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Consul 入门-gRPC 服务注册与发现

前言

假如我有钱，我想买一个降噪耳机，我应该哪里买? 答案很简单，可以去京东或者线下实体店。
那如果把这个问题映射到微服务架构中：我打开京东，选中某款耳机进入详情页浏览，我可以看到这款耳机的价格、库存、规格、评价等。以我的理解，这个链路应该是这样的：

暂定这个系统由3个微服务组成：商品详情服务、库存服务、评价服务。

商品详情服务：聚合端上用户看到的所有信息
库存服务：维护商品的库存信息、规格信息、价格信息
评价服务：维护用户对商品的评价

微服务的目的是为了基于松耦合高内聚将单体服务进行拆分，然后将个服务进行多副本部署（我们甚至不知道它会被部署到哪里，实体机？虚拟机？容器？云上？）以达到高可用的目的。这也要付出点代价，商品详情服务需要知道：库存服务和评价服务在哪里？

由此，我们将继续学习 Consul 这款不错的服务发现工具，通前面的学习，我们已经对 Consul 的原理、使用、搭建有了认知。本次将学习：Consul 如何在 gRPC 构建的微服务网络环境中做一名合格的“指路人”。

编写一个 Go gRPC 服务

gRPC 是由 Google 开发并开源的RPC框架，详见官网。我们将通过官网的指导来编写一个简单的 go gRPC 服务

获取样例代码

克隆grpc-go仓库

$ git clone -b v1.29.1.0 https://github.com/grpc/grpc-go

$ cd cd grpc-go/examples/helloworld

目录结构如下：

├── greeter_client
│   └── main.go
├── helloword
│   └── helloword.proto
└── greeter_server
|   └── main.go

运行样例代码

编译执行 server 代码：

$ go run greeter_server/main.go

在新开一个终端，编译执行 client 代码，可以看到输出：

$ go run greeter_client/main.go
2021/09/11 16:28:29 Greeting: Hello world

gRPC 的 Banlancer

在greeter_client/main.go中，是通过指定 server 地址的方式来实现访问到目标服务的

...
const (
    address = "localhost:50051"
)

func main () {
    conn, err := grpc.Dial(address, grpc.WithInsecure(), grpc.WithBlock())
    ...
}

但这种方式在生产环境是不可行的，因为我们并不知道目标服务的地址（目标服务的地址也有可能不只一个）。实际上，gRPC 已经为我们提供来解决方案：Balancer。

首先，看一下 gRPC 客户端负载均衡实现的官方架构图：

从图中，可以看到 Balancer 均衡器位于架构的最右方，内置一个 Picker 模块，Balancer 主要完成下面几个功能：

与 Rersovler 通信（维持通信机制），接收 Resovler 通知的服务端列表更新，维护 Connection Pool 及每个连接的状态
对上一步获取的服务端列表，调用newSubConn异步建立长连接（每个 Backend 一个长连接），同时，监控连接的状态，及时更新 Connection Pool
创建 Picker，Picker 执行的算法就是真正的 LB 逻辑，当客户端使用conn初始化 PRC 方法时，通过 Picker 选择一个存活的连接，返回给客户端，然后调用 UpdatePicker 更新 LB 算法的内置状态，为下一次调用做准备
Balaner 是 gRPC 负载均衡最核心的模块

据此，我们可用通过自定义的 Balancer，在 Balaner 基础上通过实现自定义的naming.Resolver来达到使用 Consul 看发现服务的功能。

大概流程是：

grpc 在 Dial 的时候通过 WithBalancer 传入 Balancer
Balaner 会通过 naming.Resolver 去解析（Resovle）Dial 传入的 target 得到一个nameing.Watcher
naming.Watcher持续监视 target 解析到地址列表的变更并通过 Next 返回给 Balancer

实现 Consul Resolver

在grpc-go/naming/naming.go中可以看到Resolver接口的声明

type Resolver interface {
	// Resolve creates a Watcher for target.
	Resolve(target string) (Watcher, error)
}

