06篇 Nacos Client本地缓存及故障转移

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本篇文章我们来通过源码分析一下Nacos的本地缓存及故障转移功能，涉及到核心类为ServiceInfoHolder和FailoverReactor。

ServiceInfoHolder功能概述

ServiceInfoHolder类，顾名思义，服务信息的持有者。前面文章已经多次涉及到ServiceInfoHolder类，比如每次客户端从注册中心获取新的服务信息时都会调用该类的processServiceInfo方法来进行本地化的处理，包括更新缓存服务、发布事件、更新本地文件等。

除了上述功能，该类在实例化时，还做了包含本地缓存目录初始化、故障转移初始化等操作。下面我们就逐一分析一下。

ServiceInfo的本地内存缓存

ServiceInfo，注册服务的信息，其中包含了服务名称、分组名称、集群信息、实例列表信息、上次更新时间等。也就是说，客户端从注册中心获取到的信息在本地都以ServiceInfo作为承载着。

而ServiceInfoHolder类又持有了ServiceInfo，通过一个ConcurrentMap来存储：

public class ServiceInfoHolder implements Closeable {private final ConcurrentMap<String, ServiceInfo> serviceInfoMap;
}

这就是Nacos客户端对服务注册信息的第一层缓存。前面分析processServiceInfo方法时，我们已经看到，当服务信息变更时会第一时间更新serviceInfoMap中的信息。

public ServiceInfo processServiceInfo(ServiceInfo serviceInfo) {
// ....// 缓存服务信息serviceInfoMap.put(serviceInfo.getKey(), serviceInfo);// 判断注册的实例信息是否已变更boolean changed = isChangedServiceInfo(oldService, serviceInfo);if (StringUtils.isBlank(serviceInfo.getJsonFromServer())) {serviceInfo.setJsonFromServer(JacksonUtils.toJson(serviceInfo));}// ....
}

关于serviceInfoMap的使用就这么简单，当变动实例向其中put最新数据即可。当使用实例，根据key进行get操作即可。

而serviceInfoMap在ServiceInfoHolder的构造方法中进行初始化，默认创建一个空的ConcurrentMap。但当配置了启动时从缓存文件读取信息时，则会从本地缓存进行加载。

// 启动时是否从缓存目录读取信息，默认false。设置为true会读取缓存文件
if (isLoadCacheAtStart(properties)) {this.serviceInfoMap = new ConcurrentHashMap<String, ServiceInfo>(DiskCache.read(this.cacheDir));
} else {this.serviceInfoMap = new ConcurrentHashMap<String, ServiceInfo>(16);
}

这里涉及到了本地缓存目录，在processServiceInfo方法中，当服务实例变更时，会看到通过DiskCache#write方法向该目录写入ServiceInfo信息。

// 服务实例已变更
if (changed) {NAMING_LOGGER.info("current ips:(" + serviceInfo.ipCount() + ") service: " + serviceInfo.getKey() + " -> "+ JacksonUtils.toJson(serviceInfo.getHosts()));// 添加实例变更事件，会被推动到订阅者执行NotifyCenter.publishEvent(new InstancesChangeEvent(serviceInfo.getName(), serviceInfo.getGroupName(),serviceInfo.getClusters(), serviceInfo.getHosts()));// 记录Service本地文件DiskCache.write(serviceInfo, cacheDir);
}

下面就来聊聊本地缓存目录。

本地缓存目录

本地缓存目录作为ServiceInfoHolder的一个属性存在，用于指定本地缓存的根目录和故障转移的根目录。

private String cacheDir;

在ServiceInfoHolder的构造方法中，第一个调用的便是生成缓存目录：

public ServiceInfoHolder(String namespace, Properties properties) {// 生成缓存目录：默认为${user.home}/nacos/naming/public，// 可以通过System.setProperty("JM.SNAPSHOT.PATH")自定义根目录initCacheDir(namespace, properties);//...
}

关于生成目录的源码就不看了，默认缓存目录为${user.home}/nacos/naming/public，可以通过System.setProperty(“JM.SNAPSHOT.PATH”)自定义根目录。

初始化完该目录之后，故障转移信息也存储在该目录下。

故障转移

同样在ServiceInfoHolder的构造方法中，会初始化一个FailoverReactor类，同样是ServiceInfoHolder的成员变量。FailoverReactor的作用便是用来处理故障转移的。

this.failoverReactor = new FailoverReactor(this, cacheDir);

