前言
近年微服务架构在互联网应用领域中愈来愈火，引入微服务主要解决了单体应用多个模块的紧耦合、无法扩展和运维困难等问题。微服务架构就是按照功能粒度将业务模块进行垂直拆分，对单体应用本身进行服务化和组件化，每个组件单独部署为小应用（从 DB到 UI）。微服务与微服务之间通过 ServiceAPI进行交互，同时为了支持水平扩展、性能提升和服务可用性，单个服务允许同时部署一个或者多个服务实例。在运行时，每个实例通常是一个云虚拟机或者 Docker容器。
微服务系统内部多个服务的实例之间如何通信？如何感知到彼此的存在和销毁？生产者服务如何知道消费者服务的地址？如何实现服务与注册中心的解耦？这就需要一个第三方的服务注册中心，提供对生产者服务节点的注册管理和消费者服务节点的发现管理。
正文
1. 服务发现与注册
1.1. 具体流程
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服务注册中心：作为整个架构中的核心，要支持分布式、持久化存储，注册信息变动实时通知消费者。 -
服务提供者：服务以 docker 容器化方式部署(实现服务端口的动态生成)，可以通过 docker-compose 的方式来管理。通过 Registrator 检测到 docker 进程信息以完成服务的自动注册。 -
服务消费者：要使用服务提供者提供的服务，和服务提供者往往是动态相互转位置的。
一个较为完整的服务注册与发现流程如下：
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注册服务：服务提供者到注册中心注册； -
订阅服务：服务消费者到注册中心订阅服务信息，对其进行监听； -
缓存服务列表：本地缓存服务列表，减少与注册中心的网络通信； -
调用服务：先查找本地缓存，找不到再去注册中心拉取服务地址，然后发送服务请求； -
变更通知：服务节点变动时 (新增、删除等)，注册中心将通知监听节点，更新服务信息。
1.2. 相关组件
一个服务发现系统主要由三部分组成：
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注册器(registrator)：根据服务运行状态，注册/注销服务。主要要解决的问题是，何时发起注册/注销动作。 -
注册表(registry)：存储服务信息。常见的解决方案有zookeeper、etcd、cousul等。 -
发现机制(discovery)：从注册表读取服务信息，给用户封装访问接口。
1.3. 第三方实现
对于第三方的服务注册与发现的实现，现有的工具主要有以下三种：
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zookeeper：一个高性能、分布式应用程序协调服务，用于名称服务、分布式锁定、共享资源同步和分布式配置管理。 -
Etcd：一个采用HTTP协议的健/值对存储系统，主要用于共享配置和服务发现，提供的功能相对Zookeeper和Consul相对简单。 -
Consul：一个分布式高可用的服务发现和配置共享的软件，支持服务发现与注册、多数据中心、健康检查和分布式键/值存储。
简单对比：
与Zookeeper和etcd不一样，Consul内嵌实现了服务发现系统，不需要构建自己的系统或使用第三方系统，客户只需要注册服务，并通过DNS或HTTP接口执行服务发现。
2. Consul和Registrator
2.1. Consul简介
Consul是什么
Consul 是一种分布式的、高可用、支持水平扩展的的服务注册与发现工具。它大致包括以下特性：
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服务发现： Consul 通过 DNS 或者 HTTP 接口使服务注册和服务发现变的很容易。一些外部服务，例如 saas 提供的也可以一样注册； -
健康检查：健康检测使 consul 可以快速的告警在集群中的操作。和服务发现的集成，可以防止服务转发到故障的服务上面； -
键/值存储：一个用来存储动态配置的系统。提供简单的 HTTP 接口，可以在任何地方操作； -
多数据中心：支持多数据中心以避免单点故障，内外网的服务采用不同的端口进行监听。而其部署则需要考虑网络延迟, 分片等情况等。 zookeeper和 etcd均不提供多数据中心功能的支持； -
一致性算法：采用 Raft 一致性协议算法，比 Paxos算法好用。 使用 GOSSIP 协议管理成员和广播消息, 并且支持 ACL 访问控制； -
服务管理Dashboard：提供一个 WebUI 的服务注册于健康状态监控的管理页面。
Consul的几个概念
下图是 Consul官方文档提供的架构设计图：
图中包含两个 Consul数据中心，每个数据中心都是一个 consul的集群。在数据中心1中，可以看出 consul的集群是由 N个 SERVER，加上 M个 CLIENT组成的。而不管是 SERVER还是 CLIENT，都是 consul集群的一个节点。所有的服务都可以注册到这些节点上，正是通过这些节点实现服务注册信息的共享。除了这两个，还有一些小细节 一一 简单介绍。
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CLIENT
CLIENT表示 consul的 client模式，就是客户端模式。是 consul节点的一种模式，这种模式下，所有注册到当前节点的服务会被转发到 SERVER节点，本身是不持久化这些信息。
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SERVER
SERVER表示 consul的 server模式，表明这个 consul是个 server节点。这种模式下，功能和 CLIENT都一样，唯一不同的是，它会把所有的信息持久化的本地。这样遇到故障，信息是可以被保留的。
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SERVER-LEADER
中间那个 SERVER下面有 LEADER的描述，表明这个 SERVER节点是它们的老大。和其它 SERVER不一样的一点是，它需要负责同步注册信息给其它的 SERVER，同时也要负责各个节点的健康监测。
