服务注册与发现

服务注册与发现是微服务架构的核心基础设施。本章详细介绍 Nacos 服务发现的工作原理和使用方法。

服务发现概述

在传统的单体应用架构中，服务之间的调用通常通过硬编码的地址或配置文件来实现。但在微服务架构中，服务实例的数量和位置是动态变化的，服务的部署、扩缩容、故障恢复都会导致服务地址的变化。这种场景下，传统的配置方式无法满足需求，必须引入服务发现机制。

为什么需要服务发现

服务发现机制解决了以下核心问题：

动态寻址：服务实例可能随时上线或下线，消费者需要能够动态感知服务地址的变化
负载均衡：同一服务通常部署多个实例，消费者需要在多个实例间合理分配请求
故障隔离：当某个服务实例出现故障时，消费者需要能够自动避开故障实例
弹性伸缩：服务可以根据负载动态扩缩容，服务发现机制需要能够及时感知实例变化

服务发现的核心职责

一个完整的服务发现机制需要承担以下职责：

职责	说明
服务注册	服务启动时向注册中心注册自己的网络地址（IP 和端口）
服务发现	服务消费者从注册中心获取可用的服务提供者地址列表
健康检查	定期检测服务实例的健康状态，剔除不健康的实例
服务订阅	服务消费者订阅服务变化，当服务实例变化时收到通知
元数据管理	管理服务的附加信息，如版本、权重、标签等

Nacos 服务发现模式

Nacos 支持两种服务发现模式：

模式	说明	适用场景
DNS 模式	通过 DNS 解析获取服务地址，将服务名解析为 IP 地址列表	传统应用、Kubernetes 集成、非 Java 应用
RPC 模式	通过 HTTP/gRPC 接口获取服务地址，支持实时订阅服务变化	Spring Cloud、Dubbo 应用、需要实时感知的场景

DNS 模式的优势在于兼容性好，任何支持 DNS 解析的应用都可以使用。但 DNS 模式存在缓存延迟，无法实时感知服务变化。RPC 模式则通过长连接实现了实时推送，服务变化可以在毫秒级推送给消费者。

服务注册

服务注册是服务发现的第一步。当服务提供者启动时，需要向 Nacos 注册自己的地址信息，这样服务消费者才能发现并调用它。

服务注册流程

服务注册的完整流程如下：

服务启动：服务提供者应用启动
读取配置：读取 Nacos 服务器地址、命名空间等配置
建立连接：客户端与 Nacos Server 建立 gRPC 长连接（2.x 版本）
发送注册请求：向 Nacos 发送服务注册请求，包含服务名、IP、端口、元数据等信息
数据存储：Nacos 存储服务实例信息（临时实例存内存，持久实例存数据库）
数据同步：Nacos 集群节点间同步服务信息（Distro 协议）
通知订阅者：Nacos 通知订阅该服务的消费者

临时实例 vs 持久实例

Nacos 区分两种类型的服务实例，它们在健康检查、数据存储、适用场景等方面都有明显区别：

特性	临时实例（Ephemeral）	持久实例（Persistent）
健康检查方式	客户端主动发送心跳	服务端主动探测
实例剔除策略	心跳超时自动剔除	不会自动剔除
数据存储方式	内存存储，优先性能	持久化存储，优先可靠性
一致性协议	Distro 协议（AP）	Raft 协议（CP）
适用场景	微服务实例，频繁上下线	数据库、中间件等基础设施
实例数量	通常较多，动态变化	通常较少，相对固定

选择建议：

选择临时实例：如果你的服务是微服务架构中的业务服务，实例会随着部署、扩缩容频繁变化，推荐使用临时实例。临时实例的健康检查由客户端负责，Nacos 只需要接收心跳即可，性能更高。
选择持久实例：如果你的服务是需要长期稳定运行的基础设施服务（如数据库、Redis、消息队列等），推荐使用持久实例。持久实例即使没有心跳也不会被剔除，适合服务实例相对固定、需要保证数据一致性的场景。

