• Apollo配置中心设计

    一、总体设计

     

    1.1 基础模型

    如下即是Apollo的基础模型：

    1. 用户在配置中心对配置进行修改并发布
    2. 配置中心通知Apollo客户端有配置更新
    3. Apollo客户端从配置中心拉取最新的配置、更新本地配置并通知到应用

    basic-architecture

     

    1.2 架构模块

    下图是Apollo架构模块的概览，详细说明可以参考Apollo配置中心架构剖析。 overall-architecture

    上图简要描述了Apollo的总体设计，我们可以从下往上看：

    • Config Service提供配置的读取、推送等功能，服务对象是Apollo客户端
    • Admin Service提供配置的修改、发布等功能，服务对象是Apollo Portal（管理界面）
    • Config Service和Admin Service都是多实例、无状态部署，所以需要将自己注册到Eureka中并保持心跳
    • 在Eureka之上我们架了一层Meta Server用于封装Eureka的服务发现接口
    • Client通过域名访问Meta Server获取Config Service服务列表（IP+Port），而后直接通过IP+Port访问服务，同时在Client侧会做load balance、错误重试
    • Portal通过域名访问Meta Server获取Admin Service服务列表（IP+Port），而后直接通过IP+Port访问服务，同时在Portal侧会做load balance、错误重试
    • 为了简化部署，我们实际上会把Config Service、Eureka和Meta Server三个逻辑角色部署在同一个JVM进程中

     

    1.2.1 Why Eureka

    为什么我们采用Eureka作为服务注册中心，而不是使用传统的zk、etcd呢？我大致总结了一下，有以下几方面的原因：

    • 它提供了完整的Service Registry和Service Discovery实现
      • 首先是提供了完整的实现，并且也经受住了Netflix自己的生产环境考验，相对使用起来会比较省心。
    • 和Spring Cloud无缝集成
      • 我们的项目本身就使用了Spring Cloud和Spring Boot，同时Spring Cloud还有一套非常完善的开源代码来整合Eureka，所以使用起来非常方便。
      • 另外，Eureka还支持在我们应用自身的容器中启动，也就是说我们的应用启动完之后，既充当了Eureka的角色，同时也是服务的提供者。这样就极大的提高了服务的可用性。
      • 这一点是我们选择Eureka而不是zk、etcd等的主要原因，为了提高配置中心的可用性和降低部署复杂度，我们需要尽可能地减少外部依赖。
    • Open Source
      • 最后一点是开源，由于代码是开源的，所以非常便于我们了解它的实现原理和排查问题。

     

    1.3 各模块概要介绍

     

    1.3.1 Config Service

    • 提供配置获取接口
    • 提供配置更新推送接口（基于Http long polling）
      • 服务端使用Spring DeferredResult实现异步化，从而大大增加长连接数量
      • 目前使用的tomcat embed默认配置是最多10000个连接（可以调整），使用了4C8G的虚拟机实测可以支撑10000个连接，所以满足需求（一个应用实例只会发起一个长连接）。
    • 接口服务对象为Apollo客户端

     

    1.3.2 Admin Service

    • 提供配置管理接口
    • 提供配置修改、发布等接口
    • 接口服务对象为Portal

     

    1.3.3 Meta Server

    • Portal通过域名访问Meta Server获取Admin Service服务列表（IP+Port）
    • Client通过域名访问Meta Server获取Config Service服务列表（IP+Port）
    • Meta Server从Eureka获取Config Service和Admin Service的服务信息，相当于是一个Eureka Client
    • 增设一个Meta Server的角色主要是为了封装服务发现的细节，对Portal和Client而言，永远通过一个Http接口获取Admin Service和Config Service的服务信息，而不需要关心背后实际的服务注册和发现组件
    • Meta Server只是一个逻辑角色，在部署时和Config Service是在一个JVM进程中的，所以IP、端口和Config Service一致

     

    1.3.4 Eureka

    • 基于Eureka和Spring Cloud Netflix提供服务注册和发现
    • Config Service和Admin Service会向Eureka注册服务，并保持心跳
    • 为了简单起见，目前Eureka在部署时和Config Service是在一个JVM进程中的（通过Spring Cloud Netflix）

     

