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Consul ​

consul 是一个能够让团队在服务与跨预置和多云环境中安全管理网络连接的解决方案，它提供了服务发现，服务网格，流量治理，网络基础设施自动更新等一系列功能。

官方文档：Consul by HashiCorp

开源地址：hashicorp/consul

Consul 是 HashiCorp 公司开源的一款服务发现与注册工具，采用 Raft 选举算法，工具本身使用 Go 语言进行开发，因此部署起来十分的轻便。Consul 总共有以下特点：

  • 服务发现
  • 服务注册
  • 健康检查
  • 键值存储
  • 多数据中心

实际上 consul 能做的事情不止服务发现，还可以做分布式配置中心，同类型的开源工具也有很多，比如 zookeeper，nacos，这里就不再做过多的介绍。

安装 ​

对于 Ubuntu 而言的话，执行下面的命令使用 apt 安装即可

sh
$ wget -O- https://apt.releases.hashicorp.com/gpg | sudo gpg --dearmor -o /usr/share/keyrings/hashicorp-archive-keyring.gpg
$ echo "deb [signed-by=/usr/share/keyrings/hashicorp-archive-keyring.gpg] https://apt.releases.hashicorp.com $(lsb_release -cs) main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/hashicorp.list
$ sudo apt update && sudo apt install consul

或者也可以在官网下载Install Consul 对应的安装包，由于 consul 是由 go 开发的，安装包本身也就只有一个二进制可执行文件，安装起来也相当的方便，安装成功后，执行如下命令查看版本。

sh
$ consul version

正常输出就没有问题

Consul v1.16.1
Revision e0ab4d29
Build Date 2023-08-05T21:56:29Z
Protocol 2 spoken by default, understands 2 to 3 (agent will automatically use protocol >2 when speaking to compatible agents)

快速开始 ​

下面介绍如何快速搭建一个 consul 单节点，一般单节点是在开发期间测试用的，如果单节点使用起来没有问题，大概率多节点集群也不会由问题。单节点搭建起来十分的简单，只需要一行命令即可

sh
$ consul agent -dev -bind=192.168.48.141 -data-dir=/tmp/consul -ui -node=dev01

一般会有如下输出

==> Starting Consul agent...
               Version: '1.16.1'
            Build Date: '2023-08-05 21:56:29 +0000 UTC'
               Node ID: 'be6f6b8d-9668-f7ff-8709-ed57c72ffdec'
             Node name: 'dev01'
            Datacenter: 'dc1' (Segment: '<all>')
                Server: true (Bootstrap: false)
           Client Addr: [127.0.0.1] (HTTP: 8500, HTTPS: -1, gRPC: 8502, gRPC-TLS: 8503, DNS: 8600)
          Cluster Addr: 192.168.48.141 (LAN: 8301, WAN: 8302)
     Gossip Encryption: false
      Auto-Encrypt-TLS: false
           ACL Enabled: false
     Reporting Enabled: false
    ACL Default Policy: allow
             HTTPS TLS: Verify Incoming: false, Verify Outgoing: false, Min Version: TLSv1_2
              gRPC TLS: Verify Incoming: false, Min Version: TLSv1_2
      Internal RPC TLS: Verify Incoming: false, Verify Outgoing: false (Verify Hostname: false), Min Version: TLSv1_2
==> Log data will now stream in as it occurs:
2023-08-25T17:23:33.763+0800 [DEBUG] agent.grpc.balancer: switching server: target=consul://dc1.be6f6b8d-9668-f7ff-8709-ed57c72ffdec/server.dc1 from=<none> to=<none>
2023-08-25T17:23:33.767+0800 [INFO]  agent.server.raft: initial configuration: index=1 servers="[{Suffrage:Voter ID:be6f6b8d-9668-f7ff-8709-ed57c72ffdec Address:192.168.48.141:8300}]"

简单讲解一下释义

  • agent是子命令，是 consul 的核心命令，consul agent就是运行一个新的 consul 代理，每一个 node 都是一个代理。

  • dev，是 agent 的运行模式，总共有三种dev，client，server

  • bind，局域网通信地址，端口默认 8301，一般此值为服务器的内网地址

  • advertise，广域网通信地址，端口默认 8302，一般此值为服务器的外网地址

  • data-dir，数据存放目录

  • config-dir，配置存放目录，consul 会读取目录下所有的 json 文件

  • bootstrap，标注当前 server 进入引导模式，在 raft 选举时会给自己投票，集群中处于该模式的 server 不能超过一个

  • bootstrap-expect，即集群中期望的 server 数量，在没有达到指定数量之前，集群不会开始选举投票，不能与bootstrap同时使用。

  • retry-join，agent 启动后，会不断尝试加入指定的节点，还支持以下的一些服务商发现方法

    aliyun aws azure digitalocean gce hcp k8s linode mdns os packet scaleway softlayer tencentcloud triton vsphere