Spring Cloud 服务注册

1. 添加依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery</artifactId>
</dependency>

2. 配置文件

spring:
  application:
    name: user-service
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        server-addr: 127.0.0.1:8848
        namespace: dev
        group: DEFAULT_GROUP
        # 注册为临时实例（默认 true）
        ephemeral: true
        # 服务权重（0-100）
        weight: 1
        # 服务元数据
        metadata:
          version: 1.0.0
          region: cn-east

3. 启动服务

添加 @EnableDiscoveryClient 注解启用服务发现：

@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class UserServiceApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(UserServiceApplication.class, args);
    }
}

服务启动后会自动向 Nacos 注册。

手动注册服务

使用 Nacos Open API 手动注册服务：

curl -X POST 'http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/ns/instance' \
  -d 'serviceName=user-service' \
  -d 'ip=192.168.1.100' \
  -d 'port=8080' \
  -d 'weight=1.0' \
  -d 'ephemeral=true' \
  -d 'metadata={"version":"1.0.0"}'

注册参数说明

参数	说明	默认值
serviceName	服务名	必填
ip	实例 IP	必填
port	实例端口	必填
weight	权重（0.01-10000）	1.0
enabled	是否启用	true
healthy	是否健康	true
ephemeral	是否临时实例	true
metadata	元数据	无
clusterName	集群名	DEFAULT
groupName	分组名	DEFAULT_GROUP

服务发现

服务发现是服务消费者获取服务提供者地址的过程。消费者通过服务发现机制，可以动态获取可用的服务实例列表，并进行负载均衡调用。

服务发现原理

Nacos 的服务发现采用客户端发现模式，具体工作原理如下：

服务查询：消费者启动时，向 Nacos 查询目标服务的实例列表
本地缓存：消费者将服务实例列表缓存到本地，后续调用优先使用缓存
服务订阅：消费者向 Nacos 订阅目标服务的变化事件
变更通知：当服务实例发生变化时（上线、下线、健康状态变化），Nacos 主动推送变更通知
缓存更新：消费者收到通知后更新本地缓存

这种模式的优势在于：

减少网络开销：消费者优先使用本地缓存，减少了对 Nacos 的请求压力
实时性强：通过订阅机制，服务变化可以毫秒级推送给消费者
容错性好：即使 Nacos 短暂不可用，消费者仍可使用本地缓存继续工作

服务发现流程图

1. 使用 RestTemplate

@Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @LoadBalanced
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }

    public User getUser(Long userId) {
        // 使用服务名代替具体地址
        String url = "http://user-service/users/" + userId;
        return restTemplate.getForObject(url, User.class);
    }
}

@LoadBalanced 注解使 RestTemplate 具备负载均衡能力，会自动从 Nacos 获取服务实例列表。

2. 使用 OpenFeign

// 定义 Feign 客户端
@FeignClient(name = "user-service")
public interface UserClient {

    @GetMapping("/users/{id}")
    User getUser(@PathVariable("id") Long id);
}

// 使用 Feign 客户端
@Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private UserClient userClient;

    public User getUser(Long userId) {
        return userClient.getUser(userId);
    }
}

手动发现服务

使用 Nacos Open API 查询服务实例：

# 查询服务实例列表
curl 'http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/ns/instance/list?serviceName=user-service'

# 查询指定实例
curl 'http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/ns/instance?serviceName=user-service&ip=192.168.1.100&port=8080'

使用 NamingService API

@Service
public class NacosService {

    @Autowired
    private NamingService namingService;

    // 注册服务
    public void registerInstance() throws NacosException {
        namingService.registerInstance("user-service", "192.168.1.100", 8080);
    }

    // 获取服务实例列表
    public List<Instance> getInstances() throws NacosException {
        return namingService.selectInstances("user-service", true);
    }

    // 获取一个健康实例
    public Instance selectOneHealthyInstance() throws NacosException {
        return namingService.selectOneHealthyInstance("user-service");
    }

