标题本来想叫《如何设计一个注册中心》，但网上已经有好多类似标题的文章了。所以打算另辟蹊径，换个角度，如何组装一个注册中心。

组装意味着不必从0开始造轮子，这也比较符合许多公司对待自研基础组件的态度。

知道如何组装一个注册中心有什么用呢？

第一可以更深入理解注册中心。以我个人经历来说，注册中心的第一印象就是Dubbo的Zookeeper（以下简称zk），后来逐渐深入，学会了如何去zk上查看Dubbo注册的数据，并能排查一些问题。后来了解了Nacos，才发现，原来注册中心还可以如此简单，再后来一直从事服务发现相关工作，对一些细枝末节也有了一些新的理解。

第二可以学习技术选型的方法，注册中心中的每个模块，都会在不同的需求下有不同的选择，最终的选择取决于对需求的把握以及技术视野，但这两项是内功，一时半会练不成，学个选型的方法还是可以的。

本文打算从需求分析开始，一步步拆解各个模块，整个注册中心以一种如无必要，勿增实体的原则进行组装，但也不会是个玩具，向生产可用对齐。

当然在实际项目中，不建议重复造轮子，尽量用现成的解决方案，所以本文仅供学习参考。

需求分析

本文的注册中心需求很简单，就三点：可注册、能发现、高可用。

服务的注册和发现是注册中心的基本功能，高可用则是生产环境的基本要求，如果高可用不要求，那本文可讲解的内容就很少，上图中的高可用标注只是个示意，高可用在很多方面都有体现。

至于其他花里胡哨的功能，我们暂且不表。

我们这里介绍三个角色，后文以此为基础：

提供者（Provider）：服务的提供方（被调用方）
消费者（Consumer）：服务的消费方（调用方）
注册中心（Registry）：本文主角，服务提供列表、消费关系等数据的存储方

接口定义

注册中心和客户端（SDK）的交互接口有三个：

注册（register），将服务提供方注册到注册中心
注销（unregister），将注册的服务从注册中心中删除
订阅（subscribe），服务消费方订阅需要的服务，订阅后提供方有变更将通知到对应的消费方

注册、注销可以是服务提供方的进程发起，也可以是其他的旁路程序辅助发起，比如发布系统在发布一台机器完成后，可调用注册接口，将其注册到注册中心，注销也是类似流程，但这种方式并不多见，而且如果只考虑实现一个注册中心，必然是可以单独运行的，所以通常注册、注销由提供方进程负责。

有了这三个接口，我们该如何去定义接口呢？注册服务到底有哪些字段需要注册？订阅需要传什么字段？以什么序列化方式？用什么协议传输？

这些问题接踵而来，我觉得我们先不急着去做选择，先看看这个领域有没有相关标准，如果有就参考或者直接按照标准实现，如果没有，再来分析每一点的选择。

服务发现还真有一套标准，但又不完全有。它叫OpenSergo，它其实是服务治理的一套标准，包含了服务发现：

OpenSergo 是一套开放、通用的、面向分布式服务架构、覆盖全链路异构化生态的服务治理标准，基于业界服务治理场景与实践形成通用标准规范。OpenSergo 的最大特点就是以统一的一套配置/DSL/协议定义服务治理规则，面向多语言异构化架构，做到全链路生态覆盖。无论微服务的语言是 Java, Go, Node.js 还是其它语言，无论是标准微服务还是 Mesh 接入，从网关到微服务，从数据库到缓存，从服务注册发现到配置，开发者都可以通过同一套 OpenSergo CRD 标准配置针对每一层进行统一的治理管控，而无需关注各框架、语言的差异点，降低异构化、全链路服务治理管控的复杂度。

官网：https://opensergo.io/

我们需要的服务注册与发现也被纳入其中：

说有但也不是完全有是因为这个标准还在建设中，服务发现相关的标准在写这篇文章的时候还没有给出。

既然没有标准，可以结合现有的系统以及经验来定义，这里我用json的序列化方式给出，以下为笔者的总结，不能囊括所有情形，需要时根据业务适当做一些调整：

1.服务注册入口

{"application":"provider_test", // 应用名"protocol":"http", // 协议"addr":"127.0.0.1:8080", // 提供方的地址"meta":{ // 携带的元数据，以下三个为示例"cluster":"small","idc":"shanghai","tag":"read"}
}

