyParam(dataId, group);
    ConfigResponse cr = new ConfigResponse();
    cr.setDataId(dataId);
    cr.setTenant(tenant);
    cr.setGroup(group);

    // 1. 优先使用failvoer配置
    String content = LocalConfigInfoProcessor.getFailover(agent.getName(), dataId, group, tenant);
    if (content != null) {
        cr.setContent(content);
        configFilterChainManager.doFilter(null, cr);
        content = cr.getContent();
        return content;
    }

    try {
        // 2. 服务器获取配置
        content = worker.getServerConfig(dataId, group, tenant, timeoutMs);
        cr.setContent(content);
        configFilterChainManager.doFilter(null, cr);
        content = cr.getContent();
        return content;
    } catch (NacosException ioe) {
        if (NacosException.NO_RIGHT == ioe.getErrCode()) {
            throw ioe;
        }
    }

    // 3. 当服务器挂了就拿本地快照
    content = LocalConfigInfoProcessor.getSnapshot(agent.getName(), dataId, group, tenant);
    cr.setContent(content);
    configFilterChainManager.doFilter(null, cr);
    content = cr.getContent();
    return content;
}

1处 - 优先从failvoer获取配置，该文件是怎么样产生的，我暂时还不是很清楚，后面搞懂补充。
2处 - 从nacos服务中获取配置。
3处 - 如果2失败了就从本地快照文件获取。该文件由首次读取远程配置文件生成，并且之后轮询配置更新时如果有更新也会对应更新该文件。

访问服务接口的脏活当然需要一个客户端工作者ClientWorker，下面是 NacosConfigService.getConfig() 中调用 ClientWorker.getServerConfig()。

public String getServerConfig(String dataId, String group, String tenant, long readTimeout)
    throws NacosException {
    // 就是这么简单http请求获取的配置
    HttpResult result = agent.httpGet(Constants.CONFIG_CONTROLLER_PATH, null, params, agent.getEncode(), readTimeout);
  ... 省略代码
    // 写本地文件快照
    LocalConfigInfoProcessor.saveSnapshot(agent.getName(), dataId, group, tenant, result.content);
  ...省略代码
        return result.content;
}

看了上面获取远程配置的代码是不是想喊出f**k，怎么这么简单！！！是的，用http请求 http://ip:port/v1/cs/configs 接口，跟nacos控制台页面访问是一样的。

到此Nacos Client启动读取远程配置并封装到Environment结束了。

长轮询获取更新

前一小节是对项目启动时Nacos Client加载远程配置过程分析，本节将对项目运行中配置改变了Nacos Client是怎么样悉知的分析。

前面提到 NacosConfigService 是 Nacos Client 对接 Nacos Server 的桥梁，下面看一下该类在配置更新过程怎么样运作的。先看一下 NacosConfigService 的构造方法。

public NacosConfigService(Properties properties) throws NacosException {
    ... 省略代码
    // 初始化 namespace
    initNamespace(properties);
    // 查询服务列表变化情况
    agent = new MetricsHttpAgent(new ServerHttpAgent(properties));
    agent.start();
    // 配置更新解决方案在这里面
    worker = new ClientWorker(agent, configFilterChainManager, properties);
}

在构造函数中初始化 encode、namespace、HttpAgent 和 ClientWorker。

HttpAgent 是通过http获取服务地址列表代理类，维护这服务地址列表和客户端本地一致。

ClientWorker 是维护服务端配置和客户端配置一致的工作者。前面初始化获取远程配置时也是该对象。

ClientWorker 内部是怎么样维护客户端属性更新呢？看一下 ClientWorker 构造函数干了啥。

public ClientWorker(final HttpAgent agent, final ConfigFilterChainManager configFilterChainManager, final Properties properties) {
        ...省略代码
    executor = Executors.newScheduledThreadPool(1, new ThreadFactory() {
        ...省略代码
    });
  
    executorService = Executors.newScheduledThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors(), new ThreadFactory() {
        ...省略代码
    });

    // 每10毫秒检查一遍配置
    executor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                checkConfigInfo();
            } catch (Throwable e) {
                LOGGER.error("[" + agent.getName() + "] [sub-check] rotate check error", e);
            }
        }
    }, 1L, 10L, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

