注册中心设计

Author: Tyson0314

docs/advance/system-design/18-register-center.md

@@ -0,0 +1,193 @@
+## 如何设计一个注册中心？
+
+今天，给大家分享如何设计一个**注册中心**。
+
+不管是出于面试，还是深入学习注册中心，关于如何设计一个注册中心都是一个很好的话题。
+
+假设现在我们系统有两个小系统：
+
+- 订单系统
+- 商品系统
+
+单个系统分别部署在不同服务器上，如果我们订单系统需要调用商品系统的某个服务：
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心1.png)
+
+
+
+#### 怎么调用？
+
+方法1：商品系统开发的朋友告诉你对应的地址。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心2.png)
+
+
+
+方法2：商品系统开发的朋友把对应`API`地址存放到某个地方。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心3.png)
+
+
+
+方法3：直接通过Nginx，使用域名进行转发到某个实例上。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心4.png)
+
+这时候，订单系统就可以通过上述方法调用商品系统的`API`了。
+
+#### 问题来了
+
+实际线上环境中，很少是单体机构的，很多都是做了集群的，也就是说每个服务会有N个实例，少则几个几十个，多则几百上千上万。如果此时我们还用上面三种方法，当我们的商品系统某个服务下线（宕机了），或者新增实例，此时是非常的头疼。
+
+> 所以，注册中心就来了。
+
+#### 注册中心来了
+
+我们能不能搞一个第三方的节点，这个节点就用来存放我们商品系统的服务信息，这样一来，其他系统需要服务信息，直接去第三方节点上去获取即可。此时，其他系统只要知道这个第三方的节点地址就可以了。这个第三方的节点，我们也称之为`注册中心`。
+
+> 下面我们用服务提供方（商品系统）称之为provider，服务调用方（订单系统）我们称之为consumer。
+
+#### 如何设计一个注册中心
+
+我们需要解决如下几个问题：
+
+- 服务如何注册
+- consumer如何知道provider
+- 服务注册中心如何高可用
+- 服务上下线，消费端如何动态感知
+
+##### 服务注册
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心5.png)
+
+当我们把服务信息注册上去后，就应该是：
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心6.png)
+
+> 服务列表保存通常有三种方式：本地内存、数据库、第三方缓存系统
+
+注册上去后，consumer需要服务地址的时候，就可以用相应key去注册中心获取对应的服务列表。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心7.png)
+
+> 同一个服务注册中心，我们可以注册多个服务，比如用户服务、商品服务、订单服务...
+
+##### 服务消费
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心8.png)
+
+consumer端通过key获取指定的服务地址列表。
+
+以上的还是蛮简单的吧，简单来说，我们就是引用了一个第三方的服务来存放我们的服务提供者列表。并且以key-value的形式存储，key我们可以理解为服务名称，value就是服务实例列表。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心9.png)
+
+
+
+##### 注册中心高可用
+
+高可用无非就是做集群，我们可以对注册中心部署多个节点。在消费端consumer只需要知道一个服务注册中心集群地址`cluster-url`即可。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心10.png)
+
+
+
+##### 动态感知服务上下线
+
+consumer拿到服务列表后，会把服务列表保存起来，保存到本地缓存里。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心10.png)
+
+
+
+consumer通过一定的负载均衡算法，选择出一个地址，最后发起远程的调用。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心12.png)
+
+
+
+如果我们的服务节点挂掉一个了，怎么办？
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心13.png)
+
+
+
+此时，服务注册中心的服务列表还是之前的列表，如果consumer调用到过掉的节点上，那岂不是会出问题呀。
+
+所以，我们的服务注册中心需要知道哪个服务节点挂了，然后从对应服务列表里删除。
+
+有种办法叫做心跳检测`heartBeat`，即就是服务注册中心，每隔一定时间去监测一下provider，如果监测到某个服务挂了，那就把对应服务地址从服务列表中删除。
+
+> 根据心跳检测，来提出无效服务。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心13.png)
+
+
+
+可是不对呀，此时consumer端本地列表里还有过掉的服务地址，怎么办呢？
+
+或者是，在增加一个新的服务节点
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心15.png)
+
+
+
+对于服务注册中心来说，就是服务列表里增加一个服务地址。
+
+但是在消费端存在同样的问题，就是服务注册中心的服务列表和consumer端的服务列表不一样了。
+
+如何让consumer端也动态感知呢？
+
+其实很简单，此时，我们得思维换一下，因为consumer的服务列表是来自于服务注册中心，我们就可以把consumer理解为消费端，服务注册中心理解为服务端。此时，consumer端就可以去服务端（服务注册中心）拉取provider服务列表。
+
+通常有两种方案：push和pull
+
+- push：服务注册中心主动推送服务列表给consumer。
+- pull：consumer主动从注册中心拉取服务列表。
+
+![](http://img.topjavaer.cn/img/注册中心15.png)
+
+
+
+不管是push还是pull，都会存在consumer和服务注册中心的通信管道。如果他们之间断开了，那就无法获取服务列表了。
+
+还有就是服务注册中心知道consumer的地址，比如
+
+> 我得知道你的微信好友，不然我怎么把我手里的资源发给你
+
+我们的网络通信，必然会存在监听的动作。
+
+如果服务注册中心要push到consumer，此时他们之间需要建立一个会话，所以，在服务注册中心会维护一个会话管理的模块。还有一种方式就是consumer提供一个`API`，这个`API`给服务注册中心进行回调。
+
+> 本质是我们是使用HTTP协议还是使用Socket监听
+
+push有个不好点，那就是服务注册中心需要维护大量的会话，而且还需要对每个会话维持一个心跳，一遍知晓这些会话状态，得确保这些consumer能收到数据，
+
+另外就是pull，pull其实就相对push就简单多了。pull和我们前面说的心跳机制是类似的，consumer端启动定时任务，每个多久拉取服务注册中心的服务列表。pull也不需要去维护大量的会话，我只需要每隔多久调用接口拉取服务列表即可。但是这里还是会存在一个问题，因为是定时去拉取，所以会存在一定的数据延迟，比如consumer刚刚拉取服务列表，但就在拉取结束的后，某个服务provider挂了，consumer就要等下次拉取才知道对应服务provider挂了。
+
+> 如果定时任务是每隔30秒拉去一次，那就是说，延迟最长时间是30秒。
+
+还有一种方式long-pull，也叫长轮询，是上面两种方案的优化方案，consumer发起拉取请求时，先把这个请求hold住，当服务注册中心有发生变化后，consumer端能立马感知。
+
+关于长轮询：
+
+> 与简单轮询相似，只是在服务端在没有新的返回数据情况下不会立即响应，而会挂起，直到有数据或即将超时
+>
+> `优点`：实现也不复杂，同时相对轮询，节约带宽
+>
+> `缺点`：还是存在占用服务端资源的问题，虽然及时性比轮询要高，但是会在没有数据的时候在服务端挂起，所以会一直占用服务端资源，处理能力变少
+>
+> `应用`：一些早期的对及时性有一些要求的应用：web IM 聊天
+
+这样，我们就搞定了所谓的服务上下线动态感知。
+
+通过上面的服务注册、服务消费、注册中心高可用以及动态感知服务的上下线，这就是我们去实现一个服务注册中心的通用模型。
+
+##### 小总结
+
+关于如何设计一个注册中心，无非重点关以下几点：
+
+- 服务是如何注册
+- 消费端如何获取服务
+- 如何保证注册中心的高可用
+- 动态感知服务的上下线