2.服务订阅入参

{"subscribes":[{"provider":"test_provider1", // 订阅的应用名"protocol":"http", // 订阅的协议"meta":{ // 携带的元数据，以下为示例"cluster":"small","idc":"shanghai","tag":"read"}},{"provider":"test_provider2","protocol":"http","meta":{"cluster":"small","tag":"read"}}]
}

3.服务发现出参

{"version":"23des4f", // 版本"endpoints":[ // 实例{"application":"provider_test","protocol":"http","addr":"127.0.0.1:8080","meta":{"cluster":"small","idc":"shanghai","tag":"read"}},{"application":"provider_test","protocol":"http","addr":"127.0.0.2:8080","meta":{"cluster":"small","idc":"shanghai","tag":"read"}}]
}

变更推送 & 服务健康检查

有了定义，我们如何选择序列化方式？选择序列化方式有两个重要参考点：

语言的适配程度，比如 json 几乎所有编程语言都能适配。除非能非常确定5-10年内不会有多语言的需求，否则我还是非常建议你选择一个跨语言的序列化协议
性能，序列化的性能包含了两层意思，序列化的速度（cpu消耗）与序列化后的体积，设想一个场景，一个服务被非常多的应用订阅，如果此时该服务发布，则会触发非常庞大的推送事件，此时注册中心的cpu和网络则有可能被打满，导致服务不可用

至于编程语言的选择，我觉得应该更加偏向团队对语言的掌握，以能hold住为最主要，这点没什么好说的，一般也只会在 Java / Go 中去选，很少见用其他语言实现的注册中心。

对于注册、订阅接口，无论是基于TCP的自定义私有协议，还是用HTTP协议，甚至基于HTTP2的gRPC我觉得都可以。

但变更推送这个技术点的实现，有多种实现方式：

定时查询，每隔一段时间向注册中心请求查询订阅的服务提供列表
长轮询，向注册中心查询订阅的服务提供列表，如果列表较上次没有变化，则服务端hold住请求，等待有变化或者超时（较长时间）才返回
UDP推送，服务列表有变化时通过UDP将事件通知给客户端，但UDP推送不一定可靠，可能会丢失、乱序，故要配合定时轮询（较长时间间隔）来作为一个兜底
TCP长连接推送，客户端与注册中心建立一个TCP长连接，有变更时推送给客户端

从实现的难易、实时性、资源消耗三个方面来比较这四种实现方式：

实现难易实时性资源消耗备注定时轮询简单低高实时性越高，资源消耗越多长轮询中等高中等服务端hold住很多请求UDP推送中等高低推送可能丢失，需要配合定时轮询（间隔较长）TCP长连接推送中等高中等服务端需要保持很多长连接

似乎我们不好抉择到底使用哪种方式来做推送，但以我自己的经验来看，定时轮询应该首先被排除，因为即便是一个初具规模的公司，定时轮询的消耗也是巨大的，更何况这种消耗随着实时性以及服务的规模日渐庞大，最后变得不可维护。

剩下三种方案都可以选择，我们可以继续结合服务节点的健康检查来综合判断。

服务启动时注册到注册中心，当服务停止时，从注册中心摘除，通常摘除会借助劫持kill信号实现，如果是Java则有封装好的ShutdownHook，当进程被 kill 时，触发劫持逻辑，从注册中心摘除，实现优雅退出。

但事情不总是如预期，如果有人执行了kill -9强制杀死进程，或者机器出现硬件故障，会导致提供者还在注册中心，但已无法提供服务。

此时需要一种健康检查机制来确保服务宕机时，消费者能正常感知，从而切走流量，保证线上服务的稳定性。

关于健康检查机制，在之前的文章《服务探活的五种方式》中有专门的总结，这里也列举一下，以便做出正确的选择：

优点缺点消费者被动激索不依赖注册中心需在服务调用处实现逻辑；用真实流量探测，可能会有滞后性消费者主动探活不依赖注册中心需在服务调用处实现逻辑提供者上报心跳对调用无入侵需消费者服务发现模块实现逻辑，服务端处理心跳消耗资源大注册中心主动探测对客户端无要求资源消耗大，实时性不高提供者与注册中心会话保持实时性好，资源消耗少与注册中心需保持TCP长连接

我们暂时无法控制调用动作，故而前2项依赖消费者的方案排除，提供者上报心跳如果规模较小还好，上调规模也会不堪重任，这点在Nacos中就体现了，Nacos 1.x版本使用提供者上报心跳的方式保持服务健康状态，由于每次上报健康状态都需要写入数据（最后健康检查时间），故对资源的消耗是非常大的，所以Nacos 2.0版本后就改为了长连接会话保持健康状态。