  • ui，运行 Web 后台

  • node，执行节点名称，必须在集群中保持唯一。

TIP

关于更多的 agent 参数释义，前往Agents - CLI Reference | Consul | HashiCorp Developer ，需要注意的是有些参数只有企业版能用。

当成功运行后，访问127.0.0.1:8500，就可以浏览 Web 界面。

dev01 的图标是一个星星，就说明它是 leader 节点。

退出时，为了能其他节点感知到当前节点的退出，不建议强制杀死进程，可以使用命令

sh
consul leave

或者

sh
consul force-leave

也可以ctrl+c，让 consul agent 优雅退出。

概念 ​

这是一张 consul 集群的示意图，图中分为了两部分，控制面和数据面。consul 只负责控制面，分为服务集群和客户端，服务集群中又分为追随者和领导者，总体而言，图中 consul 集群就构成了一个数据中心。下面对一些术语进行讲解

  • Agent（代理）：或者称为节点更合适，每一个 agent 都是一个长时间运行的守护进程，它们对外暴露 HTTP 和 DNS 接口，负责健康检查和服务同步。
  • Server（服务代理）：作为一个 consul server，它的职责主要有参与 Raft 选举，维护集群状态，响应查询，与其他数据中心交换数据，以及向领导者和其他数据中心转发查询。
  • Client（客户代理）：client 相对 server 来说是无状态的，它不参与 Raft 选举，所做的事情仅仅只是将所有的请求转发给 server，它唯一参与的与后台有关的事情就是局域网流言转发（LAN gossip pool）。
  • Leader（领导者）：leader 是所有 server 的领导，而且领导只能有一个，leader 是通过 Raft 选举算法进行选举的，每一个 leader 有自己的任期，在任期内，其他的 server 收到了不管什么请求都要告诉 leader，所以 leader 的数据是最及时最新的。
  • Gossi（流言）：Consul 是基于 Serf（该公司其下的另一个产品）而构建的，它使用 gossip 协议，该协议专用于节点间的随机通信，类似 UDP，consul 使用此协议来在服务集群间进行互相通知。
  • Data Center（数据中心）：一个局域网内的 consul 集群被称为一个数据中心，consul 支持多数据中心，多数据中心的沟通方式就是 WAN gossip。

TIP

更多词汇和术语可以前往Glossary | Consul | HashiCorp Developer 进行了解。

在 consul 集群中，server 的数量应该严格控制，因为它们直接参与到 LAN gossip 和 WAN gossip，raft 选举，并且要存储数据，server 越多，通信成本越高。而 client 的数量多一点没什么问题，它只负责转发，不参与选举，占用资源很低，在图中的集群中，各个服务通过 client 将自身注册到 server 中，如果有 server 挂了的话，client 会自行寻找其他可用的 server。

集群搭建示例 ​

下面搭建一个简单的 consul 多节点集群示例，先准备四台虚拟机

四台虚拟机中，三个 server，一个 client，官方建议 server 的数量最好是奇数，并且最好大于等于三个。这里将 vm00-vm02 作为 server，vm03 作为 client，

对于 server 而言，运行如下命令，创建 server agent

sh
consul agent -server -bind=vm_address -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent_name -ui

对于 client 而言，运行如下命令，创建 client agent

sh
consul agent -client=0.0.0.0  -bind=vm_address -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent_name -ui

执行的命令分别如下

sh
# vm00
consul agent -server -bind=192.168.48.138 -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent01 -ui -bootstrap

# vm01
consul agent -server -bind=192.168.48.139 -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent02 -ui -retry-join=192.168.48.138

# vm02
consul agent -server -bind=192.168.48.140 -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent03 -ui -retry-join=192.168.48.138

# vm03
consul agent -bind=192.168.48.140 -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent03 -ui -retry-join=192.168.48.138