    1.3.5 Portal

    • 提供Web界面供用户管理配置
    • 通过Meta Server获取Admin Service服务列表（IP+Port），通过IP+Port访问服务
    • 在Portal侧做load balance、错误重试

     

    1.3.6 Client

    • Apollo提供的客户端程序，为应用提供配置获取、实时更新等功能
    • 通过Meta Server获取Config Service服务列表（IP+Port），通过IP+Port访问服务
    • 在Client侧做load balance、错误重试

     

    1.4 E-R Diagram

     

    1.4.1 主体E-R Diagram

    apollo-erd

    • App
      • App信息
    • AppNamespace
      • App下Namespace的元信息
    • Cluster
      • 集群信息
    • Namespace
      • 集群下的namespace
    • Item
      • Namespace的配置，每个Item是一个key, value组合
    • Release
      • Namespace发布的配置，每个发布包含发布时该Namespace的所有配置
    • Commit
      • Namespace下的配置更改记录
    • Audit
      • 审计信息，记录用户在何时使用何种方式操作了哪个实体。

     

    1.4.2 权限相关E-R Diagram

    apollo-erd-role-permission

    • User
      • Apollo portal用户
    • UserRole
      • 用户和角色的关系
    • Role
      • 角色
    • RolePermission
      • 角色和权限的关系
    • Permission
      • 权限
      • 对应到具体的实体资源和操作，如修改NamespaceA的配置，发布NamespaceB的配置等。
    • Consumer
      • 第三方应用
    • ConsumerToken
      • 发给第三方应用的token
    • ConsumerRole
      • 第三方应用和角色的关系
    • ConsumerAudit
      • 第三方应用访问审计

     

    二、服务端设计

     

    2.1 配置发布后的实时推送设计

    在配置中心中，一个重要的功能就是配置发布后实时推送到客户端。下面我们简要看一下这块是怎么设计实现的。

    release-message-notification-design

    上图简要描述了配置发布的大致过程：

    1. 用户在Portal操作配置发布
    2. Portal调用Admin Service的接口操作发布
    3. Admin Service发布配置后，发送ReleaseMessage给各个Config Service
    4. Config Service收到ReleaseMessage后，通知对应的客户端

     

    2.1.1 发送ReleaseMessage的实现方式

    Admin Service在配置发布后，需要通知所有的Config Service有配置发布，从而Config Service可以通知对应的客户端来拉取最新的配置。

    从概念上来看，这是一个典型的消息使用场景，Admin Service作为producer发出消息，各个Config Service作为consumer消费消息。通过一个消息组件（Message Queue）就能很好的实现Admin Service和Config Service的解耦。

    在实现上，考虑到Apollo的实际使用场景，以及为了尽可能减少外部依赖，我们没有采用外部的消息中间件，而是通过数据库实现了一个简单的消息队列。

    实现方式如下：

    1. Admin Service在配置发布后会往ReleaseMessage表插入一条消息记录，消息内容就是配置发布的AppId+Cluster+Namespace，参见DatabaseMessageSender
    2. Config Service有一个线程会每秒扫描一次ReleaseMessage表，看看是否有新的消息记录，参见ReleaseMessageScanner
    3. Config Service如果发现有新的消息记录，那么就会通知到所有的消息监听器（ReleaseMessageListener），如NotificationControllerV2，消息监听器的注册过程参见ConfigServiceAutoConfiguration
    4. NotificationControllerV2得到配置发布的AppId+Cluster+Namespace后，会通知对应的客户端

    示意图如下：

    release-message-design

     

    2.1.2 Config Service通知客户端的实现方式

    上一节中简要描述了NotificationControllerV2是如何得知有配置发布的，那NotificationControllerV2在得知有配置发布后是如何通知到客户端的呢？

    实现方式如下：

    1. 客户端会发起一个Http请求到Config Service的notifications/v2接口，也就是NotificationControllerV2，参见RemoteConfigLongPollService
    2. NotificationControllerV2不会立即返回结果，而是通过Spring DeferredResult把请求挂起
    3. 如果在60秒内没有该客户端关心的配置发布，那么会返回Http状态码304给客户端
    4. 如果有该客户端关心的配置发布，NotificationControllerV2会调用DeferredResult的setResult方法，传入有配置变化的namespace信息，同时该请求会立即返回。客户端从返回的结果中获取到配置变化的namespace后，会立即请求Config Service获取该namespace的最新配置。

