1. 什么是服务注册与发现

我们先来看下什么是服务注册与服务发现？

服务注册，就是将提供某个服务的模块信息(通常是这个服务的ip和端口)注册到1个公共的组件上去(比如: zookeeper\consul)。

服务发现，就是新注册的这个服务模块能够及时的被其他调用者发现。不管是服务新增和服务删减都能实现自动发现。

你可以理解为：

//服务注册
NameServer->register(newServer); 

//服务发现
NameServer->getAllServer();

那么，为啥要这样弄呢？在回答这个问题前，我们先来看下数据请求模型的进化史。

2. web1.0数据请求模型架构

在传统的数据请求架构中，其实是没有什么服务注册和发现之说的。因为请求模型足够的简单。下图是传统的服务请求模型图：

各个客户端请求server服务器，所有的业务逻辑都是在这个server端内完成，这是常见的网络请求模型架构，对于小型的服务而已，这个架构是最合适的，因为它稳定且简单。server服务器的更新和维护也很简单。

3. web2.0数据请求模型架构

后期，随着我们的用户数渐渐变多，单台服务器的压力扛不住的时候，我们就要用到负载均衡技术，增加多台服务器来抗压，后端的数据库也可以用主从的方式来增加并发量，模型如下图所示:

然而这个时候，依然没有服务发现和注册的影子，因为这个架构依然足够的简单和清晰。只要不断的增加后端的server服务器的数量，那么我们的整体稳定性就会得到保证。各个server服务器的更新和维护也依旧很简单。

那么啥时候才需要用到服务注册和发现呢？答案是分布式微服务时代。

4. 微服务时代的服务管理

在微服务时代，我们所有的服务都被劲量拆分成最小的粒度，原先所有的服务都在混在1个server里，现在就被按照功能或者对象拆分成N个服务模块，这样做的好处是深度解耦，1个模块只负责自己的事情就好，能够实现快速的迭代更新。坏处就是服务的管理和控制变得异常的复杂和繁琐，人工维护难度变大。还有排查问题和性能变差(服务调用时的网络开销)

比如还是上面的模型架构，在微服务时代就会变成这样子：

各个微服务相互独立，每个微服务，由多台机器或者单机器不同的实例组成，各个微服务之间错综复杂的相互关联调用。

比如上面的图中，我们将原先1个server的服务进行了拆分，拆出了User服务，Order服务，Goods服务，Search服务等等。每个服务里有N台机器或者实例。每个服务还相互关联和调动。这种错综复杂的网络架构，使得这种服务的维护成本变得比之前困难了很多。

在不用服务注册之前，我们可以想象一下，怎么去维护这种复制的关系网络呢？答案就是：写死！。将其他模块的ip和端口写死在自己的配置文件里，甚至写死在代码里，每次要去新增或者移除1个服务的实例的时候，就得去通知其他所有相关联的服务去修改。随之而来的就是各个项目的配置文件的反复更新、每隔一段时间大规模的ip修改和机器裁撤，非常的痛苦。

在微服务时代，我们会上云，会用k8s，会有docker，这样一个服务从创建到上线会变得异常的频繁，每一个接口依赖的服务，可能会随时的动态改变，靠人手的去写配置和变更配置，对于运维和开发同学来说简直就是灾难。

那么如何去解决这种问题呢？于是聪明的人类发明了服务注册和服务发现这种聪明的东西，来解放双手，提高效率。

5. 服务注册

还是上面服务模块的例子，我们看下用了服务注册和服务发现之后，我们的网络请求模块，发生了怎么的变化呢？先来看下，服务注册是怎么操作的。看下面的图：

每一个服务对应的机器或者实例在启动运行的时候，都去向名字服务集群注册自己，比如图中，User服务有6个docker实例，那么每个docker实例，启动后，都去把自己的信息注册到名字服务模块上去，同理Order服务也是一样。

对应的伪代码可以表示如下：

//给User服务申请1个独有的专属名字
UserNameServer = NameServer->apply('User');

//User服务下的6台docker实例启动后，都去注册自己
UserServer1 = {ip: 192.178.1.1, port: 3445}
UserNameServer->register(UserServer1);

......