一些参数释义

  • client，0.0.0.0即放行所有来源的请求，如果只有 client 参数，没有 server 参数，代表着 agent 将以 client 模式运行。

所有的 agent 运行好后，其中retry-join的作用等于自动执行 join 命令，失败后会不断尝试，默认重试时间 30s

sh
$ consul join 192.168.48.138

join 完成后，各个节点都知晓了对方的存在，由于 vm00 指定了 bootstrap 模式，所以它就是默认的 leader，如果没有指定 bootstrap 模式，所有节点在 join 时指定的节点为默认 leader， 在 leader 没有选举出来之前，集群无法正常工作，访问 web 界面会返回 500，一些命令也无法正常工作 。如果集群中有节点制定了 bootstrap 模式，那么集群中其他节点就不应该再有其他节点指定 bootstrap 模式，同时其他节点也不应该再使用bootstrap-expect 参数，如果使用了会自动禁用。

这时在 leader 节点上（实际上这时无论哪个节点都可以查看）运行查看 data center 的成员信息，运行如下命令

sh
$ consul members
Node      Address              Status  Type    Build   Protocol  DC   Partition  Segment
agent01   192.168.48.138:8301  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent02   192.168.48.139:8301  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent03   192.168.48.140:8301  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
client01  192.168.48.141:8301  alive   client  1.16.1  2         dc1  default    <default>
  • Node，即节点名称
  • Address，通信地址
  • Status，alive表示存活，left表示下线
  • Type，agent 种类，server 和 client 两种模式
  • Build，该节点使用的 consul 版本，consul 可以在一定范围内兼容不同版本的节点进行工作
  • Protocol，指的是使用的 Raft 协议版本，这个协议应当所有节点一致
  • DC，Data Center，数据中心，输出中的所有节点都属于 dc1 数据中心
  • Partition，节点隶属的分区，属于企业版功能，每个节点只能与同一分区的节点进行通信
  • Segment，节点隶属的网段，属于企业版功能

同样的，如果想要一个节点退出，应该使用consul leave让节点优雅退出，并通知其他节点自己将要退出，对于多节点的情况下，节点的优雅退出尤为重要，因为这关系到数据的一致性。

TIP

虚拟机在演示的时候关闭了所有的防火墙，在实际生产环境中为了安全考虑应该开启，为此应该关注下 consul 使用到的所有端口：Required Ports | Consul | HashiCorp Developer。

接下来简单测试一下数据一致性，在 vm00 虚拟机中添加如下数据

sh
$ consul kv put sys_confg {"name":"consul"}
Success! Data written to: sys_confg

保存后，通过 HTTP API 访问其他节点会发现数据同样存在（其中的 value 是 base64 编码）

sh
$ curl http://192.168.48.138:8500/v1/kv/sys_confg
[{"LockIndex":0,"Key":"sys_confg","Flags":0,"Value":"ewogICJuYW1lIjoiY29uc3VsIgp9","CreateIndex":2518,"ModifyIndex":2518}]
$ curl http://192.168.48.139:8500/v1/kv/sys_confg
[{"LockIndex":0,"Key":"sys_confg","Flags":0,"Value":"ewogICJuYW1lIjoiY29uc3VsIgp9","CreateIndex":2518,"ModifyIndex":2518}]
$ curl http://192.168.48.140:8500/v1/kv/sys_confg
[{"LockIndex":0,"Key":"sys_confg","Flags":0,"Value":"ewogICJuYW1lIjoiY29uc3VsIgp9","CreateIndex":2518,"ModifyIndex":2518}]

事实上，consul 提供的服务发现与注册功能，通过 gossip 协议广播给其他节点，并且当任意一个节点加入当前数据中心时，所有的节点都会感知到此变化。

多数据中心搭建示例 ​

准备五台虚拟机，vm00-vm02 是上一个示例的集群，属于 dc1 数据中心，不去动它，vm03-vm04 属于 dc2 数据中心，数据中心在 agent 启动时，默认为 dc1。

TIP

这里为了演示，只搭建 server，省掉了 client。

首先分别启动 vm03，将其作为默认的 leader

sh
$ consul agent -server -datacenter=dc2 -bind=192.168.48.141 -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent04 -ui -bootstrap

启动启动 vm04，让其自动 join 到 vm03 节点

sh
$ consul agent -server -datacenter=dc2 -bind=192.168.48.142 -client=0.0.0.0 -data-dir=/tmp/consul/ -node=agent05 -ui -retry-join=192.168.48.141

