阿里面试这样问：Nacos配置中心交互模型是 push 还是 pull ？（原理 源码分析）
时间：2021-09-16 14:17:49
[导读]公众号「程序员内点事」 对于Nacos大家应该都不太陌生，出身阿里名声在外，能做动态服务发现、配置管理，非常好用的一个工具。然而这样的技术用的人越多面试被问的概率也就越大，如果只停留在使用层面，那面试可能要吃大亏。比如我们今天要讨论的话题，Nacos在做配置中心的时候，配置数据的...
本文来源：公众号「 程序员内点事」 对于
配置中心 处理长轮询 订阅数据变更事件 DataChangeTask
Nacos大家应该都不太陌生，出身阿里名声在外，能做动态服务发现、配置管理，非常好用的一个工具。然而这样的技术用的人越多面试被问的概率也就越大，如果只停留在使用层面，那面试可能要吃大亏。比如我们今天要讨论的话题，Nacos在做配置中心的时候，配置数据的交互模式是服务端推过来还是客户端主动拉的？Nacos的源码，来看看它具体是如何实现的？配置中心
聊Nacos之前简单回顾下配置中心的由来。简单理解配置中心的作用就是对配置统一管理，修改配置后应用可以动态感知，而无需重启。因为在传统项目中，大多都采用静态配置的方式，也就是把配置信息都写在应用内的yml或properties这类文件中，如果要想修改某个配置，通常要重启应用才可以生效。但有些场景下，比如我们想要在应用运行时，通过修改某个配置项，实时的控制某一个功能的开闭，频繁的重启应用肯定是不能接受的。尤其是在微服务架构下，我们的应用服务拆分的粒度很细，少则几十多则上百个服务，每个服务都会有一些自己特有或通用的配置。假如此时要改变通用配置，难道要我挨个改几百个服务配置？很显然这不可能。所以为了解决此类问题配置中心应运而生。推与拉模型
客户端与配置中心的数据交互方式其实无非就两种，要么推push，要么拉pull。推模型客户端与服务端建立TCP长连接，当服务端配置数据有变动，立刻通过建立的长连接将数据推送给客户端。优势：长链接的优点是实时性，一旦数据变动，立即推送变更数据给客户端，而且对于客户端而言，这种方式更为简单，只建立连接接收数据，并不需要关心是否有数据变更这类逻辑的处理。弊端：长连接可能会因为网络问题，导致不可用，也就是俗称的假死。连接状态正常，但实际上已无法通信，所以要有的心跳机制KeepAlive来保证连接的可用性，才可以保证配置数据的成功推送。拉模型客户端主动的向服务端发请求拉配置数据，常见的方式就是轮询，比如每3s向服务端请求一次配置数据。轮询的优点是实现比较简单。但弊端也显而易见，轮询无法保证数据的实时性，什么时候请求？间隔多长时间请求一次？都是不得不考虑的问题，而且轮询方式对服务端还会产生不小的压力。长轮询
开篇我们就给出了答案，nacos采用的是客户端主动拉pull模型，应用长轮询（Long Polling）的方式来获取配置数据。额？以前只听过轮询，长轮询又是什么鬼？它和传统意义上的轮询（暂且叫短轮询吧，方便比较）有什么不同呢？短轮询不管服务端配置数据是否有变化，不停的发起请求获取配置，比如支付场景中前段JS轮询订单支付状态。这样的坏处显而易见，由于配置数据并不会频繁变更，若是一直发请求，势必会对服务端造成很大压力。还会造成推送数据的延迟，比如：每10s请求一次配置，如果在第11s时配置更新了，那么推送将会延迟9s，等待下一次请求。Nacos初识
为了后续演示操作方便我在本地搭了个Nacos。注意： 运行时遇到个小坑，由于Nacos默认是以cluster集群的方式启动，而本地搭建通常是单机模式standalone，这里需手动改一下启动脚本startup.X中的启动模式。/bin/startup.X就可以了，默认用户密码均是nacos。几个概念
Nacos配置中心的几个核心概念：dataId、group、namespace，它们的层级关系如下图：dataId：是配置中心里最基础的单元，它是一种key-value结构，key通常是我们的配置文件名称，比如：application.yml、mybatis.xml，而value是整个文件下的内容。目前支持JSON、XML、YAML等多种配置格式。group：dataId配置的分组管理，比如同在dev环境下开发，但同环境不同分支需要不同的配置数据，这时就可以用分组隔离，默认分组DEFAULT_GROUP。namespace：项目开发过程中肯定会有dev、test、pro等多个不同环境，namespace则是对不同环境进行隔离，默认所有配置都在public里。架构设计
下图简要描述了nacos配置中心的架构流程。客户端、控制台通过发送Http请求将配置数据注册到服务端，服务端持久化数据到Mysql。客户端拉取配置数据，并批量设置对dataId的监听发起长轮询请求，如服务端配置项变更立即响应请求，如无数据变更则将请求挂起一段时间，直到达到超时时间。为减少对服务端压力以及保证配置中心可用性，拉取到配置数据客户端会保存一份快照在本地文件中，优先读取。“下边我们以Nacos 2.0.1版本源码分析，2.0以后的版本改动较多，和网上的很多资料略有些不同 地址：https://github.com/alibaba/nacos/releases/tag/2.0.1
客户端源码分析
Nacos配置中心的客户端源码在nacos-client项目，其中NacosConfigService实现类是所有操作的核心入口。说之前先了解个客户端数据结构cacheMap，这里大家重点记住它，因为它几乎贯穿了Nacos客户端的所有操作，由于存在多线程场景为保证数据一致性，cacheMap采用了AtomicReference原子变量实现。/**
* groupKey -> cacheData.