UserServer6 = {ip: 192.178.1.6, port: 3445}
UserNameServer->register(UserServer6);

//给Order服务申请1个独有的专属名字
OrderNameServer = NameServer->apply('Order');

//开始注册
OrderServer1 = {ip: 192.178.1.1, port: 3446}
OrderNameServer->register(OrderServer1);

//给Search服务申请1个独有的专属名字
SearchNameServer = NameServer->apply('Search');

//开始注册
SearchServer1 = {ip: 192.178.1.1, port: 3447}
SearchNameServer->register(SearchServer1);

这样，每个服务的机器实例在启动后，就完成了注册的操作。注册的方式有很多的形式，不同的名字服务软件方式不一样，有HTTP接口形式，有RPC的方式，也有使用JSON格式的配置表的形式的。方式虽然不同，但是结果都是一样。

实例注册到名字服务上之后，接下来就是服务发现了。

6. 服务发现

我们把每个服务的机器实例注册到了名字服务器上之后，接下来，我们如何去发现我们需要调用的服务的信息呢？这就是服务发现了。

我们看下，服务发现是怎么做的：

在上图中，Order服务想要获取User服务相关的信息，首先向注册集群中心发送请求获取，然后就能收到User服务相关的信息。

伪代码可以表示如下：

//服务发现，获取User服务的列表
list = NameServer->getAllServer('User'); 

//list的内容
[
    {
        "ip": "192.178.1.1",
        "port": 3445
    },
    {
        "ip": "192.178.1.2",
        "port": 3445
    },
    ......
    {
        "ip": "192.178.1.6",
        "port": 3445
    }
]

//服务发现，获取Goods服务的列表
list = NameServer->getAllServer('Goods');

//list的内容
[
    {
        "ip": "192.178.1.1",
        "port": 3788
    },
    {
        "ip": "192.178.1.2",
        "port": 3788
    },
    ......
    {
        "ip": "192.178.1.4",
        "port": 3788
    }
]

我们通过服务发现，就获得了User模块的所有的ip列表，然后，我们再用一定的负载均衡算法，或者干脆随机取1个ip，进行调用。

当然，也有些注册服务软件也提供了DNS解析功能或者负载均衡功能，它会直接返回给你一个可用的ip，你直接调用就可以了，不用自己去做选择。

这样，我们获取了服务的IP信息后，就可以进行调用了，如图所示：

和服务注册的方式一样，服务发现的方式，不同的名字服务软件的方式也会不一样，有的是得自己发送HTTP接口去轮训调用，如果发现有更新，就更新自己本地的配置文件。有的是可以通过实时的sub/pub的方式实现的自动发现服务，当我订阅的这个服务内容发生了更新，就实时更新自己的配置文件。也有的是通过RPC的方式。方式虽然不同，但是结果都是一样。

这样一来，我们就可以通过服务注册和发现的方式，维护各个服务IP列表的更新，各个模块只需要向名字服务中心去获取某个服务的IP就可以了，不用再写死IP。整个服务的维护也变得轻松了很多。彻底解放了双手！

7. 健康检查

可能你会说，这样加了1个中间代理，饶了一个大圈子，感觉也挺费劲的，难道仅仅是为了解决新增服务，动态获取IP的问题吗？

当然不是！服务注册和服务发现，不仅仅解决了服务调用这种写死IP以及杂乱无章的管理的状态，更重要的一点是它还管理了服务器的存活状态，也就是健康检查。

很多名字服务软件都会提供健康检查功能。注册服务的这一组机器，当这个服务组的某台机器，如果出现宕机或者服务死掉的时候，就会标记这个实例的状态为故障，或者干脆剔除掉这台机器。这样一来，就实现了自动监控和管理。

健康检查有多重实现方式，比如有几秒就发一次健康检查心跳，如果返回的HTTP状态不是200，那么就判断这台服务不可用，对它进行标记。也可以执行一个shell脚本，看执行的返回结果，来标记状态等等。