此时分别在 vm00 和 vm03 查看 members

sh
# vm00-vm02
$ consul members
Node      Address              Status  Type    Build   Protocol  DC   Partition  Segment
agent01   192.168.48.138:8301  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent02   192.168.48.139:8301  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent03   192.168.48.140:8301  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>

# vm03-vm04
$ consul members
Node     Address              Status  Type    Build   Protocol  DC   Partition  Segment
agent04  192.168.48.141:8301  alive   server  1.16.1  2         dc2  default    <all>
agent05  192.168.48.142:8301  alive   server  1.16.1  2         dc2  default    <all>

可以看到 DC 字段不同，因为这里是虚拟机演示，所以都是在同一个网段中，现实中两个数据中心可能是异地的服务器集群。接下来让 dc1 的任意一个节点 join 到 dc2 的任意一个节点，这里让 vm01 join vm03

sh
$ consul join -wan 192.168.48.141
Successfully joined cluster by contacting 1 nodes.

join 成功后，执行命令查看广域网 members

sh
$ consul members -wan
Node         Address              Status  Type    Build   Protocol  DC   Partition  Segment
agent01.dc1  192.168.48.138:8302  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent02.dc1  192.168.48.139:8302  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent03.dc1  192.168.48.140:8302  alive   server  1.16.1  2         dc1  default    <all>
agent04.dc2  192.168.48.141:8302  alive   server  1.16.1  2         dc2  default    <all>
agent05.dc2  192.168.48.142:8302  alive   server  1.16.1  2         dc2  default    <all>

$ consul catalog datacenters
dc2
dc1

只要 dc1 的随便一个节点 join 到 dc2 的任意一个节点，两个数据中心的所有节点都会感知到此变化，查看 members 的时候也可以看到两个数据中心的节点。

接下来尝试在 vm00 节点添加一个 KV 数据

sh
$ consul kv put name consul
Success! Data written to: name

在 vm01 节点尝试读取数据，可以看到同一数据中心的数据是同步的

sh
$ consul kv get name
consul

然后再去不同数据中心的 vm03 尝试读取数据，会发现不同数据中心的数据是不同步的。

sh
$ consul kv get name
Error! No key exists at: name

如果想要多数据中心数据同步的话，可以了解hashicorp/consul-replicate: Consul cross-DC KV replication daemon。

服务注册与发现 ​

consul 服务注册的方式有两种，配置文件注册和 API 注册。为了方便进行测试，这里事先准备一个 Hello World 服务（gRPC 文章中的示例），部署两份，分别在不同的位置。配置文件注册的方式可以前往Register external services with Consul service discovery | Consul | HashiCorp Developer 了解，这里只介绍通过 HTTP API 进行注册。

TIP

对于本地服务（和 consul client 在一块）而言，可以直接使用 agent service 注册，否则的话应该使用 catalog register 来进行注册。

consul 提供了 HTTP API 的 SDK，其他语言的 SDK 前往Libraries and SDKs - HTTP API | Consul | HashiCorp Developer 了解。这里下载 go 的依赖

sh
go get github.com/hashicorp/consul/api

在服务启动时向 consul 主动注册服务，在服务关闭时，向 consul 注销服务，下面是一个示例。

go
package main

import (
  consulapi "github.com/hashicorp/consul/api"
  "google.golang.org/grpc"
  "google.golang.org/grpc/credentials/insecure"
  pb "grpc_learn/helloworld/hello"
  "log"
  "net"
)

var (
  server01 = &consulapi.AgentService{
        // 必须保持唯一
    ID:      "hello-service1",
    Service: "hello-service",
        // 部署两份，一份的端口是8080，一份的端口是8081
    Port:    8080,
  }
)

// 注册服务
func Register() {
  client, _ := consulapi.NewClient(&consulapi.Config{Address: "192.168.48.138:8500"})
  _, _ = client.Catalog().Register(&consulapi.CatalogRegistration{
    Node:    "hello-server",
    Address: "192.168.2.10",
    Service: server01,
  }, nil)
}

// 注销服务
func DeRegister() {
  client, _ := consulapi.NewClient(&consulapi.Config{Address: "192.168.48.138:8500"})
  _, _ = client.Catalog().Deregister(&consulapi.CatalogDeregistration{
    Node:      "hello-server",
    Address:   "192.168.2.10",
    ServiceID: server01.ID,
  }, nil)
}

func main() {
  Register()
  defer DeRegister()