*/
private final AtomicReference> cacheMap = new AtomicReference>(new HashMap<>());
cacheMap是个Map结构，key为groupKey，是由dataId, group, tenant(租户)拼接的字符串；value为CacheData对象，每个dataId都会持有一个CacheData对象。获取配置Nacos获取配置数据的逻辑比较简单，先取本地快照文件中的配置，如果本地文件不存在或者内容为空，则再通过HTTP请求从远端拉取对应dataId配置数据，并保存到本地快照中，请求默认重试3次，超时时间3s。getConfig()和getConfigAndSignListener()这两个接口，但getConfig()只是发送普通的HTTP请求，而getConfigAndSignListener()则多了发起长轮询和对dataId数据变更注册监听的操作addTenantListenersWithContent()。@Override
public String getConfig(String dataId, String group, long timeoutMs) throws NacosException {
return getConfigInner(namespace, dataId, group, timeoutMs);
}
@Override
public String getConfigAndSignListener(String dataId, String group, long timeoutMs, Listener listener)
throws NacosException {
String content = getConfig(dataId, group, timeoutMs);
worker.addTenantListenersWithContent(dataId, group, content, Arrays.asList(listener));
return content;
}
注册监听客户端注册监听，先从cacheMap中拿到dataId对应的CacheData对象。public void addTenantListenersWithContent(String dataId, String group, String content,
List listeners) throws NacosException {
group = blank2defaultGroup(group);
String tenant = agent.getTenant();
// 1、获取dataId对应的CacheData，如没有则向服务端发起长轮询请求获取配置
CacheData cache = addCacheDataIfAbsent(dataId, group, tenant);
synchronized (cache) {
// 2、注册对dataId的数据变更监听
cache.setContent(content);
for (Listener listener : listeners) {
cache.addListener(listener);
}
cache.setSyncWithServer(false);
agent.notifyListenConfig();
}
}
如没有则向服务端发起长轮询请求获取配置，默认的Timeout时间为30s，并把返回的配置数据回填至CacheData对象的content字段，同时用content生成MD5值；再通过addListener()注册监听器。CacheData也是个出场频率非常高的一个类，我们看到除了dataId、group、tenant、content这些相关的基础属性，还有几个比较重要的属性如：listeners、md5(content真实配置数据计算出来的md5值)，以及注册监听、数据比对、服务端数据变更通知操作都在这里。listeners是对dataId所注册的所有监听器集合，其中的ManagerListenerWrap对象除了持有Listener监听类，还有一个lastCallMd5字段，这个属性很关键，它是判断服务端数据是否更变的重要条件。在添加监听的同时会将CacheData对象当前最新的md5值赋值给ManagerListenerWrap对象的lastCallMd5属性。public void addListener(Listener listener) {
ManagerListenerWrap wrap =
(listener instanceof AbstractConfigChangeListener) ? new ManagerListenerWrap(listener, md5, content)
: new ManagerListenerWrap(listener, md5);
}
看到这对dataId监听设置就完事了？我们发现所有操作都围着cacheMap结构中的CacheData对象，那么大胆猜测下一定会有专门的任务来处理这个数据结构。NacosConfigService类的构造器中初始化了一个ClientWorker，而在ClientWorker类的构造器中又启动了一个线程池来轮询cacheMap。executeConfigListen()方法中有这么一段逻辑，检查cacheMap中dataId的CacheData对象内，MD5字段与注册的监听listener内的lastCallMd5值，不相同表示配置数据变更则触发safeNotifyListener方法，发送数据变更通知。void checkListenerMd5() {
for (ManagerListenerWrap wrap : listeners) {
if (!md5.equals(wrap.lastCallMd5)) {
safeNotifyListener(dataId, group, content, type, md5, encryptedDataKey, wrap);
}
}
}
safeNotifyListener()方法单独起线程，向所有对dataId注册过监听的客户端推送变更后的数据内容。receiveConfigInfo()方法接收回调数据，处理自身业务就可以了。configService.addListener(dataId, group, new Listener() {
@Override
public void receiveConfigInfo(String configInfo) {
System.out.println("receive:" configInfo);
}
@Override
public Executor getExecutor() {
return null;
}
});