所以健康检查我个人比较倾向最后两种方案：注册中心主动探测与提供者与注册中心会话保持的方式。

结合上述变更推送，我们发现如果实现了长连接，好处将很多，很多情况下，一个服务既是消费者，又是提供者，此时一条TCP长连接可以解决推送和健康检查，甚至在注册注销接口的实现，我们也可以复用这条连接，可谓是一石三鸟。

长连接技术选型

长连接的技术选型，在《Nacos架构与原理》这本电子书中有有详细的介绍，我觉得这部分堪称技术选型的典范，我们参考下，本节内容大量参考《Nacos架构与原理》，如有雷同，那便是真是雷同。

首先是长连接的核心诉求：

图来自《Nacos架构与原理》

低成本快速感知：客户端需要在服务端不可用时尽快地切换到新的服务节点，降低不可用时间
客户端正常重启：客户端主动关闭连接，服务端实时感知
服务端正常重启 : 服务端主动关闭连接，客户端实时感知
防抖：网络短暂不可用，客户端需要能接受短暂网络抖动，需要一定重试机制，防止集群抖动，超过阈值后需要自动切换 server，但要防止请求风暴
断网：断网场景下，以合理的频率进行重试，断网结束时可以快速重连恢复
低成本多语言实现：在客户端层面要尽可能多地支持多语言，降低多语言实现成本
开源社区：文档，开源社区活跃度，使用用户数等，面向未来是否有足够的支持度

据此，我们可选的轮子有：

gRPCRsocketNettyMina客户端感知断连基于 stream 流 error complete 事件可实现支持支持支持服务端感知断连支持支持支持支持心跳保活应用层自定义，ping-pong 消息自定义 kee palive frameTCP+ 自定义自定义 kee palive filter多语言支持强一般只Java只Java

我比较倾向gRPC，而且gRPC的社区活跃度要强于Rsocket。

数据存储

注册中心数据存储方案，大致可分为2类：

利用第三方组件完成，如Mysql、Redis等，好处是有现成的水平扩容方案，稳定性强；坏处是架构变得复杂
利用注册中心本身来存储数据，好处是无需引入额外组件；坏处是需要解决稳定性问题

第一种方案我们不必多说，第二种方案中最关键的就是解决数据在注册中心各节点之间的同步，因为在数据存储在注册中心本身节点上，如果是单机，机器故障或者挂掉，数据存在丢失风险，所以必须得有副本。

数据不能丢失，这点必须要保证，否则稳定性就无从谈起了。保证数据不丢失怎么理解？在客户端向注册中心发起注册请求后，收到正常的响应，这就意味着数据存储了起来，除非所有注册中心节点故障，否则数据就一定要存在。

如下图，比如提供者往一个节点注册数据后，正常响应，但是数据同步是异步的，在同步完成前，nodeA节点就挂掉，则这条注册数据就丢失了。

所以，我们要极力避免这种情况。

而一致性算法（如raft）就解决了这个问题，一致性算法能保证大部分节点是正常的情况下，能对外提供一致的数据服务，但牺牲了性能和可用性，raft算法在选主时便不能对外提供服务。

有没有退而求其次的算法呢？还真有，像Nacos、Eureka提供的AP模型，他们的核心点在于客户端可以recover数据，也就是注册中心追求最终一致性，如果某些数据丢失，服务提供方是可以重新将数据注册上来。

比如我们将提供方与注册中心之间设计为长连接，提供方注册服务后，连接的节点还没来得及将数据同步到其他节点就挂了，此时提供方的连接也会断开，当连接重新建立时，服务提供方可以重新注册，恢复注册中心的数据。

对于注册中心选用AP、还是CP模型，业界早有争论，但也基本达成了共识，AP要优于CP，因为数据不一致总比不可用要好吧？你说是不是。

高可用

其实高可用的设计散落在各个细节点，如上文提到的数据存储，其基本要求就是高可用。除此之外，我们的设计也都必须是面向失败的设计。

假设我们的服务器会全部挂掉，怎样才能保持服务间的调用不受影响？

通常注册中心不侵入服务调用，而是在内存（或磁盘）中缓存一份服务列表，当注册中心完全挂了，大不了这份缓存不再更新，但也不影响现有的服务调用，但新应用启动就会受到影响。

总结

本文内容略多，用一幅图来总结：

组装一个线上可用的注册中心最小集，从需求分析出发，每一步都有许多选择，本文通过一些核心的技术选型来描绘出一个大致蓝图，剩下的工作就是用代码将这些组装起来。

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