阿裡面試Nacos配置中心交互模型是push還是pull原理解析

引言

對於Nacos大傢應該都不太陌生，出身阿裡名聲在外，能做動態服務發現、配置管理，非常好用的一個工具。然而這樣的技術用的人越多面試被問的概率也就越大，如果隻停留在使用層面，那面試可能要吃大虧。

比如我們今天要討論的話題，Nacos在做配置中心的時候，配置數據的交互模式是服務端推過來還是客戶端主動拉的？

這裡我先拋出答案：客戶端主動拉的！

接下來咱們扒一扒Nacos的源碼，來看看它具體是如何實現的？

配置中心

聊Nacos之前簡單回顧下配置中心的由來。

簡單理解配置中心的作用就是對配置統一管理，修改配置後應用可以動態感知，而無需重啟。

因為在傳統項目中，大多都采用靜態配置的方式，也就是把配置信息都寫在應用內的yml或properties這類文件中，如果要想修改某個配置，通常要重啟應用才可以生效。

但有些場景下，比如我們想要在應用運行時，通過修改某個配置項，實時的控制某一個功能的開閉，頻繁的重啟應用肯定是不能接受的。

尤其是在微服務架構下，我們的應用服務拆分的粒度很細，少則幾十多則上百個服務，每個服務都會有一些自己特有或通用的配置。假如此時要改變通用配置，難道要我挨個改幾百個服務配置？很顯然這不可能。所以為瞭解決此類問題配置中心應運而生。

推與拉模型

客戶端與配置中心的數據交互方式其實無非就兩種，要麼推push，要麼拉pull。

推模型

客戶端與服務端建立TCP長連接，當服務端配置數據有變動，立刻通過建立的長連接將數據推送給客戶端。

優勢：長鏈接的優點是實時性，一旦數據變動，立即推送變更數據給客戶端，而且對於客戶端而言，這種方式更為簡單，隻建立連接接收數據，並不需要關心是否有數據變更這類邏輯的處理。

弊端：長連接可能會因為網絡問題，導致不可用，也就是俗稱的假死。連接狀態正常，但實際上已無法通信，所以要有的心跳機制KeepAlive來保證連接的可用性，才可以保證配置數據的成功推送。

拉模型

客戶端主動的向服務端發請求拉配置數據，常見的方式就是輪詢，比如每3s向服務端請求一次配置數據。

輪詢的優點是實現比較簡單。但弊端也顯而易見，輪詢無法保證數據的實時性，什麼時候請求？間隔多長時間請求一次？都是不得不考慮的問題，而且輪詢方式對服務端還會產生不小的壓力。

長輪詢

開篇我們就給出瞭答案，nacos采用的是客戶端主動拉pull模型，應用長輪詢（Long Polling）的方式來獲取配置數據。

額？以前隻聽過輪詢，長輪詢又是什麼鬼？它和傳統意義上的輪詢（暫且叫短輪詢吧，方便比較）有什麼不同呢？

短輪詢

不管服務端配置數據是否有變化，不停的發起請求獲取配置，比如支付場景中前段JS輪詢訂單支付狀態。

這樣的壞處顯而易見，由於配置數據並不會頻繁變更，若是一直發請求，勢必會對服務端造成很大壓力。還會造成推送數據的延遲，比如：每10s請求一次配置，如果在第11s時配置更新瞭，那麼推送將會延遲9s，等待下一次請求。

為瞭解決短輪詢的問題，有瞭長輪詢方案。

長輪詢

長輪詢可不是什麼新技術，它不過是由服務端控制響應客戶端請求的返回時間，來減少客戶端無效請求的一種優化手段，其實對於客戶端來說與短輪詢的使用並沒有本質上的區別。

客戶端發起請求後，服務端不會立即返回請求結果，而是將請求掛起等待一段時間，如果此段時間內服務端數據變更，立即響應客戶端請求，若是一直無變化則等到指定的超時時間後響應請求，客戶端重新發起長鏈接。

Nacos初識

為瞭後續演示操作方便我在本地搭瞭個Nacos。註意： 運行時遇到個小坑，由於Nacos默認是以cluster集群的方式啟動，而本地搭建通常是單機模式standalone，這裡需手動改一下啟動腳本startup.X中的啟動模式。