上图中，用心跳发送的方式来检查健康状态，当有1台机器出现异常，这样我们获取服务的时候，就能知道服务的健康状态了。

比如伪代码如下：

//服务发现，获取User服务的列表
list = NameServer->getAllServer('User'); 

//list的内容
[
    {
        "ip": "192.178.1.1",
        "port": 3445,
        "status": "success"
    },
    {
        "ip": "192.178.1.2",
        "port": 3445,
        "status": "success"
    },
    ......
    {
        "ip": "192.178.1.6",
        "port": 3445
        "status": "error" //故障,出现错误
    }
]

我们通过判断列表里的status的状态是不是success来确认调用的服务是可用的。有些名字服务会提供DNS解析功能，直接就会把有问题的机器给去掉，你服务发现后的机器服务就是正常可用的。

同时，当服务不可用的时候，有些名字服务软件也会提供发送邮件或者消息功能，及时的提示你服务出现故障。这样一来，我们就通过健康检查功能，来帮我们及时的去规避问题，降低影响。

当出现故障的服务被修复后，服务重新启动后，健康检查会检查通过，然后这台机器就会被标记为健康，这样，服务发现，就又可以发现这台机器了。

这样，整个服务注册和服务发现，就实现了闭环。

8. 服务注册和服务发现的难点

上面通过一系列的例子，我们解释了服务注册和服务发现的整个过程，以及通过它给我们带来的一系列优秀的变化。那如果我要自己去做一个提供服务注册和发现的这样一款软件，难吗？

答案是：难！非常难！

我们先看下这个软件的功能清单:

1. 集群： 得组成集群，这样单台出现故障，不至于服务宕机
2. 数据同步： 组成了集群，得要数据同步，注册的信息，在1台注册了，在其他机器上也能看到，不然的话，1台挂了，他这台的数据都丢失了。
3. 强一致性： 数据同步，在多台要有一致性的要求，保证数据不会出现不一致的情况。
4. 高并发高可用： 要能保证请求量比较大的情况下，服务还能保持高可用。
5. 选举机制：  在有集群和数据同步以及一致性要求的情况下，得有一个master来主持整个运作，那就要有选取机制，确保选举公平和稳定。
6. 分布式: 随着微服务上云，各个机器可能近在眼前，却远在天边，如何支撑分布式上的不同环境的机器互联，这也是一个很大的问题。
7. 安装简单： 一个软件好不好用，是否亲民，安装的易用性是一个很大的因素，如果一个软件安装简单，调试方便，那么就会很受欢迎。

所以，你看，开发一款注册发现的软件还是有非常大的挑战的。

9. 市面上业界的解决方案

目前市面上已经有了服务注册和服务发现的解决方案，代表作是：zookeeper和consul以及etcd,他们功能强大，安全稳定，高并发高可用，强一致性，目前市面上都是用这几个来实现自己的服务注册和发现的。

以下是这3款软件的优缺点对比:

其中，consul 是后起之秀，源于它安装简单，功能强大，提供健康检查，web管理后台，支持多数据中心，暴露了方便的HTTP接口，使得它被更多的人所使用，唯一不足的是它不支持sub/pub订阅机制，所以服务发现，得使用者自己去HTTP轮训发现变更。

后期我会写篇文件详细的介绍一下consul的安装和使用过程。

10. 鹅厂的服务注册和服务发现解决方案

我们大鹅厂，也有自己的服务注册和服务发现解决方案，我们每天都在用，可能你没发现而已，那就是大名鼎鼎的L5。

L5已经深入到鹅厂开发的每一个角落，现在服务提供者几乎都在使用L5来提供服务发现功能。

还记得L5是如何使用的吗？

第一步，我们创建1个SID，由2个数子组成，比如：13232323:5332323232，这个SID就相当于服务注册里面的服务名，我们通过这个唯一的名字，来实现服务注册和服务发现。

伪代码可以表示如下：

//其他生成
UserNameServer = NameServer->apply('User');

//L5生成
UserNameServer = L5->apply('User');
//UserNameServer=> 13232323:5332323232