    // 订阅服务变化
    public void subscribe() throws NacosException {
        namingService.subscribe("user-service", new EventListener() {
            @Override
            public void onEvent(Event event) {
                if (event instanceof NamingEvent) {
                    NamingEvent namingEvent = (NamingEvent) event;
                    System.out.println("服务实例变化: " + namingEvent.getInstances());
                }
            }
        });
    }
}

健康检查

临时实例健康检查

临时实例采用客户端心跳模式：

┌──────────────┐                    ┌──────────────┐
│   服务实例    │                    │    Nacos     │
│   (客户端)    │                    │   Server     │
└──────────────┘                    └──────────────┘
       │                                   │
       │  心跳请求 (每 5 秒)                │
       │ ─────────────────────────────────>│
       │                                   │
       │  心跳响应                          │
       │<───────────────────────────────── │
       │                                   │
       │                                   │ 15 秒无心跳
       │                                   │ → 标记为不健康
       │                                   │
       │                                   │ 30 秒无心跳
       │                                   │ → 剔除实例

心跳时间配置：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        # 心跳间隔（毫秒）
        heart-beat-interval: 5000
        # 心跳超时时间（毫秒）
        heart-beat-timeout: 15000
        # IP 删除超时时间（毫秒）
        ip-delete-timeout: 30000

持久实例健康检查

持久实例由 Nacos Server 主动探测，支持多种探测方式：

TCP 探测

# 注册持久实例时指定健康检查类型
curl -X POST 'http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/ns/instance' \
  -d 'serviceName=mysql-service' \
  -d 'ip=192.168.1.200' \
  -d 'port=3306' \
  -d 'ephemeral=false'

HTTP 探测

# 注册时指定健康检查 URL
curl -X POST 'http://127.0.0.1:8848/nacos/v1/ns/instance' \
  -d 'serviceName=web-service' \
  -d 'ip=192.168.1.100' \
  -d 'port=8080' \
  -d 'ephemeral=false' \
  -d 'metadata={"preserved.register.source":"SPRING_CLOUD","healthCheckUrl":"/health"}'

自定义健康检查

@RestController
public class HealthController {

    @GetMapping("/health")
    public Map<String, Object> health() {
        Map<String, Object> result = new HashMap<>();
        result.put("status", "UP");
        // 可以添加更多健康检查逻辑
        return result;
    }
}

服务订阅

服务消费者可以订阅服务变化，当服务实例发生变化时收到通知：

使用 Spring Cloud

Spring Cloud 默认会订阅服务变化，自动更新本地服务列表缓存。

使用 NamingService

@Component
public class ServiceSubscriber implements ApplicationRunner {

    @Autowired
    private NamingService namingService;

    @Override
    public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
        // 订阅服务变化
        namingService.subscribe("user-service", new EventListener() {
            @Override
            public void onEvent(Event event) {
                NamingEvent namingEvent = (NamingEvent) event;
                List<Instance> instances = namingEvent.getInstances();
                // 处理服务实例变化
                instances.forEach(instance -> {
                    System.out.println("实例: " + instance.getIp() + ":" + instance.getPort());
                });
            }
        });
    }
}

负载均衡

权重配置

通过配置实例权重实现负载均衡：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        weight: 0.5  # 权重值，范围 0.01-10000

或者在控制台手动配置：

登录 Nacos 控制台
进入「服务管理」->「服务列表」
点击服务名进入详情
修改实例的权重值

权重越大，被选中的概率越高。可以用于灰度发布，将新版本的权重设置较低，逐步增加。

使用 Ribbon

Spring Cloud Alibaba 默认集成 Ribbon，支持多种负载均衡策略：

user-service:
  ribbon:
    # 负载均衡策略
    NFLoadBalancerRuleClassName: com.alibaba.cloud.nacos.ribbon.NacosRule

NacosRule 会优先选择同一集群的实例，并支持权重负载均衡。

使用 Spring Cloud LoadBalancer

Spring Cloud 2020+ 版本推荐使用 Spring Cloud LoadBalancer：

spring:
  cloud:
    loadbalancer:
      ribbon:
        enabled: false
      nacos:
        enabled: true

