作者 | 波哥
審校 | 重樓
出品 | 51CTO技術棧（微信號：blog51cto）
在微服務架構中，服務發現和注冊是確保各個微服務之間通信和協作的核心組件?.NETflix Eureka作為一款開源的服務發現和注冊工具，在現代分布式系統中扮演著重要角色。本文將從代碼層面深入探討Netflix Eureka的底層實現原理，為讀者詳細呈現其內部運行機制。
Netflix Eureka由Eureka服務器和Eureka客戶端兩部分構成。它們協同工作，構建了一個完整的服務發現和注冊系統。
一、Eureka服務器
Eureka服務器負責存儲和管理所有已注冊的服務實例信息，保證服務發現的準確性。Eureka服務器的核心是InstanceRegistry、LeaseManager和SelfPreservationFilter。下面結合代碼詳細介紹下這幾個核心組件。
1.InstanceRegistry（實例注冊表）
實例注冊表負責存儲所有已注冊的服務實例信息，包括它們的元數據，如實例ID、主機名、端口等。從代碼層面來看，InstanceRegistry是一個包含了實例信息的內存數據結構，通常使用ConcurrentHashMap來存儲，當一個新的服務實例注冊時，InstanceRegistry 的 register 方法被調用，將該實例信息添加到注冊表中；當一個服務實例不再可用，需要從Eureka服務器取消注冊時，InstanceRegistry 的 cancel 方法被調用，從注冊表中移除該實例信息。具體的功能包括：
注冊服務實例：register 方法負責將服務實例注冊到注冊表。
取消注冊服務實例：cancel 方法用于從注冊表中移除不再可用的實例。
獲取服務實例信息：getInstancesById 方法用于獲取特定服務的所有實例信息。
2.LeaseManager（租約管理器）
租約管理器負責管理實例的租約，租約是Eureka服務器中的一個重要概念，用于確保實例的健康狀態。在代碼層面，LeaseManager維護了一個租約的集合，并提供了操作租約的方法，主要包括：
注冊實例并創建租約：register 方法負責為新注冊的實例創建租約。
續約租約：renew 方法用于更新租約的到期時間，延長租約的有效期。
移除租約：cancel 方法負責在實例取消注冊時移除租約。
在服務實例注冊時，LeaseManager 的 register 方法被調用，創建一個新的租約，并將其添加到租約管理器中。在服務實例定期發送心跳續約請求時，LeaseManager 的 renew 方法被調用，更新租約的到期時間，確保租約的有效性。當一個服務實例取消注冊時，LeaseManager 的 cancel 方法被調用，從租約管理器中移除相應的租約。
下面是具體方法內容：
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3.SelfPreservationFilter（自我保護過濾器）
自我保護機制是Netflix Eureka服務器（服務端）中的一項重要功能。它旨在確保在網絡抖動等異常情況下，Eureka服務器不會過早地剔除正常運行的服務實例，從而保持服務的可用性和穩定性。
當Eureka服務器開啟自我保護機制時，它會監測心跳續約失敗的實例數量。如果在某個時間段內，心跳續約失敗的實例數量超過了預定的閾值，Eureka服務器將進入自我保護模式。在自我保護模式下，Eureka服務器不會剔除任何正常運行的實例，以免影響整個系統的穩定性。這是為了避免在網絡抖動等情況下，誤判正常實例失效。
需要注意的是，雖然自我保護機制保護了Eureka服務器上的服務注冊表，但在自我保護模式下，Eureka服務器將不再從已注冊的實例中移除長時間未續約的實例，這可能會導致注冊表中存在已經下線或失效的實例。因此，自我保護機制只是應對短期網絡問題的臨時解決方案，當問題解決后，Eureka服務器會自動退出自我保護模式，重新恢復正常的剔除機制。
在代碼層面，SelfPreservationFilter定期計算心跳續約失敗的比例，根據配置啟動或關閉自我保護模式。SelfPreservationFilter 是一個在后臺運行的線程，定期檢查注冊表中的實例健康狀態。它會周期性地計算心跳續約失敗的比例，當心跳續約失敗比例超過一定閾值時，會啟動自我保護模式，以防止錯誤地移除正常的服務實例。如果心跳續約失敗比例降低到一定程度，會關閉自我保護模式。具體功能包括：
- 統計心跳續約失敗比例：calculateThresholdBreachCount 方法統計失敗的心跳續約比例。
- 啟動/關閉自我保護模式：disable 和 enable 方法分別用于啟動和關閉自我保護模式。
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二、Eureka客戶端
在微服務應用啟動時，Eureka客戶端將自身的實例信息注冊到Eureka服務器，并從服務器獲取其他服務實例信息，實現服務的發現和負載均衡。它包括DiscoveryClient（服務發現客戶端）、InstanceInfo（實例信息）、EurekaHttpClient（Eureka HTTP客戶端）三個核心組件，下面詳細介紹每個組件：
1.DiscoveryClient（服務發現客戶端）