需要实现一个Consul Resolver，在里面返回可用的服务端地址列表，在examples目录下新建grpcresolver文件夹，在该文件夹下新建consul.go文件：

package grpcresolver

import (
	"fmt"
	"net"
	"strconv"
	"sync"
	"sync/atomic"

	"github.com/hashicorp/consul/api"
	"google.golang.org/grpc/naming"
)

type watchEntry struct {
	addr string
	modi uint64
	last uint64
}

type consulWatcher struct {
	down      int32
	c         *api.Client
	service   string
	mu        sync.Mutex
	watched   map[string]*watchEntry
	lastIndex uint64
}

func (w *consulWatcher) Close() {
	atomic.StoreInt32(&w.down, 1)
}

func (w *consulWatcher) Next() ([]*naming.Update, error) {
	w.mu.Lock()
	defer w.mu.Unlock()
	watched := w.watched
	lastIndex := w.lastIndex
retry:
        // 访问 Consul， 获取可用的服务列表
	services, meta, err := w.c.Catalog().Service(w.service, "", &api.QueryOptions{
		WaitIndex: lastIndex,
	})
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	if lastIndex == meta.LastIndex {
		if atomic.LoadInt32(&w.down) != 0 {
			return nil, nil
		}
		goto retry
	}
	lastIndex = meta.LastIndex
	var updating []*naming.Update
	for _, s := range services {
		ws := watched[s.ServiceID]
		fmt.Println(s.ServiceAddress, s.ServicePort)
		if ws == nil {
                        // 如果是新注册的服务
			ws = &watchEntry{
				addr: net.JoinHostPort(s.ServiceAddress, strconv.Itoa(s.ServicePort)),
				modi: s.ModifyIndex,
			}
			watched[s.ServiceID] = ws
                          
			updating = append(updating, &naming.Update{
				Op:   naming.Add,
				Addr: ws.addr,
			})
		} else if ws.modi != s.ModifyIndex {
                        // 如果是原来的服务
			updating = append(updating, &naming.Update{
				Op:   naming.Delete,
				Addr: ws.addr,
			})
			ws.addr = net.JoinHostPort(s.ServiceAddress, strconv.Itoa(s.ServicePort))
			ws.modi = s.ModifyIndex
			updating = append(updating, &naming.Update{
				Op:   naming.Add,
				Addr: ws.addr,
			})
		}
		ws.last = lastIndex
	}
	for id, ws := range watched {
		if ws.last != lastIndex {
			delete(watched, id)
			updating = append(updating, &naming.Update{
				Op:   naming.Delete,
				Addr: ws.addr,
			})
		}
	}
	w.watched = watched
	w.lastIndex = lastIndex
	return updating, nil
}

type consulResolver api.Client

func (r *consulResolver) Resolve(target string) (naming.Watcher, error) {
	return &consulWatcher{
		c:       (*api.Client)(r),
		service: target,
		watched: make(map[string]*watchEntry),
	}, nil
}

func ForConsul(reg *api.Client) naming.Resolver {
	return (*consulResolver)(reg)
}

server 端通过 Consul 注册服务

修改examples/helloword/greeter_server/main.go，在启动服务前，将服务的信息注册到 Consul

package main

import (
	"context"
	"encoding/hex"
	"flag"
	"fmt"
	"log"
	"math/rand"
	"net"
	"strconv"
	"time"

	"github.com/hashicorp/consul/api"
	"google.golang.org/grpc"
	pb "google.golang.org/grpc/examples/helloworld/helloworld"
)

const (
	// host = "192.168.10.102"
	// port = 50051
	ttl = 30 * time.Second
)

// server is used to implement helloworld.GreeterServer.
type server struct {
	pb.UnimplementedGreeterServer
	port int
}

// SayHello implements helloworld.GreeterServer
func (s *server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) {
	log.Printf("Received: %v", in.GetName())
	return &pb.HelloReply{Message: fmt.Sprintf("Hello %s, from %d", in.GetName(), s.port)}, nil
}

func main() {

	host := flag.String("h", "127.0.0.1", "host")
	port := flag.Int("p", 50051, "port")
	flag.Parse()

	lis, err := net.Listen("tcp", net.JoinHostPort(*host, strconv.Itoa(*port)))
	if err != nil {
		log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
	}