ClientWorker 构造函数创建了两个线程池。executor 创建了一个定时任务，每10毫秒执行一次 checkConfigInfo()； executorService 作用是什么我们接着往下看。

public void checkConfigInfo() {
    // 分任务 向上取整为批数
    int listenerSize = cacheMap.get().size();
    int longingTaskCount = (int) Math.ceil(listenerSize / ParamUtil.getPerTaskConfigSize());
    if (longingTaskCount > currentLongingTaskCount) {
        for (int i = (int) currentLongingTaskCount; i < longingTaskCount; i++) {
            executorService.execute(new LongPollingRunnable(i));
        }
        currentLongingTaskCount = longingTaskCount;
    }
}

以分段方式把任务拆分交给 executorService 执行，默认3000个配置在一个任务中。executor 和 executorService 是不是很像 Netty 中的 boos 和 worker？ Reactor 模式，分工明确。

LongPollingRunnable 是 ClientWorker 一个成员类，实现 Runnable 接口。看一下 run() 方法。

public void run() {
    List<CacheData> cacheDatas = new ArrayList<CacheData>();
    List<String> inInitializingCacheList = new ArrayList<String>();
    try {
        // 1. 只处理该任务中的配置并且检查failover配置
        for (CacheData cacheData : cacheMap.get().values()) {
            if (cacheData.getTaskId() == taskId) {
                cacheDatas.add(cacheData);
                try {
                    checkLocalConfig(cacheData);
                    if (cacheData.isUseLocalConfigInfo()) {
                        cacheData.checkListenerMd5();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    LOGGER.error("get local config info error", e);
                }
            }
        }
                // 2. 把客户端的MD5值跟服务端的MD5比较，把不一样的配置以 "example.properties+DEFAULT_GROUP"方式返回
        List<String> changedGroupKeys = checkUpdateDataIds(cacheDatas, inInitializingCacheList);
       // 3. 把有更新的配置重新从服务端拉取配置内容
        for (String groupKey : changedGroupKeys) {
            String[] key = GroupKey.parseKey(groupKey);
            String dataId = key[0];
            String group = key[1];
            String tenant = null;
            if (key.length == 3) {
                tenant = key[2];
            }
            try {
                String content = getServerConfig(dataId, group, tenant, 3000L);
                CacheData cache = cacheMap.get().get(GroupKey.getKeyTenant(dataId, group, tenant));
                // 修改客户端本地值并且重新计算该对象的md5值
                cache.setContent(content);
            } catch (NacosException ioe) {
                ...省略代码
            }
        }
        for (CacheData cacheData : cacheDatas) {
            if (!cacheData.isInitializing() || inInitializingCacheList.contains(GroupKey.getKeyTenant(cacheData.dataId, cacheData.group, cacheData.tenant))) {
                // 4. 根据md5值检查是否更新，如果更新通知listener
                cacheData.checkListenerMd5();
                cacheData.setInitializing(false);
            }
        }
        inInitializingCacheList.clear();
        // 5. 又把this放进线程池中，形成一个长轮询检查客户端和服务端配置一致性
        executorService.execute(this);
    } catch (Throwable e) {
        executorService.schedule(this, taskPenaltyTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
}

1处 - 筛选属于该任务的配置，并检查 failover 配置。
2处 - 把配置以"dataId group MD5 tenant/r/n"拼接后当做参数请求服务器 http://ip:port/v1/cs/configs/listener 接口。服务器返回有更新的配置，以 "example.properties+DEFAULT_GROUP"方式返回
3处 - 根据2处返回的列表遍历请求服务器 http://ip:port/v1/cs/configs 接口，获取最新配置。然后更新CacheData content值并更新md5值。
4处 - 把 CacheData 新的md5值跟之前的做比较，如果不一样就通知监听者更新值。下一节会跟进去详解。
5处 - 把该 Runnable 对象重新放入线程池，形成一个长轮询。