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其它信息
其它信息包括各个节点之间的通信方式，还有一些协议信息、算法。它们是用于保证节点之间的数据同步、实时性要求等等一系列集群问题的解决。这些有兴趣的自己看看官方文档。
2.2. Registrator简介
什么是Registrator Registrator是一个独立于服务注册表的自动服务注册/注销组件，一般以 Dockercontainer的方式进行部署。 Registrator会自动侦测它所在的宿主机上的所有 Docker容器状态（启用/销毁），并根据容器状态到对应的服务注册列表注册/注销服务。
事实上， Registrator通过读取同一台宿主机的其他容器 Container的环境变量进行服务注册、健康检查定义等操作。
Registrator支持可插拔式的服务注册表配置，目前支持包括 Consul, etcd和 SkyDNS2三种注册工具。
2.3. Docker安装Consul集群
2.3.1. 集群节点规划
我本地的使用的是 Ubuntu16.04的虚拟机：
2.3.2. Consul集群安装
Consul的配置参数信息说明： 参数列表 参数的含义和使用场景说明 advertise 通知展现地址用来改变我们给集群中的其他节点展现的地址，一般情况下-bind地址就是展现地址 bootstrap 用来控制一个server是否在bootstrap模式，在一个datacenter中只能有一个server处于bootstrap模式，当一个server处于bootstrap模式时，可以自己选举为raft leader bootstrap-expect 在一个datacenter中期望提供的server节点数目，当该值提供的时候，consul一直等到达到指定sever数目的时候才会引导整个集群，该标记不能和bootstrap共用 bind 该地址用来在集群内部的通讯IP地址，集群内的所有节点到地址都必须是可达的，默认是0.0.0.0 client consul绑定在哪个client地址上，这个地址提供HTTP、DNS、RPC等服务，默认是127.0.0.1 config-file 明确的指定要加载哪个配置文件 config-dir 配置文件目录，里面所有以.json结尾的文件都会被加载 data-dir 提供一个目录用来存放agent的状态，所有的agent允许都需要该目录，该目录必须是稳定的，系统重启后都继续存在 dc 该标记控制agent允许的datacenter的名称，默认是dc1 encrypt 指定secret key，使consul在通讯时进行加密，key可以通过consul keygen生成，同一个集群中的节点必须使用相同的key join 加入一个已经启动的agent的ip地址，可以多次指定多个agent的地址。如果consul不能加入任何指定的地址中，则agent会启动失败，默认agent启动时不会加入任何节点 retry-interval 两次join之间的时间间隔，默认是30s retry-max 尝试重复join的次数，默认是0，也就是无限次尝试 log-level consul agent启动后显示的日志信息级别。默认是info，可选：trace、debug、info、warn、err node 节点在集群中的名称，在一个集群中必须是唯一的，默认是该节点的主机名 protocol consul使用的协议版本 rejoin 使consul忽略先前的离开，在再次启动后仍旧尝试加入集群中 server 定义agent运行在server模式，每个集群至少有一个server，建议每个集群的server不要超过5个 syslog 开启系统日志功能，只在linux/osx上生效 pid-file 提供一个路径来存放pid文件，可以使用该文件进行SIGINT/SIGHUP(关闭/更新)agent 2.4. Docker安装Consul集群 2.4.1. 拉取consul官方镜像
madison@ubuntu:~$ docker pull consul:latest
2.4.2. 启动Server节点
运行 consul镜像，启动 ServerMaster节点 node1：
node1:
madison@ubuntu:~$ docker run -d --name=node1 --restart=always \
-e 'CONSUL_LOCAL_CONFIG={"skip_leave_on_interrupt": true}' \
-p 8300:8300 \
-p 8301:8301 \
-p 8301:8301/udp \
-p 8302:8302/udp \
-p 8302:8302 \
-p 8400:8400 \
-p 8500:8500 \
-p 8600:8600 \
-h node1 \
consul agent -server -bind=172.17.0.2 -bootstrap-expect=3 -node=node1 \
-data-dir=/tmp/data-dir -client 0.0.0.0 -ui
查看 node1的日志，追踪运行情况：
现在集群中还没有选举 leader节点，继续启动其余两台 Server节点 node2和 node3：
node2:
madison@ubuntu:~$ docker run -d --name=node2 --restart=always \
-e 'CONSUL_LOCAL_CONFIG={"skip_leave_on_interrupt": true}' \
-p 9300:8300 \
-p 9301:8301 \
-p 9301:8301/udp \
-p 9302:8302/udp \
-p 9302:8302 \
-p 9400:8400 \
-p 9500:8500 \
-p 9600:8600 \
-h node2 \
consul agent -server -bind=172.17.0.3 \