     

    三、客户端设计

    client-architecture

    上图简要描述了Apollo客户端的实现原理：

    1. 客户端和服务端保持了一个长连接，从而能第一时间获得配置更新的推送。（通过Http Long Polling实现）
    2. 客户端还会定时从Apollo配置中心服务端拉取应用的最新配置。
      • 这是一个fallback机制，为了防止推送机制失效导致配置不更新
      • 客户端定时拉取会上报本地版本，所以一般情况下，对于定时拉取的操作，服务端都会返回304 - Not Modified
      • 定时频率默认为每5分钟拉取一次，客户端也可以通过在运行时指定System Property: apollo.refreshInterval来覆盖，单位为分钟。
    3. 客户端从Apollo配置中心服务端获取到应用的最新配置后，会保存在内存中
    4. 客户端会把从服务端获取到的配置在本地文件系统缓存一份
      • 在遇到服务不可用，或网络不通的时候，依然能从本地恢复配置
    5. 应用程序可以从Apollo客户端获取最新的配置、订阅配置更新通知

     

    3.1 和Spring集成的原理

    Apollo除了支持API方式获取配置，也支持和Spring/Spring Boot集成，集成原理简述如下。

    Spring从3.1版本开始增加了ConfigurableEnvironment和PropertySource：

    • ConfigurableEnvironment
      • Spring的ApplicationContext会包含一个Environment（实现ConfigurableEnvironment接口）
      • ConfigurableEnvironment自身包含了很多个PropertySource
    • PropertySource
      • 属性源
      • 可以理解为很多个Key - Value的属性配置

    在运行时的结构形如： Overview

    需要注意的是，PropertySource之间是有优先级顺序的，如果有一个Key在多个property source中都存在，那么在前面的property source优先。

    所以对上图的例子：

    • env.getProperty(“key1”) -> value1
    • env.getProperty(“key2”) -> value2
    • env.getProperty(“key3”) -> value4

    在理解了上述原理后，Apollo和Spring/Spring Boot集成的手段就呼之欲出了：在应用启动阶段，Apollo从远端获取配置，然后组装成PropertySource并插入到第一个即可，如下图所示：

    Overview

    相关代码可以参考PropertySourcesProcessor

     

    四、可用性考虑

    场景影响降级原因
    某台Config Service下线 无影响   Config Service无状态，客户端重连其它Config Service
    所有Config Service下线 客户端无法读取最新配置，Portal无影响 客户端重启时，可以读取本地缓存配置文件。如果是新扩容的机器，可以从其它机器上获取已缓存的配置文件，具体信息可以参考Java客户端使用指南 - 1.2.3 本地缓存路径  
    某台Admin Service下线 无影响   Admin Service无状态，Portal重连其它Admin Service
    所有Admin Service下线 客户端无影响，Portal无法更新配置    
    某台Portal下线 无影响   Portal域名通过SLB绑定多台服务器，重试后指向可用的服务器
    全部Portal下线 客户端无影响，Portal无法更新配置    
    某个数据中心下线 无影响   多数据中心部署，数据完全同步，Meta Server/Portal域名通过SLB自动切换到其它存活的数据中心
    数据库宕机 客户端无影响，Portal无法更新配置 Config Service开启配置缓存后，对配置的读取不受数据库宕机影响  

     

    五、监控相关

     

    5.1 Tracing

     

    5.1.1 CAT

    Apollo客户端和服务端目前支持CAT自动打点，所以如果自己公司内部部署了CAT的话，只要引入cat-client后Apollo就会自动启用CAT打点。

    如果不使用CAT的话，也不用担心，只要不引入cat-client，Apollo是不会启用CAT打点的。

    更多信息，可以参考v0.4.0 Release Note

     

    5.1.2 SkyWalking

    可以参考@hepyu贡献的apollo-skywalking-pro样例。

     

    5.2 Metrics

    从1.5.0版本开始，Apollo服务端支持通过/prometheus暴露prometheus格式的metrics，如http://${someIp:somePort}/prometheus


    原文：https://github.com/ctripcorp/apollo/wiki/Apollo%E9%85%8D%E7%BD%AE%E4%B8%AD%E5%BF%83%E8%AE%BE%E8%AE%A1
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