为了理解更直观我用测试demo演示下，获取服务端配置并设置监听，每当服务端配置数据变化，客户端监听都会收到通知，一起看下效果。public static void main(String[] args) throws NacosException, InterruptedException {
String serverAddr = "localhost";
String dataId = "test";
String group = "DEFAULT_GROUP";
Properties properties = new Properties();
properties.put("serverAddr", serverAddr);
ConfigService configService = NacosFactory.createConfigService(properties);
String content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
System.out.println(content);
configService.addListener(dataId, group, new Listener() {
@Override
public void receiveConfigInfo(String configInfo) {
System.out.println("数据变更 receive:" configInfo);
}
@Override
public Executor getExecutor() {
return null;
}
});
boolean isPublishOk = configService.publishConfig(dataId, group, "我是新配置内容～");
System.out.println(isPublishOk);
Thread.sleep(3000);
content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
System.out.println(content);
}
结果和预想的一样，当向服务端publishConfig数据变化后，客户端可以立即感知，愣是用主动拉pull模式做出了服务端实时推送的效果。数据变更 receive:我是新配置内容～
true
我是新配置内容～
服务端源码分析
Nacos配置中心的服务端源码主要在nacos-config项目的ConfigController类，服务端的逻辑要比客户端稍复杂一些，这里我们重点看下。处理长轮询服务端对外提供的监听接口地址/v1/cs/configs/listener，这个方法内容不多，顺着doPollingConfig往下看。header中的Long-Pulling-Timeout属性来区分请求是长轮询还是短轮询，这里咱们只关注长轮询部分，接着看LongPollingService（记住这个service很关键）类中的addLongPollingClient()方法是如何处理客户端的长轮询请求的。30s，但这里我们发现服务端“偷偷”的给减掉了500ms，现在超时时间只剩下了29.5s，那为什么要这样做呢？用官方的解释之所以要提前500ms响应请求，为了最大程度上保证客户端不会因为网络延时造成超时，考虑到请求可能在负载均衡时会耗费一些时间，毕竟Nacos最初就是按照阿里自身业务体量设计的嘛！groupkey的MD5与服务端当前的MD5比对，如md5值不同，则说明服务端的配置项发生过变更，直接将该groupkey放入changedGroupKeys集合并返回给客户端。MD5Util.compareMd5(req, rsp, clientMd5Map)
如未发生变更，则将客户端请求挂起，这个过程先创建一个名为ClientLongPolling的调度任务Runnable，并提交给scheduler定时线程池延后29.5s执行。ConfigExecutor.executeLongPolling(
new ClientLongPolling(asyncContext, clientMd5Map, ip, probeRequestSize, timeout, appName, tag));
这里每个长轮询任务携带了一个asyncContext对象，使得每个请求可以延迟响应，等延时到达或者配置有变更之后,调用asyncContext.complete()响应完成。“asyncContext 为 Servlet 3.0新增的特性，异步处理，使Servlet线程不再需要一直阻塞，等待业务处理完毕才输出响应；可以先释放容器分配给请求的线程与相关资源，减轻系统负担，其响应将被延后，在处理完业务或者运算后再对客户端进行响应。
ClientLongPolling任务被提交进入延迟线程池执行的同时，服务端会通过一个allSubs队列保存所有正在被挂起的客户端长轮询请求任务，这个是客户端注册监听的过程。如延时期间客户端据数一直未变化，延时时间到达后将本次长轮询任务从allSubs队列剔除，并响应请求response，这是取消监听。收到响应后客户端再次发起长轮询，循环往复。ConfigController中的publishConfig方法。publishConfig接口中有这么一段逻辑，某个dataId配置数据被修改时会触发一个数据变更事件Event。ConfigChangePublisher.notifyConfigChange(new ConfigDataChangeEvent(false, dataId, group, tenant, time.getTime()));
仔细看LongPollingService会发现在它的构造方法中，正好订阅了数据变更事件，并在事件触发时执行一个数据变更调度任务DataChangeTask。DataChangeTask内的主要逻辑就是遍历allSubs队列，上边我们知道，这个队列中维护的是所有客户端的长轮询请求任务，从这些任务中找到包含当前发生变更的groupkey的ClientLongPolling任务，以此实现数据更变推送给客户端，并从allSubs队列中剔除此长轮询任务。response时，调用asyncContext.complete()结束了异步请求。结束语
上边只揭开了nacos配置中心的冰山一角，实际上还有非常多重要的技术细节都没提及到，建议大家没事看看源码，源码不需要通篇的看，只要抓住核心部分就够了。就比如今天这个题目以前我真没太在意，突然被问一下子吃不准了，果断看下源码，而且这样记忆比较深刻（别人嚼碎了喂你的知识总是比自己咀嚼的差那么点意思）。nacos的源码我个人觉得还是比较朴素的，代码并没有过多炫技，看起来相对轻松。大家不要对看源码有什么抵触，它也不过是别人写的业务代码而已，just so so! 
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