-join=192.168.127.128 -node-id=$(uuidgen | awk '{print tolower($0)}') \
-node=node2 \
-data-dir=/tmp/data-dir -client 0.0.0.0 -ui
查看 node2节点的进程启动日志：
node3:
madison@ubuntu:~$ docker run -d --name=node3 --restart=always \
-e 'CONSUL_LOCAL_CONFIG={"skip_leave_on_interrupt": true}' \
-p 10300:8300 \
-p 10301:8301 \
-p 10301:8301/udp \
-p 10302:8302/udp \
-p 10302:8302 \
-p 10400:8400 \
-p 10500:8500 \
-p 10600:8600 \
-h node2 \
consul agent -server -bind=172.17.0.4 \
-join=192.168.127.128 -node-id=$(uuidgen | awk '{print tolower($0)}') \
-node=node3 \
-data-dir=/tmp/data-dir -client 0.0.0.0 -ui
查看 node3节点的进程启动日志：
当3个 Server节点都启动并正常运行时，观察 node2和 node3的进程日志，可以发现 node1被选举为 leader节点，也就是这个数据中心的 ServerMaster。
再次查看 node1节点的进程启动日志：
观察日志发现， node2和 node3都成功join到了 node1所在的数据中心 dc1。当集群中有3台 ConsulServer启动时， node1被选举为 dc1中的主节点。然后， node1会通过心跳检查的方式，不断地对 node2和 node3进行健康检查。
2.4.4. 启动Client节点
node4:
madison@ubuntu:~$ docker run -d --name=node4 --restart=always \
-e 'CONSUL_LOCAL_CONFIG={"leave_on_terminate": true}' \
-p 11300:8300 \
-p 11301:8301 \
-p 11301:8301/udp \
-p 11302:8302/udp \
-p 11302:8302 \
-p 11400:8400 \
-p 11500:8500 \
-p 11600:8600 \
-h node4 \
consul agent -bind=172.17.0.5 -retry-join=192.168.127.128 \
-node-id=$(uuidgen | awk '{print tolower($0)}') \
-node=node4 -client 0.0.0.0 -ui
查看 node4节点的进程启动日志:
可以发现： node4是以 Client模式启动运行的。启动后完成后，把 dc1数据中心中的以 Server模式启动的节点 node1、 node2和 node3都添加到本地缓存列表中。当客户端向 node4发起服务发现的请求后， node4会通过 RPC将请求转发给 Server节点中的其中一台做处理。
2.4.5. 查看集群状态
madison@ubuntu:~$ docker exec -t node1 consul members
dc1数据中心中的4个节点 node1, node2, node3和 node4分别成功启动， Status表示他们的状态，都为 alive。 node1, node2, node3以 Server模式启动，而 node4以 Client模式启动。
2.5. Docker安装Registrator
2.5.1. 拉取Registrator的镜像
madison@ubuntu:~$ docker pull gliderlabs/registrator:latest
2.5.2. 启动Registrator节点
madison@ubuntu:~$ docker run -d --name=registrator \
-v /var/run/docker.sock:/tmp/docker.sock \
--net=host \
gliderlabs/registrator -ip="192.168.127.128" consul://192.168.127.128:8500
--net指定为host表明使用主机模式。 -ip用于指定宿主机的IP地址，用于健康检查的通信地址。 consul://192.168.127.128:8500: 使用Consul作为服务注册表，指定具体的Consul通信地址进行服务注册和注销（注意：8500是Consul对外暴露的HTTP通信端口）。
查看 Registrator的容器进程启动日志：
Registrator在启动过程完成了以下几步操作：
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查看Consul数据中心的leader节点，作为服务注册表； -
同步当前宿主机的启用容器，以及所有的服务端口； -
分别将各个容器发布的服务地址/端口注册到Consul的服务注册列表。
2.5.3. 查看Consul的注册状态
Consul提供了一个 WebUI来可视化服务注册列表、通信节点、数据中心和键/值存储等，直接访问宿主机的 8500端口。
服务注册列表：
NODES节点下挂载着 dc1数据中心中的所有的 Consul节点，包括 ConsulServer和 Client。
通信节点列表：
启动 Registrator以后，宿主机中的所有容器把服务都注册到 Consul的 SERVICES上，测试完成！
总结
单数据中心的 Consul集群的搭建就完成了！！！后续章节我会介绍如何使用 Registrator进行服务注册的标签化。然后通过 docker部署多实例的 Web容器来实现基于 HTTP的 RESTfulService和基于 TCP的 RPCService的服务注册和健康检查定义，并演示如何以标签标识一个服务的多个实例。