第二步，服务注册，我们需要把机器的ip和port注册到SID上去，我们可以通过接口加入，也可以通过CL5平台提供的界面操作加入：

第三步，服务发现，我们在代码里直接通过相关语言的L5扩展函数，就可以实现发现服务功能。值得一说的是，L5也实现了负载均衡功能，服务发现并不是给你所有的IP列表，而是通过负载均衡算法，直接给出了你一个可用的IP和port，非常方便。

以下代码是PHP语言获取L5服务发现的简略过程：

    $l5Info = [
        'modId' => $modId,
        'cmdId' => $cmdId,
    ];

    $ret = L5ApiGetRoute($l5Info, 0.2);
    
    //获得IP和port
    $ip = $l5Info['hostIp'];
    $port = $l5Info['hostPort'];
   
   //其他业务逻辑和上报逻辑省略

好了，服务注册和服务发现就说完了，希望这篇文章足够的清晰和简单，让你能明白为什么要用服务注册和发现，以及用了之后，实实在在的给我们开发者提供了优秀的生产力功能。

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深入理解RPC之服务注册与发现篇

在我们之前 RPC 原理的分析中，主要将笔墨集中在 Client 和 Server 端。而成熟的服务治理框架中不止存在这两个角色，一般还会有一个 Registry(注册中心)的角色。一张图就可以解释注册中心的主要职责。

• 注册中心，用于服务端注册远程服务以及客户端发现服务
• 服务端，对外提供后台服务，将自己的服务信息注册到注册中心
• 客户端，从注册中心获取远程服务的注册信息，然后进行远程过程调用

目前主要的注册中心可以借由 zookeeper，eureka，consul，etcd 等开源框架实现。互联网公司也会因为自身业务的特性自研，如美团点评自研的 MNS，新浪微博自研的 vintage。

本文定位是对注册中心有一定了解的读者，所以不过多阐述注册中心的基础概念。

注册中心的抽象

借用开源框架中的核心接口，可以帮助我们从一个较为抽象的高度去理解注册中心。例如 motan 中的相关接口：

服务注册接口

public interface RegistryService {
    //1. 向注册中心注册服务 void register(URL url); //2. 从注册中心摘除服务 void unregister(URL url); //3. 将服务设置为可用，供客户端调用 void available(URL url); //4. 禁用服务，客户端无法发现该服务 void unavailable(URL url); //5. 获取已注册服务的集合 Collection<URL> getRegisteredServiceUrls(); }

服务发现接口

public interface DiscoveryService {
    //1. 订阅服务 void subscribe(URL url, NotifyListener listener); //2. 取消订阅 void unsubscribe(URL url, NotifyListener listener); //3. 发现服务列表 List<URL> discover(URL url); }

主要使用的方法是 RegistryService#register(URL) 和 DiscoveryService#discover(URL)。其中这个 URL 参数被传递，显然也是很重要的一个类。

public class URL {
    private String protocol;//协议名称 private String host; private int port; // interfaceName,也代表着路径 private String path; private Map<String, String> parameters; private volatile transient Map<String, Number> numbers; }

注册中心也没那么玄乎，其实可以简单理解为：提供一个存储介质，供服务提供者和服务消费者共同连接，而存储的主要信息就是这里的 URL。但是具体 URL 都包含了什么实际信息，我们还没有一个直观的感受。

注册信息概览

以元老级别的注册中心 zookeeper 为例，看看它实际都存储了什么信息以及它是如何持久化上一节的 URL。

为了测试，我创建了一个 RPC 服务接口 com.sinosoft.student.api.DemoApi ,并且在 6666 端口暴露了这个服务的实现类，将其作为服务提供者。在 6667 端口远程调用这个服务，作为服务消费者。两者都连接本地的 zookeeper，本机 ip 为 192.168.150.1。