直接執行/bin/startup.X就可以瞭，默認用戶密碼均是nacos。

幾個概念

Nacos配置中心的幾個核心概念：dataId、group、namespace，它們的層級關系如下圖：

dataId：是配置中心裡最基礎的單元，它是一種key-value結構，key通常是我們的配置文件名稱，比如：application.yml、mybatis.xml，而value是整個文件下的內容。

目前支持JSON、XML、YAML等多種配置格式。

group：dataId配置的分組管理，比如同在dev環境下開發，但同環境不同分支需要不同的配置數據，這時就可以用分組隔離，默認分組DEFAULT_GROUP。

namespace：項目開發過程中肯定會有dev、test、pro等多個不同環境，namespace則是對不同環境進行隔離，默認所有配置都在public裡。

架構設計

下圖簡要描述瞭nacos配置中心的架構流程。

客戶端、控制臺通過發送Http請求將配置數據註冊到服務端，服務端持久化數據到Mysql。

客戶端拉取配置數據，並批量設置對dataId的監聽發起長輪詢請求，如服務端配置項變更立即響應請求，如無數據變更則將請求掛起一段時間，直到達到超時時間。為減少對服務端壓力以及保證配置中心可用性，拉取到配置數據客戶端會保存一份快照在本地文件中，優先讀取。

這裡我省略瞭比較多的細節，如鑒權、負載均衡、高可用方面的設計（其實這部分才是真正值得學的，後邊另出文講吧），主要弄清客戶端與服務端的數據交互模式。

下邊我們以Nacos 2.0.1版本源碼分析，2.0以後的版本改動較多，和網上的很多資料略有些不同 地址：

https://github.com/alibaba/nacos/releases/tag/2.0.1

客戶端源碼分析

Nacos配置中心的客戶端源碼在nacos-client項目，其中NacosConfigService實現類是所有操作的核心入口。

說之前先瞭解個客戶端數據結構cacheMap，這裡大傢重點記住它，因為它幾乎貫穿瞭Nacos客戶端的所有操作，由於存在多線程場景為保證數據一致性，cacheMap采用瞭AtomicReference原子變量實現。

/**
 * groupKey -> cacheData.
 */
private final AtomicReference<Map<String, CacheData>> cacheMap = new AtomicReference<Map<String, CacheData>>(new HashMap<>());
 

cacheMap是個Map結構，key為groupKey，是由dataId, group, tenant(租戶)拼接的字符串；value為CacheData對象，每個dataId都會持有一個CacheData對象。

獲取配置

Nacos獲取配置數據的邏輯比較簡單，先取本地快照文件中的配置，如果本地文件不存在或者內容為空，則再通過HTTP請求從遠端拉取對應dataId配置數據，並保存到本地快照中，請求默認重試3次，超時時間3s。

獲取配置有getConfig()和getConfigAndSignListener()這兩個接口，但getConfig()隻是發送普通的HTTP請求，而getConfigAndSignListener()則多瞭發起長輪詢和對dataId數據變更註冊監聽的操作addTenantListenersWithContent()。

@Override
public String getConfig(String dataId, String group, long timeoutMs) throws NacosException {
    return getConfigInner(namespace, dataId, group, timeoutMs);
}
 
@Override
public String getConfigAndSignListener(String dataId, String group, long timeoutMs, Listener listener)
        throws NacosException {
    String content = getConfig(dataId, group, timeoutMs);
    worker.addTenantListenersWithContent(dataId, group, content, Arrays.asList(listener));
    return content;
}

註冊監聽

客戶端註冊監聽，先從cacheMap中拿到dataId對應的CacheData對象。

public void addTenantListenersWithContent(String dataId, String group, String content,
                                          List<? extends Listener> listeners) throws NacosException {
    group = blank2defaultGroup(group);
    String tenant = agent.getTenant();
    // 1、獲取dataId對應的CacheData，如沒有則向服務端發起長輪詢請求獲取配置
    CacheData cache = addCacheDataIfAbsent(dataId, group, tenant);
    synchronized (cache) {
        // 2、註冊對dataId的數據變更監聽
        cache.setContent(content);
        for (Listener listener : listeners) {
            cache.addListener(listener);
        }
        cache.setSyncWithServer(false);
        agent.notifyListenConfig();
    }
}