  // 监听端口
  listen, err := net.Listen("tcp", ":8080")
  if err != nil {
    panic(err)
  }
  // 创建gprc服务器
  server := grpc.NewServer(
    grpc.Creds(insecure.NewCredentials()),
  )
  // 注册服务
  pb.RegisterSayHelloServer(server, &HelloRpc{})
  log.Println("server running...")
  // 运行
  err = server.Serve(listen)
  if err != nil {
    panic(err)
  }
}

客户端代码使用 consul 自定义解析器，来向注册中心查询对应的服务，解析成真实地址。

go
package myresolver

import (
    "fmt"
    consulapi "github.com/hashicorp/consul/api"
    "google.golang.org/grpc/resolver"
)

func NewConsulResolverBuilder(address string) ConsulResolverBuilder {
    return ConsulResolverBuilder{consulAddress: address}
}

type ConsulResolverBuilder struct {
    consulAddress string
}

func (c ConsulResolverBuilder) Build(target resolver.Target, cc resolver.ClientConn, opts resolver.BuildOptions) (resolver.Resolver, error) {
    consulResolver, err := newConsulResolver(c.consulAddress, target, cc)
    if err != nil {
       return nil, err
    }
    consulResolver.resolve()
    return consulResolver, nil
}

func (c ConsulResolverBuilder) Scheme() string {
    return "consul"
}

func newConsulResolver(address string, target resolver.Target, cc resolver.ClientConn) (ConsulResolver, error) {
    var reso ConsulResolver
    client, err := consulapi.NewClient(&consulapi.Config{Address: address})
    if err != nil {
       return reso, err
    }
    return ConsulResolver{
       target: target,
       cc:     cc,
       client: client,
    }, nil
}

type ConsulResolver struct {
    target resolver.Target
    cc     resolver.ClientConn
    client *consulapi.Client
}

func (c ConsulResolver) resolve() {
    service := c.target.URL.Opaque
    services, _, err := c.client.Catalog().Service(service, "", nil)
    if err != nil {
       c.cc.ReportError(err)
       return
    }
    var adds []resolver.Address
    for _, catalogService := range services {
       adds = append(adds, resolver.Address{Addr: fmt.Sprintf(fmt.Sprintf("%s:%d", catalogService.Address, catalogService.ServicePort))})
    }

    c.cc.UpdateState(resolver.State{
       Addresses: adds,
       // 轮询策略
       ServiceConfig: c.cc.ParseServiceConfig(
          `{"loadBalancingPolicy":"round_robin"}`),
    })
}

func (c ConsulResolver) ResolveNow(options resolver.ResolveNowOptions) {
    c.resolve()
}

func (c ConsulResolver) Close() {

}

客户端在启动时注册解析器

go
package main

import (
    "context"
    "google.golang.org/grpc"
    "google.golang.org/grpc/credentials/insecure"
    "google.golang.org/grpc/resolver"
    "grpc_learn/helloworld/client/myresolver"
    hello2 "grpc_learn/helloworld/hello"
    "log"
    "time"
)

func init() {
    // 注册builder
    resolver.Register(
       // 注册自定义的consul解析器
       myresolver.NewConsulResolverBuilder("192.168.48.138:8500"),
    )
}

func main() {

    // 建立连接，没有加密验证
    conn, err := grpc.Dial("consul:hello-service",
       grpc.WithTransportCredentials(insecure.NewCredentials()),
    )
    if err != nil {
       panic(err)
    }
    defer conn.Close()
    // 创建客户端
    client := hello2.NewSayHelloClient(conn)
    for range time.Tick(time.Second) {
       // 远程调用
       helloRep, err := client.Hello(context.Background(), &hello2.HelloReq{Name: "client"})
       if err != nil {
          panic(err)
       }
       log.Printf("received grpc resp: %+v", helloRep.String())
    }

}

先启动服务端，再启动客户端，服务端是有两个的，提供同一个服务，只是地址不一样，客户都的负载均衡策略是轮询，从服务端的日志间隔时间就能看出来策略生效了。

2023/08/29 17:39:54 server running...
2023/08/29 21:03:46 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:03:48 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:03:50 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:03:52 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:03:54 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:03:56 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:03:58 received grpc req: name:"client"
2023/08/29 21:04:00 received grpc req: name:"client"

以上就是一个简单的使用 consul 结合 gRPC 实现服务注册与发现的简单案例。

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