從Eureka服務器獲取服務實例信息，并緩存在本地。它提供了getInstances、getServices等方法，支持負載均衡和服務發現。
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其中getInstances 方法用于在服務調用前獲取特定服務的所有實例信息，實現動態的服務發現。getNextServerFromEureka 方法在服務調用時被調用，實現負載均衡邏輯，選擇要調用的服務實例；而refreshRegistry 方法定期刷新注冊表信息，以確保實例信息的最新性。
2.InstanceInfo（實例信息）
在應用啟動時，Eureka客戶端創建InstanceInfo對象，包含實例的元數據。它在服務實例啟動時創建并初始化，存儲了該實例的基本信息，如實例ID、主機名、端口和狀態。它通過HTTP請求將元數據注冊到Eureka服務器。
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3.EurekaHttpClient（Eureka HTTP客戶端）
它用于客戶端與Eureka服務器的通信，發送注冊、續約、取消注冊等HTTP請求，獲取注冊表信息。
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其中：
- register 方法在服務實例啟動時調用，向Eureka服務器注冊實例信息。
- renew 方法定期發送心跳續約請求，保持實例的健康狀態。
- cancel 方法在服務實例關閉或取消注冊時調用，向Eureka服務器發送取消注冊請求。
- getInstances 方法在服務發現過程中被調用，向Eureka服務器請求特定服務的實例信息。
- refreshRegistry 方法周期性地刷新注冊表信息，以保持信息的準確性。
三、流程梳理
下面筆者大概梳理了下幾個主要流程：
1、服務注冊流程
- Eureka客戶端創建InstanceInfo對象，包含實例元數據。
- 客戶端通過HTTP請求將InstanceInfo注冊到Eureka服務器的InstanceRegistry。
- LeaseManager創建租約，管理續約周期和到期時間。
2、心跳續約流程
- Eureka客戶端定期發送心跳續約請求，維持租約有效。
- LeaseManager更新租約到期時間，確保租約不會過期。
- Eureka服務器根據心跳續約來監測實例的健康狀態。
3、服務發現與負載均衡流程
- Eureka客戶端通過DiscoveryClient獲取其他服務實例信息。
- 客戶端根據負載均衡策略選擇一個實例。
- 客戶端發起HTTP請求，實現服務調用和負載均衡。
四、實例演示
現在，讓我們通過實際演示來了解如何使用Eureka服務端和客戶端。
1、Eureka服務端演示：
創建Eureka Server：首先，創建一個Spring Boot項目，并添加Eureka Server依賴。
配置文件：在Application.yml中，進行基本的配置，如端口和Eureka Server配置。
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啟動類：創建啟動類，并添加@EnableEurekaServer注解。
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運行應用：啟動Eureka Server應用，訪問http://localhost:8761，將看到Eureka的控制臺。
2、Eureka客戶端演示：
- 創建Eureka Client：創建另一個Spring Boot項目，并添加Eureka Client依賴。
- 配置文件：在application.yml中，配置Eureka Client信息。
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創建Controller：創建一個簡單的Controller用于演示服務調用。
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啟動類：創建啟動類，并添加@EnableDiscoveryClient注解。
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- 運行應用：啟動Eureka Client應用，訪問http://localhost:8761，將看到Eureka的控制臺，顯示有一個已注冊的客戶端。
- 服務調用：在瀏覽器中訪問http://localhost:8080/hello，將會調用Eureka Client的Controller方法，并得到響應。
Netflix Eureka在微服務架構中扮演著重要角色，支持服務發現和注冊。Eureka的底層實現涵蓋了服務注冊、心跳續約、自我保護機制、服務發現和負載均衡等關鍵功能。通過深入代碼層面的分析，我們可以更清晰地理解這些功能是如何在底層實現的。
作者介紹：
波哥，互聯行業從業10余年，先后擔任項目總監及架構師。目前專攻技術，喜歡研究技術原理。技術全面，主攻JAVA，精通JVM底層機制及Spring全家桶底層框架原理，熟練掌握當前主流的中間件、服務網格等技術原理。