服务元数据

元数据用于存储服务的附加信息，如版本、区域、环境等：

配置元数据

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        metadata:
          version: 1.0.0
          region: cn-east
          env: prod

使用元数据

@Service
public class MetadataService {

    @Autowired
    private NamingService namingService;

    public void processWithMetadata() throws NacosException {
        List<Instance> instances = namingService.selectInstances("user-service", true);

        for (Instance instance : instances) {
            Map<String, String> metadata = instance.getMetadata();
            String version = metadata.get("version");
            String region = metadata.get("region");

            // 根据元数据筛选实例
            if ("1.0.0".equals(version) && "cn-east".equals(region)) {
                // 处理请求
            }
        }
    }
}

元数据路由

通过元数据实现服务路由，例如按版本路由：

@Configuration
public class LoadBalancerConfig {

    @Bean
    public ReactorLoadBalancer<ServiceInstance> metadataLoadBalancer(
            Environment environment, LoadBalancerClientFactory factory) {
        String serviceId = environment.getProperty(LoadBalancerClientFactory.PROPERTY_NAME);
        return new MetadataLoadBalancer(
                factory.getLazyProvider(serviceId, ServiceInstanceListSupplier.class),
                serviceId);
    }
}

服务分组与集群

服务分组

通过分组隔离不同业务的服务：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        group: ORDER_GROUP  # 订单服务组

集群配置

通过集群实现同机房优先访问：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        cluster-name: SHANGHAI  # 上海机房

当消费者和服务提供者在同一集群时，会优先访问同集群的实例。

保护阈值

保护阈值用于防止服务雪崩。当健康实例比例低于阈值时，Nacos 会返回所有实例（包括不健康的），让消费者自行判断。

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        protect-threshold: 0.5  # 健康实例比例阈值

设置保护阈值后，即使大部分实例不健康，也能保证部分流量正常访问。

常见问题

1. 服务注册失败

检查以下几点：

Nacos Server 是否正常运行
网络是否连通
命名空间和分组配置是否正确
查看应用日志是否有错误信息

2. 服务发现不到实例

检查以下几点：

服务是否已注册成功
命名空间和分组是否一致
服务实例是否健康
查看控制台服务列表

3. 心跳超时

如果出现心跳超时，可以调整心跳参数：

spring:
  cloud:
    nacos:
      discovery:
        heart-beat-interval: 10000   # 增加心跳间隔
        heart-beat-timeout: 30000    # 增加超时时间

4. 服务实例频繁上下线

可能原因：

网络不稳定
服务频繁重启
JVM 内存不足导致频繁 GC
心跳线程被阻塞

下一步

健康检查 - 深入了解 Nacos 健康检查机制
配置管理基础 - 学习 Nacos 配置管理功能

服务发现概述​

为什么需要服务发现​

服务发现的核心职责​

Nacos 服务发现模式​

服务注册​

服务注册流程​

临时实例 vs 持久实例​

Spring Cloud 服务注册​

1. 添加依赖​

2. 配置文件​

3. 启动服务​

手动注册服务​

注册参数说明​

服务发现​

服务发现原理​

服务发现流程图​

1. 使用 RestTemplate​

2. 使用 OpenFeign​

手动发现服务​

使用 NamingService API​

健康检查​

临时实例健康检查​

持久实例健康检查​

TCP 探测​

HTTP 探测​

自定义健康检查​

服务订阅​

使用 Spring Cloud​

使用 NamingService​

负载均衡​

权重配置​

使用 Ribbon​

使用 Spring Cloud LoadBalancer​

服务元数据​

配置元数据​

使用元数据​

元数据路由​

服务分组与集群​

服务分组​

集群配置​

保护阈值​

常见问题​

1. 服务注册失败​

2. 服务发现不到实例​

3. 心跳超时​

4. 服务实例频繁上下线​

下一步​