使用 zkClient.bash 或者 zkClient.sh 作为客户端连接到本地的 zookeeper，执行如下的命令：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 1] ls /motan/demo_group/com.sinosoft.student.api.DemoApi > [client, server, unavailableServer]

zookeeper 有着和 linux 类似的命令和结构，其中 motan，demo_group，com.sinosoft.student.api.DemoApi，client, server, unavailableServer 都是一个个节点。可以从上述命令看出他们的父子关系。

/motan/demo_group/com.sinosoft.student.api.DemoApi 的结构为 /框架标识/分组名/接口名，其中的分组是 motan 为了隔离不同组的服务而设置的。这样，接口名称相同，分组不同的服务无法互相发现。如果此时有一个分组名为 demo_group2 的服务，接口名称为 DemoApi2，则 motan 会为其创建一个新的节点 /motan/demo_group2/com.sinosoft.student.api.DemoApi2

而 client，server，unavailableServer 则就是服务注册与发现的核心节点了。我们先看看这些节点都存储了什么信息。

server 节点：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 2] ls /motan/demo_group/com.sinosoft.student.api.DemoApi/server > [192.168.150.1:6666] [zk: localhost:2181(CONNECTED) 3] get /motan/demo_group/com.sinosoft.student.api.DemoApi/server/192.168.150.1:6666 > motan://192.168.150.1:6666/com.sinosoft.student.api.DemoApi?serialization=hessian2&protocol=motan&isDefault=true&maxContentLength=1548576&shareChannel=true&refreshTimestamp=1515122649835&id=motanServerBasicConfig&nodeType=service&export=motan:6666&requestTimeout=9000000&accessLog=false&group=demo_group&

client 节点：

[zk: localhost:2181(CONNECTED) 4] ls /motan/demo_group/com.sinosoft.student.api.DemoApi/client > [192.168.150.1] [zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /motan/demo_group/com.sinosoft.student.api.DemoApi/client/192.168.150.1 > motan://192.168.150.1:0/com.sinosoft.student.api.DemoApi?singleton=true&maxContentLength=1548576&check=false&nodeType=service&version=1.0&throwException=true&accessLog=false&serialization=hessian2&retries=0&protocol=motan&isDefault=true&refreshTimestamp=1515122631758&id=motanClientBasicConfig&requestTimeout=9000&group=demo_group&

unavailableServer 节点是一个过渡节点，所以在一切正常的情况下不会存在信息，它的具体作用在下面会介绍。

从这些输出数据可以发现，注册中心承担的一个职责就是存储服务调用中相关的信息，server 向 zookeeper 注册信息，保存在 server 节点，而 client 实际和 server 共享同一个接口，接口名称就是路径名，所以也到达了同样的 server 节点去获取信息。并且同时注册到了 client 节点下(为什么需要这么做在下面介绍)。

注册信息详解

Server 节点

server 节点承担着最重要的职责，它由服务提供者创建，以供服务消费者获取节点中的信息，从而定位到服务提供者真正网络拓扑位置以及得知如何调用。demo 中我只在本机 [192.168.150.1:6666] 启动了一个实例，所以在server 节点之下，只存在这么一个节点，继续 get 这个节点，可以获取更详细的信息

motan://192.168.150.1:6666/com.sinosoft.student.api.DemoApi?serialization=hessian2&protocol=motan&isDefault=true&maxContentLength=1548576&shareChannel=true&refreshTimestamp=1515122649835&id=motanServerBasicConfig&nodeType=service&export=motan:6666&requestTimeout=9000000&accessLog=false&group=demo_group&

作为一个 value 值，它和 http 协议的请求十分相似，不过是以 motan:// 开头，表达的意图也很明确，这是 motan 协议和相关的路径及参数，关于 RPC 中的协议，可以翻看我的上一篇文章《深入理解RPC之协议篇》。

serialization 对应序列化方式，protocol 对应协议名称，maxContentLength 对应 RPC 传输中数据报文的最大长度，shareChannel 是传输层用到的参数，netty channel 中的一个属性，group 对应分组名称。

上述的 value 包含了 RPC 调用中所需要的全部信息。

Client 节点

在 motan 中使用 zookeeper 作为注册中心时，客户端订阅服务时会向 zookeeper 注册自身，主要是方便对调用方进行统计、管理。但订阅时是否注册 client 不是必要行为，和不同的注册中心实现有关，例如使用 consul 时便没有注册。