这里的this为ServiceInfoHolder当前的对象，也就是说两者相互持有对方的引用。

来看FailoverReactor构造方法：

public FailoverReactor(ServiceInfoHolder serviceInfoHolder, String cacheDir) {// 持有ServiceInfoHolder引用this.serviceInfoHolder = serviceInfoHolder;// 拼接故障根目录：${user.home}/nacos/naming/public/failoverthis.failoverDir = cacheDir + FAILOVER_DIR;// 初始化executorServicethis.executorService = new ScheduledThreadPoolExecutor(1, new ThreadFactory() {@Overridepublic Thread newThread(Runnable r) {Thread thread = new Thread(r);// 守护线程模式运行thread.setDaemon(true);thread.setName("com.alibaba.nacos.naming.failover");return thread;}});// 其他初始化操作，通过executorService开启多个定时任务执行this.init();
}

FailoverReactor的构造方法基本上把它的功能都展示出来了：

持有ServiceInfoHolder引用；
拼接故障根目录：${user.home}/nacos/naming/public/failover，其中public也有可能是其他的自定义命名空间；
初始化executorService；
init方法：通过executorService开启多个定时任务执行；

init方法执行

init方法中开启了三个定时任务：

初始化立即执行，执行间隔5秒，执行任务为SwitchRefresher；
初始化延迟30分钟执行，执行间隔24小时，执行任务为DiskFileWriter；
初始化立即执行，执行间隔10秒，执行核心操作为DiskFileWriter；

这三个任务都是FailoverReactor的内部类，先看后两个任务DiskFileWriter的实现：

class DiskFileWriter extends TimerTask {@Overridepublic void run() {Map<String, ServiceInfo> map = serviceInfoHolder.getServiceInfoMap();for (Map.Entry<String, ServiceInfo> entry : map.entrySet()) {ServiceInfo serviceInfo = entry.getValue();if (StringUtils.equals(serviceInfo.getKey(), UtilAndComs.ALL_IPS) || StringUtils.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.ENV_LIST_KEY) || StringUtils.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.ENV_CONFIGS) || StringUtils.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.VIP_CLIENT_FILE) || StringUtils.equals(serviceInfo.getName(), UtilAndComs.ALL_HOSTS)) {continue;}// 将缓存内容写入磁盘文件DiskCache.write(serviceInfo, failoverDir);}}
}

逻辑非常简单，就是获取ServiceInfoHolder中缓存的ServiceInfo，判断是否满足写入磁盘文件，如果满足，则将其写入前面拼接的故障转移目录：${user.home}/nacos/naming/public/failover。只不过第二个定时任务和第三个定时任务的区别时，第三个定时任务有前置判断，只有当文件不存在时才执行。

最后再来看一下SwitchRefresher的核心实现如下：

File switchFile = new File(failoverDir + UtilAndComs.FAILOVER_SWITCH);
// 文件不存在退出
if (!switchFile.exists()) {switchParams.put("failover-mode", "false");NAMING_LOGGER.debug("failover switch is not found, " + switchFile.getName());return;
}long modified = switchFile.lastModified();if (lastModifiedMillis < modified) {lastModifiedMillis = modified;// 获取故障转移文件内容String failover = ConcurrentDiskUtil.getFileContent(failoverDir + UtilAndComs.FAILOVER_SWITCH,Charset.defaultCharset().toString());if (!StringUtils.isEmpty(failover)) {String[] lines = failover.split(DiskCache.getLineSeparator());for (String line : lines) {String line1 = line.trim();// 1表示开启故障转移模式if (IS_FAILOVER_MODE.equals(line1)) {switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.TRUE.toString());NAMING_LOGGER.info("failover-mode is on");new FailoverFileReader().run();} else if (NO_FAILOVER_MODE.equals(line1)) {// 0表示关闭故障转移模式switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.FALSE.toString());NAMING_LOGGER.info("failover-mode is off");}}} else {switchParams.put(FAILOVER_MODE_PARAM, Boolean.FALSE.toString());}
}

上述代码的逻辑梳理如下：

如果故障转移文件不存在，则直接返回。故障转移【开关】文件为名为“00-00—000-VIPSRV_FAILOVER_SWITCH-000—00-00”。
比较文件修改时间，如果已经修改，则获取故障转移文件中的内容。
故障转移文件中存储了0和1标识。0表示关闭，1表示开启。
当为开启状态时，执行线程FailoverFileReader。

