【微服务-Nacos】Nacos集群的工作原理及集群间数据同步过程

上篇文章我们介绍了Nacos集群的搭建方法及步骤，下面我们来看一下Nacos集群的工作原理，一共有两部分：Leader节点选举及各节点数据同步。

1、Nacos集群中Leader节点是如何产生的

Nacos集群采用了Raft算法实现。它是一种比较简单的选举算法，用于选举出Nacos集群中最重要的Leader（领导）节点。

在Nacos集群中，每个节点都有以下三种角色中的一种：

• Leader：领导者（主节点），集群中最重要的角色，用于向其他节点下达指令。（一把手，请求接收并转发给其他节点处理，对能力的要求很高）
• Candidate：参选者，参与竞选Leader的节点。（相当于岗位中的副职，等一把手GG的时候可以接替）
• Follower：跟随者，用于接收来自Leader和Candidate的请求并进行处理。（相当于干活的大头兵，负责站队和干活）

可以看出，这里的Leader选举在集群中是有很重要的地位，毕竟蛇无头不行。那在什么情况下要开始选举Leader呢？有三个时机：

1、当Nacos节点启动后，还没有产生Leader时启动选举工作。

2、集群成员总量发生变化时重新选举。

3、当Leader停止服务后重新选举。

在介绍选举过程前，先来看一下任期的含义：

Raft算法将时间划分成任意不同长度的任期（Term），任期用连续的数字表示。每个任期的开始都是一次选举，一个或多个候选人会试图成为Leader。

下面来看一下选举过程：

（1）选举过程

1、当没有节点启动时

当所有Nacos节点都没有启动时，角色默认是Follower（跟随者），任期都是0。

节点	角色	任期	状态
192.168.3.1:8848	Follower	0	DOWN
192.168.3.2:8848	Follower	0	DOWN
192.168.3.3:8848	Follower	0	DOWN

2、当一个节点启动时

当第一个节点（192.168.3.1）启动后，节点角色会自动变为Candidate（参选者），192.168.3.1节点在每个任期开始时便会尝试向其他节点发出投票请求，征求其他节点选为 Leader（领导者）节点。只有算上自己获得超过半数的选票，这个 Candidate 才能转正为 Leader。

在当前案例，因为192.168.3.1发起选举投票，但 192.168.3.2和192.168.3.3 两个节点不在线，尽管 131 会投自己一票，但在总 3 票中未过半数，因此无法成为 Leader。因为第一次选举没有产生 Leader，过段时间在下一个任期开始时，192.168.3.1任期自增加 1，同时会再次向其他节点发起投票请求争取其他节点同意，直到同意票过半。

节点	角色	任期	状态
192.168.3.1:8848	Candidate	16	UP
192.168.3.2:8848	Follower	0	DOWN
192.168.3.3:8848	Follower	0	DOWN

3、当三个节点启动时

在 Raft 算法中，成为 Leader 的必要条件是某个 Candidate 获得过半选票，如果 192.168.3.2节点上线，遇到192.168.3.1节点 再次发起投票。192.168.3.2 投票给 192.168.3.1 节点，192.168.3.1 获得两票超过半数就会成为 Leader，192.168.3.2 节点自动成为 Follower（跟随者）。之后 192.168.3.3 节点上线，因为集群中已有 Leader，因此自动成为 Follower。

节点	角色	任期	状态
192.168.3.1:8848	Leader	13	UP
192.168.3.2:8848	Follower	13	UP
192.168.3.3:8848	Follower	0	UP

4、当Leader宕机时

当Leader节点无法提供服务（宕机）时，会在剩余的两个节点中产生新的Leader，现在192.168.3.1节点下线了，192.168.3.3获得了两票成为了新的Leader，192.168.3.2成为了Follower，但192.168.3.1节点已经下线但角色暂时仍为Leader。

节点	角色	任期	状态
192.168.3.1:8848	Leader	13	DOWN
192.168.3.2:8848	Follower	14	UP
192.168.3.3:8848	Leader	14	UP

新Leader产生后，192.168.3.1节点恢复上线了，但此时Nacos集群中已经有Leader了，192.168.3.1节点则自动变为Follower，且任期归0.

节点	角色	任期	状态
192.168.3.1:8848	Follower	0	UP
192.168.3.2:8848	Follower	14	UP
192.168.3.3:8848	Leader	14	UP

对于Nacos集群来说，只要“UP”状态节点数不少于“1+N/2”，集群就能正常运行。但少于“1+N/2”，集群仍然可以提供服务，但已无法保证Nacos各节点数据一致性。

以上就是Nacos基于Raft算法的Leader选举过程，确定Leader是维持Nacos集群数据一致的最重要前提。那下面再来看一下Nacos集群是如何通过Leader达成数据一致性的

2、Nacos节点间数据同步过程

关于Nacos节点间的数据同步过程，我们先看一下下面的图：

在Raft算法中，只有Leader才拥有数据处理和信息分发的权利。因此当服务启动时，如果注册中心指定为Follower节点，则步骤如下：

• 1、Follower 会自动将注册心跳包转给 Leader 节点；
• 2、Leader 节点完成实质的注册登记工作；
• 3、完成注册后向其他 Follower 节点发起“同步注册日志”的指令；
• 4、所有可用的 Follower 在收到指令后进行“ack应答”，通知 Leader 消息已收到；
• 5、当 Leader 接收过半数 Follower 节点的 “ack 应答”后，返回给微服务“注册成功”的响应信息。

此外，如果某个Follower节点无ack反馈，Leader也会不断重复发送，直到所有Follower节点的状态与Leader同步为止。

以上便是Nacos集群中Leader选举算法及Nacos节点间数据同步的主体流程。通过文字表述可能有些绕口，建议多看几遍，按照服务器的IP来区分会更好理解。

Nacos集群相关的内容就介绍到这里，下篇开始，我们来看一下如何高效实现服务间的消息通信。欢迎有兴趣的小伙伴继续关注。