如沒有則向服務端發起長輪詢請求獲取配置，默認的Timeout時間為30s，並把返回的配置數據回填至CacheData對象的content字段，同時用content生成MD5值；再通過addListener()註冊監聽器。

CacheData也是個出場頻率非常高的一個類，我們看到除瞭dataId、group、tenant、content這些相關的基礎屬性，還有幾個比較重要的屬性如：listeners、md5(content真實配置數據計算出來的md5值)，以及註冊監聽、數據比對、服務端數據變更通知操作都在這裡。

其中listeners是對dataId所註冊的所有監聽器集合，其中的ManagerListenerWrap對象除瞭持有Listener監聽類，還有一個lastCallMd5字段，這個屬性很關鍵，它是判斷服務端數據是否更變的重要條件。

在添加監聽的同時會將CacheData對象當前最新的md5值賦值給ManagerListenerWrap對象的lastCallMd5屬性。

public void addListener(Listener listener) {
    ManagerListenerWrap wrap =
        (listener instanceof AbstractConfigChangeListener) ? new ManagerListenerWrap(listener, md5, content)
            : new ManagerListenerWrap(listener, md5);
}

看到這對dataId監聽設置就完事瞭？我們發現所有操作都圍著cacheMap結構中的CacheData對象，那麼大膽猜測下一定會有專門的任務來處理這個數據結構。

變更通知

客戶端又是如何感知服務端數據已變更呢？

我們還是從頭看，NacosConfigService類的構造器中初始化瞭一個ClientWorker，而在ClientWorker類的構造器中又啟動瞭一個線程池來輪詢cacheMap。

而在executeConfigListen()方法中有這麼一段邏輯，檢查cacheMap中dataId的CacheData對象內，MD5字段與註冊的監聽listener內的lastCallMd5值，不相同表示配置數據變更則觸發safeNotifyListener方法，發送數據變更通知。

void checkListenerMd5() {
    for (ManagerListenerWrap wrap : listeners) {
        if (!md5.equals(wrap.lastCallMd5)) {
            safeNotifyListener(dataId, group, content, type, md5, encryptedDataKey, wrap);
        }
    }
}

safeNotifyListener()方法單獨起線程，向所有對dataId註冊過監聽的客戶端推送變更後的數據內容。

客戶端接收通知，直接實現receiveConfigInfo()方法接收回調數據，處理自身業務就可以瞭。

configService.addListener(dataId, group, new Listener() {
    @Override
    public void receiveConfigInfo(String configInfo) {
        System.out.println("receive:" + configInfo);
    }
 
    @Override
    public Executor getExecutor() {
        return null;
    }
});

為瞭理解更直觀我用測試demo演示下，獲取服務端配置並設置監聽，每當服務端配置數據變化，客戶端監聽都會收到通知，一起看下效果。

public static void main(String[] args) throws NacosException, InterruptedException {
    String serverAddr = "localhost";
    String dataId = "test";
    String group = "DEFAULT_GROUP";
    Properties properties = new Properties();
    properties.put("serverAddr", serverAddr);
    ConfigService configService = NacosFactory.createConfigService(properties);
    String content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
    System.out.println(content);
    configService.addListener(dataId, group, new Listener() {
        @Override
        public void receiveConfigInfo(String configInfo) {
            System.out.println("數據變更 receive:" + configInfo);
        }
        @Override
        public Executor getExecutor() {
            return null;
        }
    });
 
    boolean isPublishOk = configService.publishConfig(dataId, group, "我是新配置內容～");
    System.out.println(isPublishOk);
 
    Thread.sleep(3000);
    content = configService.getConfig(dataId, group, 5000);
    System.out.println(content);
}

結果和預想的一樣，當向服務端publishConfig數據變化後，客戶端可以立即感知，愣是用主動拉pull模式做出瞭服務端實時推送的效果。

數據變更 receive:我是新配置內容～
true
我是新配置內容～

服務端源碼分析

Nacos配置中心的服務端源碼主要在nacos-config項目的ConfigController類，服務端的邏輯要比客戶端稍復雜一些，這裡我們重點看下。

處理長輪詢

服務端對外提供的監聽接口地址/v1/cs/configs/listener，這個方法內容不多，順著doPollingConfig往下看。

服務端根據請求header中的Long-Pulling-Timeout屬性來區分請求是長輪詢還是短輪詢，這裡咱們隻關註長輪詢部分，接著看LongPollingService（記住這個service很關鍵）類中的addLongPollingClient()方法是如何處理客戶端的長輪詢請求的。