由于我们使用 zookeeper，也可以分析下 zookeeper 中都注册了什么信息。

motan://192.168.150.1:0/com.sinosoft.student.api.DemoApi?singleton=true&maxContentLength=1548576&check=false&nodeType=service&version=1.0&throwException=true&accessLog=false&serialization=hessian2&retries=0&protocol=motan&isDefault=true&refreshTimestamp=1515122631758&id=motanClientBasicConfig&requestTimeout=9000&group=demo_group

和 Server 节点的值类似，但也有客户独有的一些属性，如 singleton 代表服务是否单例，check 检查服务提供者是否存在，retries 代表重试次数，这也是 RPC 中特别需要注意的一点。

UnavailableServer 节点

unavailableServer 节点也不是必须存在的一个节点，它主要用来做 server 端的延迟上线，优雅关机。

延迟上线：一般推荐的服务端启动流程为：server 向注册中心的 unavailableServer 注册，状态为 unavailable，此时整个服务处于启动状态，但不对外提供服务，在服务验证通过，预热完毕，此时打开心跳开关，此时正式提供服务。

优雅关机：当需要对 server 方进行维护升级时，如果直接关闭，则会影响到客户端的请求。所以理想的情况应当是首先切断流量，再进行 server 的下线。具体的做法便是：先关闭心跳开关，客户端感知停止调用后，再关闭服务进程。

感知服务的下线

服务上线时自然要注册到注册中心，但下线时也得从注册中心中摘除。注册是一个主动的行为，这没有特别要注意的地方，但服务下线却是一个值得思考的问题。服务下线包含了主动下线和系统宕机等异常方式的下线。

临时节点+长连接

在 zookeeper 中存在持久化节点和临时节点的概念。持久化节点一经创建，只要不主动删除，便会一直持久化存在；临时节点的生命周期则是和客户端的连接同生共死的，应用连接到 zookeeper 时创建一个临时节点，使用长连接维持会话，这样无论何种方式服务发生下线，zookeeper 都可以感知到，进而删除临时节点。zookeeper 的这一特性和服务下线的需求契合的比较好，所以临时节点被广泛应用。

主动下线+心跳检测

并不是所有注册中心都有临时节点的概念，另外一种感知服务下线的方式是主动下线。例如在 eureka 中，会有 eureka-server 和 eureka-client 两个角色，其中 eureka-server 保存注册信息，地位等同于 zookeeper。当 eureka-client 需要关闭时，会发送一个通知给 eureka-server，从而让 eureka-server 摘除自己这个节点。但这么做最大的一个问题是，如果仅仅只有主动下线这么一个手段，一旦 eureka-client 非正常下线(如断电，断网)，eureka-server 便会一直存在一个已经下线的服务节点，一旦被其他服务发现进而调用，便会带来问题。为了避免出现这样的情况，需要给 eureka-server 增加一个心跳检测功能，它会对服务提供者进行探测，比如每隔30s发送一个心跳，如果三次心跳结果都没有返回值，就认为该服务已下线。

注册中心对比

一般而言注册中心的特性决定了其使用的场景，例如很多框架支持 zookeeper，在我自己看来是因为其老牌，易用，但业界也有很多人认为 zookeeper 不适合做注册中心，它本身是一个分布式协调组件，并不是为注册服务而生，server 端注册一个服务节点，client 端并不需要在同一时刻拿到完全一致的服务列表，只要最终一致性即可。在跨IDC，多数据中心等场景下 consul 发挥了很大的优势，这也是很多互联网公司选择使用 consul 的原因。 eureka 是 ap 注册中心，并且是 spring cloud 默认使用的组件，spring cloud eureka 较为贴近 spring cloud 生态。

总结

注册中心主要用于解耦服务调用中的定位问题，是分布式系统必须面对的一个问题。更多专业性的对比，可以期待 spring4all.com 的注册中心专题讨论，相信会有更为细致地对比。