微服务设计必看：深度解析Netflix Eureka的底层实现
在微服务架构中，服务发现和注册是确保各个微服务之间通信和协作的核心组件。Netflix Eureka作为一款开源的服务发现和注册工具，在现代分布式系统中扮演着重要角色。本文将从代码层面深入探讨Netflix Eureka的底层实现原理，为读者详细呈现其内部运行机制。
Netflix Eureka由Eureka服务器和Eureka客户端两部分构成。它们协同工作，构建了一个完整的服务发现和注册系统。
Eureka服务器负责存储和管理所有已注册的服务实例信息，保证服务发现的准确性。Eureka服务器的核心是InstanceRegistry、LeaseManager和SelfPreservationFilter。下面结合代码详细介绍下这几个核心组件。
实例注册表负责存储所有已注册的服务实例信息，包括它们的元数据，如实例ID、主机名、端口等。从代码层面来看，InstanceRegistry是一个包含了实例信息的内存数据结构，通常使用ConcurrentHashMap来存储，当一个新的服务实例注册时，InstanceRegistry 的 register 方法被调用，将该实例信息添加到注册表中；当一个服务实例不再可用，需要从Eureka服务器取消注册时，InstanceRegistry 的 cancel 方法被调用，从注册表中移除该实例信息。具体的功能包括：注册服务实例：register 方法负责将服务实例注册到注册表。取消注册服务实例：cancel 方法用于从注册表中移除不再可用的实例。获取服务实例信息：getInstancesById 方法用于获取特定服务的所有实例信息。
租约管理器负责管理实例的租约，租约是Eureka服务器中的一个重要概念，用于确保实例的健康状态。在代码层面，LeaseManager维护了一个租约的集合，并提供了操作租约的方法，主要包括：
注册实例并创建租约：register 方法负责为新注册的实例创建租约。续约租约：renew 方法用于更新租约的到期时间，延长租约的有效期。移除租约：cancel 方法负责在实例取消注册时移除租约。
在服务实例注册时，LeaseManager 的 register 方法被调用，创建一个新的租约，并将其添加到租约管理器中。在服务实例定期发送心跳续约请求时，LeaseManager 的 renew 方法被调用，更新租约的到期时间，确保租约的有效性。当一个服务实例取消注册时，LeaseManager 的 cancel 方法被调用，从租约管理器中移除相应的租约。
下面是具体方法内容：
自我保护机制是Netflix Eureka服务器（服务端）中的一项重要功能。它旨在确保在网络抖动等异常情况下，Eureka服务器不会过早地剔除正常运行的服务实例，从而保持服务的可用性和稳定性。
当Eureka服务器开启自我保护机制时，它会监测心跳续约失败的实例数量。如果在某个时间段内，心跳续约失败的实例数量超过了预定的阈值，Eureka服务器将进入自我保护模式。在自我保护模式下，Eureka服务器不会剔除任何正常运行的实例，以免影响整个系统的稳定性。这是为了避免在网络抖动等情况下，误判正常实例失效。
需要注意的是，虽然自我保护机制保护了Eureka服务器上的服务注册表，但在自我保护模式下，Eureka服务器将不再从已注册的实例中移除长时间未续约的实例，这可能会导致注册表中存在已经下线或失效的实例。因此，自我保护机制只是应对短期网络问题的临时解决方案，当问题解决后，Eureka服务器会自动退出自我保护模式，重新恢复正常的剔除机制。
在代码层面，SelfPreservationFilter定期计算心跳续约失败的比例，根据配置启动或关闭自我保护模式。SelfPreservationFilter 是一个在后台运行的线程，定期检查注册表中的实例健康状态。它会周期性地计算心跳续约失败的比例，当心跳续约失败比例超过一定阈值时，会启动自我保护模式，以防止错误地移除正常的服务实例。如果心跳续约失败比例降低到一定程度，会关闭自我保护模式。具体功能包括：
- 统计心跳续约失败比例：calculateThresholdBreachCount 方法统计失败的心跳续约比例。
- 启动/关闭自我保护模式：disable 和 enable 方法分别用于启动和关闭自我保护模式。
在微服务应用启动时，Eureka客户端将自身的实例信息注册到Eureka服务器，并从服务器获取其他服务实例信息，实现服务的发现和负载均衡。它包括DiscoveryClient（服务发现客户端）、InstanceInfo（实例信息）、EurekaHttpClient（Eureka HTTP客户端）三个核心组件，下面详细介绍每个组件：