FailoverFileReader，顾名思义，就是故障转移文件读取。基本操作就是读取failover目录存储ServiceInfo的文件内容，然后转换成ServiceInfo，并用将所有的ServiceInfo存储在FailoverReactor的serviceMap属性中。

failover目录文件内容示例如下：

(base) appledeMacBook-Pro-2:failover apple$ ls
DEFAULT_GROUP%40%40nacos.test.1
DEFAULT_GROUP%40%40user-provider@@DEFAULT
DEFAULT_GROUP%40%40user-service-consumer@@DEFAULT
DEFAULT_GROUP%40%40user-service-provider
DEFAULT_GROUP%40%40user-service-provider@@DEFAULT

文件内容格式如下：

{"hosts": [{"ip": "1.1.1.1","port": 800,"valid": true,"healthy": true,"marked": false,"instanceId": "1.1.1.1#800#DEFAULT#DEFAULT_GROUP@@nacos.test.1","metadata": {"netType": "external","version": "2.0"},"enabled": true,"weight": 2,"clusterName": "DEFAULT","serviceName": "DEFAULT_GROUP@@nacos.test.1","ephemeral": true}],"dom": "DEFAULT_GROUP@@nacos.test.1","name": "DEFAULT_GROUP@@nacos.test.1","cacheMillis": 10000,"lastRefTime": 1617001291656,"checksum": "969c531798aedb72f87ac686dfea2569","useSpecifiedURL": false,"clusters": "","env": "","metadata": {}
}

下面看一下其中的核心业务实现：

for (File file : files) {if (!file.isFile()) {continue;}// 如果是故障转移标志文件，则跳过if (file.getName().equals(UtilAndComs.FAILOVER_SWITCH)) {continue;}ServiceInfo dom = new ServiceInfo(file.getName());try {String dataString = ConcurrentDiskUtil.getFileContent(file, Charset.defaultCharset().toString());reader = new BufferedReader(new StringReader(dataString));String json;if ((json = reader.readLine()) != null) {try {dom = JacksonUtils.toObj(json, ServiceInfo.class);} catch (Exception e) {NAMING_LOGGER.error("[NA] error while parsing cached dom : " + json, e);}}} catch (Exception e) {NAMING_LOGGER.error("[NA] failed to read cache for dom: " + file.getName(), e);} finally {try {if (reader != null) {reader.close();}} catch (Exception e) {//ignore}}// ... 读入缓存if (!CollectionUtils.isEmpty(dom.getHosts())) {domMap.put(dom.getKey(), dom);}
}

代码基本流程如下：

读取failover目录下的所有文件，进行遍历处理；
如果文件不存在，跳过；
如果文件是故障转移标志文件，跳过；
读取文件中的json内容，转化为ServiceInfo对象；
将ServiceInfo对象放入domMap当中；

当for循环执行完毕，如果domMap不为空，则将其赋值给serviceMap：

if (domMap.size() > 0) {serviceMap = domMap;
}

那么，有同学会问了，这个serviceMap在哪里用到呢？前面我们讲获取实例的时候，通常会调用一个名为getServiceInfo的方法：

public ServiceInfo getServiceInfo(final String serviceName, final String groupName, final String clusters) {NAMING_LOGGER.debug("failover-mode: " + failoverReactor.isFailoverSwitch());String groupedServiceName = NamingUtils.getGroupedName(serviceName, groupName);String key = ServiceInfo.getKey(groupedServiceName, clusters);if (failoverReactor.isFailoverSwitch()) {return failoverReactor.getService(key);}return serviceInfoMap.get(key);
}

也就是说，如果开启了故障转移，则会优先调用failoverReactor#getService方法，而这个方法便是从serviceMap中获取ServiceInfo。

public ServiceInfo getService(String key) {ServiceInfo serviceInfo = serviceMap.get(key);if (serviceInfo == null) {serviceInfo = new ServiceInfo();serviceInfo.setName(key);}return serviceInfo;
}

至此，关于Nacos客户端的故障转移流程分析完毕。

小结

本篇文章介绍了Nacos客户端本地缓存及故障转移的实现。所谓的本地缓存有两方面，第一方面是从注册中心获得实例信息会缓存在内存当中，也就是通过Map的形式承载，这样查询操作都方便。第二方法便是通过磁盘文件的形式定时缓存起来，以备不时之需。

而故障转移也分两方面，第一方面是故障转移的开关是通过文件来标记的；第二方面是当开启故障转移之后，当发生故障时，可以从故障转移定时备份的文件中来获得服务实例信息。

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