本节分析了 Nacos Client 配置是怎么样保持跟服务器接近实时同步的。通过长轮询+http短连接方式。

刷新值

在开始本节之前，我们先看一下上面多次出现的一个类 CacheData 结构。

public class CacheData {
    private final String name;
    private final ConfigFilterChainManager configFilterChainManager;
    public final String dataId;
    public final String group;
    public final String tenant;
    // 监听列表
    private final CopyOnWriteArrayList<ManagerListenerWrap> listeners;
    // 内容md5值
    private volatile String md5;
    // 是否使用本地配置
    private volatile boolean isUseLocalConfig = false;
    // 本地版本号
    private volatile long localConfigLastModified;
    private volatile String content;
    // 长轮询中分段任务ID
    private int taskId;
    private volatile boolean isInitializing = true;
  
        ...省略代码
}

根据名字可以得知， CacheData 是配置数据缓存中的对象。listeners 属性比较有意思，在 BO 中拥有一个监听列表，当该对象md5改变时会通过遍历 listeners 通知监听者们。

前一节从服务端获取到有更新的配置之后会检查md5，调用 CacheData.checkListenerMd5()方法：

void checkListenerMd5() {
   for (ManagerListenerWrap wrap : listeners) {
        if (!md5.equals(wrap.lastCallMd5)) {
            safeNotifyListener(dataId, group, content, md5, wrap);
        }
    }
}

class ManagerListenerWrap {
    final Listener listener;
    String lastCallMd5 = CacheData.getMd5String(null);
        ... 省略代码
}

ManagerListenerWrap 的 lastCallMd5 是旧配置的md5值，如果 CacheData 的md5和 ManagerListenerWrap 的lastCallMd5 值不一样，说明配置有更新。需要通知未更新的监听者。

private void safeNotifyListener(final String dataId, final String group, final String content, final String md5, final ManagerListenerWrap listenerWrap) {
    final Listener listener = listenerWrap.listener;
    Runnable job = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            ... 省略代码
                // 调用监听者的方法
                listener.receiveConfigInfo(contentTmp);
                listenerWrap.lastCallMd5 = md5;
            ... 省略代码
        }
    };
    try {
        if (null != listener.getExecutor()) {
            listener.getExecutor().execute(job);
        } else {
            job.run();
        }
    } catch (Throwable t) {
    }
}

调用了监听者的 receiveConfigInfo() 方法，然后修改 ManagerListenerWrap 的lastCallMd5 值。

本节到这里分析了从服务端获取更新配置后通知配置监听者。但是监听者是什么时候注册的呢？接下来我们继续分析监听者注册到 CacheData 过程。

NacosContextRefresher 实现了ApplicationListener 。在容器准备后会调用 onApplicationEvent() 方法，最终调用 registerNacosListener() 方法。

private void registerNacosListener(final String group, final String dataId) {
   Listener listener = listenerMap.computeIfAbsent(dataId, i -> new Listener() {
     // 通知监听者调用的就是这个方法啦 
     @Override
      public void receiveConfigInfo(String configInfo) {
         refreshCountIncrement();
         String md5 = "";
         if (!StringUtils.isEmpty(configInfo)) {
            try {
               MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
               md5 = new BigInteger(1, md.digest(configInfo.getBytes("UTF-8"))).toString(16);
            }
            catch (NoSuchAlgorithmException | UnsupportedEncodingException e) {
               log.warn("[Nacos] unable to get md5 for dataId: " + dataId, e);
            }
         }
         refreshHistory.add(dataId, md5);
         // spring的刷新事件通知，刷新监听者会被执行
         applicationContext.publishEvent(new RefreshEvent(this, null, "Refresh Nacos config"));
      }
      @Override
      public Executor getExecutor() {
         return null;
      }
   });
  // 注册本监听者
  configService.addListener(dataId, group, listener);
  ...省略代码
}

通过 NacosConfigService.addListener()注册监听者。

NacosConfigService.addListener()：

public void addListener(String dataId, String group, Listener listener) throws NacosException {
    worker.addTenantListeners(dataId, group, Arrays.asList(listener));
}

还是交给了 ClientWorker

ClientWorker.addTenantListeners()

public void addTenantListeners(String dataId, String group, List<? extends Listener> listeners) throws NacosException {
    group = null2defaultGroup(group);
    String tenant = agent.getTenant();
    CacheData cache = addCacheDataIfAbsent(dataId, group, tenant);
    for (Listener listener : listeners) {
        cache.addListener(listener);
    }
}

ClientWorker 把监听者交给了 CacheData 完成了注册。

汇总系统运行中更新配置的流程：