从Eureka服务器获取服务实例信息，并缓存在本地。它提供了getInstances、getServices等方法，支持负载均衡和服务发现。
其中getInstances 方法用于在服务调用前获取特定服务的所有实例信息，实现动态的服务发现。getNextServerFromEureka 方法在服务调用时被调用，实现负载均衡逻辑，选择要调用的服务实例；而refreshRegistry 方法定期刷新注册表信息，以确保实例信息的最新性。
在应用启动时，Eureka客户端创建InstanceInfo对象，包含实例的元数据。它在服务实例启动时创建并初始化，存储了该实例的基本信息，如实例ID、主机名、端口和状态。它通过HTTP请求将元数据注册到Eureka服务器。
它用于客户端与Eureka服务器的通信，发送注册、续约、取消注册等HTTP请求，获取注册表信息。
其中：
- register 方法在服务实例启动时调用，向Eureka服务器注册实例信息。
- renew 方法定期发送心跳续约请求，保持实例的健康状态。
- cancel 方法在服务实例关闭或取消注册时调用，向Eureka服务器发送取消注册请求。
- getInstances 方法在服务发现过程中被调用，向Eureka服务器请求特定服务的实例信息。
- refreshRegistry 方法周期性地刷新注册表信息，以保持信息的准确性。
下面笔者大概梳理了下几个主要流程：
1、服务注册流程
- Eureka客户端创建InstanceInfo对象，包含实例元数据。
- 客户端通过HTTP请求将InstanceInfo注册到Eureka服务器的InstanceRegistry。
- LeaseManager创建租约，管理续约周期和到期时间。
2、心跳续约流程
- Eureka客户端定期发送心跳续约请求，维持租约有效。
- LeaseManager更新租约到期时间，确保租约不会过期。
- Eureka服务器根据心跳续约来监测实例的健康状态。
3、服务发现与负载均衡流程
- Eureka客户端通过DiscoveryClient获取其他服务实例信息。
- 客户端根据负载均衡策略选择一个实例。
- 客户端发起HTTP请求，实现服务调用和负载均衡。
现在，让我们通过实际演示来了解如何使用Eureka服务端和客户端。
1、Eureka服务端演示：
创建Eureka Server：首先，创建一个Spring Boot项目，并添加Eureka Server依赖。配置文件：在application.yml中，进行基本的配置，如端口和Eureka Server配置。
启动类：创建启动类，并添加@EnableEurekaServer注解。
运行应用：启动Eureka Server应用，访问http://localhost:8761，将看到Eureka的控制台。
2、Eureka客户端演示：
- 创建Eureka Client：创建另一个Spring Boot项目，并添加Eureka Client依赖。
- 配置文件：在application.yml中，配置Eureka Client信息。
创建Controller：创建一个简单的Controller用于演示服务调用。
启动类：创建启动类，并添加@EnableDiscoveryClient注解。
- 运行应用：启动Eureka Client应用，访问http://localhost:8761，将看到Eureka的控制台，显示有一个已注册的客户端。
- 服务调用：在浏览器中访问http://localhost:8080/hello，将会调用Eureka Client的Controller方法，并得到响应。
Netflix Eureka在微服务架构中扮演着重要角色，支持服务发现和注册。Eureka的底层实现涵盖了服务注册、心跳续约、自我保护机制、服务发现和负载均衡等关键功能。通过深入代码层面的分析，我们可以更清晰地理解这些功能是如何在底层实现的。
作者介绍：波哥，互联行业从业10余年，先后担任项目总监及架构师。目前专攻技术，喜欢研究技术原理。技术全面，主攻Java，精通JVM底层机制及Spring全家桶底层框架原理，熟练掌握当前主流的中间件、服务网格等技术原理。
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