	// Consul Client
	registry, err := api.NewClient(api.DefaultConfig())
	if err != nil {
		log.Fatalln(err)
	}

	var h [16]byte
	rand.Read(h[:])
	// 生成一个全局ID
	id := fmt.Sprintf("helloserver-%s-%d", hex.EncodeToString(h[:]), *port)
	fmt.Println(id)
	// 注册到 Consul，包含地址、端口信息，以及健康检查
	err = registry.Agent().ServiceRegister(&api.AgentServiceRegistration{
		ID:      id,
		Name:    "helloserver",
		Port:    *port,
		Address: *host,
		Check: &api.AgentServiceCheck{
			TTL:     (ttl + time.Second).String(),
			Timeout: time.Minute.String(),
		},
	})
	if err != nil {
		log.Fatalln(err)
	}
	go func() {
		checkid := "service:" + id
		for range time.Tick(ttl) {
			err := registry.Agent().PassTTL(checkid, "")
			if err != nil {
				log.Fatalln(err)
			}
		}
	}()

	s := grpc.NewServer()
	pb.RegisterGreeterServer(s, &server{port: *port})
	if err := s.Serve(lis); err != nil {
		log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
	}
}

client 端通过 Consul 发现服务

package main

import (
	"context"
	"log"
	"time"

	"github.com/hashicorp/consul/api"
	"google.golang.org/grpc"
	"google.golang.org/grpc/examples/grpcresolver"
	pb "google.golang.org/grpc/examples/helloworld/helloworld"
)

const (
	address     = "localhost:50051"
	defaultName = "world"
)

func main() {
	// consul
	registry, err := api.NewClient(api.DefaultConfig())
	if err != nil {
		log.Fatalln(err)
	}

	// 自定义 LB，并使用刚才写的 Consul Resolver
	lbrr := grpc.RoundRobin(grpcresolver.ForConsul(registry))

	// Set up a connection to the server.
	conn, err := grpc.Dial("helloserver", grpc.WithInsecure(), grpc.WithBalancer(lbrr))
	if err != nil {
		log.Fatalf("did not connect: %v", err)
	}
	defer conn.Close()
	c := pb.NewGreeterClient(conn)

	// 调用 server 端 RPC，通过响应观察负载均衡
	for range time.Tick(time.Second) {
		name := defaultName
		r, err := c.SayHello(context.Background(), &pb.HelloRequest{Name: name})
		if err != nil {
			log.Fatalf("could not greet: %v", err)
			continue
		}
		log.Printf("server reply: %s", r.GetMessage())
	}
}

启动 & 查看

启动两个 Server，设置不同的启动端口

# 启动 server1
$ go run grpc-goexampleshelloworldgreeter_servermain.go -p 50015
helloserver-52fdfc072182654f163f5f0f9a621d72-50015

# 启动 server2
$ go run grpc-goexampleshelloworldgreeter_servermain.go -p 50014
helloserver-52fdfc072182654f163f5f0f9a621d72-50014

通过 Consul Web UI 查看，两个 instance 均是健康的

启动 Client

$ go run grpc-goexampleshelloworldgreeter_clientmain.go
2021/09/12 16:42:39 server reply: Hello world, from 50014
2021/09/12 16:42:40 server reply: Hello world, from 50015
2021/09/12 16:42:41 server reply: Hello world, from 50014
2021/09/12 16:42:42 server reply: Hello world, from 50015
2021/09/12 16:42:43 server reply: Hello world, from 50014
2021/09/12 16:42:44 server reply: Hello world, from 50015
2021/09/12 16:42:45 server reply: Hello world, from 50014

可以看到是均匀对两个 server 发起调用，当我们将其中一个 instance server2 关掉（模拟不可用的情况），流量全面全部转移到另一台上了

说明失败转移也是正常的。

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