正常客戶端默認設置的請求超時時間是30s，但這裡我們發現服務端“偷偷”的給減掉瞭500ms，現在超時時間隻剩下瞭29.5s，那為什麼要這樣做呢？

用官方的解釋之所以要提前500ms響應請求，為瞭最大程度上保證客戶端不會因為網絡延時造成超時，考慮到請求可能在負載均衡時會耗費一些時間，畢竟Nacos最初就是按照阿裡自身業務體量設計的嘛！

此時對客戶端提交上來的groupkey的MD5與服務端當前的MD5比對，如md5值不同，則說明服務端的配置項發生過變更，直接將該groupkey放入changedGroupKeys集合並返回給客戶端。

MD5Util.compareMd5(req, rsp, clientMd5Map)

如未發生變更，則將客戶端請求掛起，這個過程先創建一個名為ClientLongPolling的調度任務Runnable，並提交給scheduler定時線程池延後29.5s執行。

ConfigExecutor.executeLongPolling(
                new ClientLongPolling(asyncContext, clientMd5Map, ip, probeRequestSize, timeout, appName, tag));

這裡每個長輪詢任務攜帶瞭一個asyncContext對象，使得每個請求可以延遲響應，等延時到達或者配置有變更之後,調用asyncContext.complete()響應完成。

asyncContext 為 Servlet 3.0新增的特性，異步處理，使Servlet線程不再需要一直阻塞，等待業務處理完畢才輸響應；可以先釋放容器分配給請求的線程與相關資源，減輕系統負擔，其響應將被延後，在處理完業務或者運算後再對客戶端進行響應。

ClientLongPolling任務被提交進入延遲線程池執行的同時，服務端會通過一個allSubs隊列保存所有正在被掛起的客戶端長輪詢請求任務，這個是客戶端註冊監聽的過程。

如延時期間客戶端據數一直未變化，延時時間到達後將本次長輪詢任務從allSubs隊列剔除，並響應請求response，這是取消監聽。收到響應後客戶端再次發起長輪詢，循環往復。

到這我們知道服務端是如何掛起客戶端長輪詢請求的，一旦請求在掛起期間，用戶通過管理平臺操作瞭配置項，或者服務端收到瞭來自其他客戶端節點修改配置的請求。

怎麼能讓對應已掛起的任務立即取消，並且及時通知客戶端數據發生瞭變更呢？

數據變更

管理平臺或者客戶端更改配置項接位置ConfigController中的publishConfig方法。

值得註意得是，在publishConfig接口中有這麼一段邏輯，某個dataId配置數據被修改時會觸發一個數據變更事件Event。

ConfigChangePublisher.notifyConfigChange(new ConfigDataChangeEvent(false, dataId, group, tenant, time.getTime()));

仔細看LongPollingService會發現在它的構造方法中，正好訂閱瞭數據變更事件，並在事件觸發時執行一個數據變更調度任務DataChangeTask。

DataChangeTask內的主要邏輯就是遍歷allSubs隊列，上邊我們知道，這個隊列中維護的是所有客戶端的長輪詢請求任務，從這些任務中找到包含當前發生變更的groupkey的ClientLongPolling任務，以此實現數據更變推送給客戶端，並從allSubs隊列中剔除此長輪詢任務。

而我們在看給客戶端響應response時，調用asyncContext.complete()結束瞭異步請求。

結束語

上邊隻揭開瞭nacos配置中心的冰山一角，實際上還有非常多重要的技術細節都沒提及到，建議大傢沒事看看源碼，源碼不需要通篇的看，隻要抓住核心部分就夠瞭。就比如今天這個題目以前我真沒太在意，突然被問一下子吃不準瞭，果斷看下源碼，而且這樣記憶比較深刻（別人嚼碎瞭喂你的知識總是比自己咀嚼的差那麼點意思）。

nacos的源碼我個人覺得還是比較樸素的，代碼並沒有過多炫技，看起來相對輕松。大傢不要對看源碼有什麼抵觸，它也不過是別人寫的業務代碼而已，just so so!

以上就是阿裡面試Nacos配置中心交互模型是push還是pull原理解析的詳細內容，更多關於Nacos配置中心交互模型的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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