Etcd 概要 机制及使用场景_etcd通知机制

Etcd

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etcd是 CoreOS基于Raft开发的分布式key-value 存储，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（如数据库选主、分布式锁等）。

在分布式系统中，如何管理节点间的状态一直是一个难题，etcd 像是专门为集群环境的服务发现和注册而设计，它提供了数据TTL失效、数据改变监视、多值、目录监听、分布式锁原子操作等功能，可以方便的跟踪并管理集群节点的状态。

• 分布式键值对存储∶将数据存储在分层组织的目录中，如同在标准文件系统中(可以将它的key和value他们的映射关系存下来)

为什么要做分布式存储呢？就是数据安全的要求，如果是单节点的键值对存储很简单就能够实现，但是如果单节点出现了故障，那么数据就会丢失，对于这种场景你要保证数据的安全，就需要不停的去备份数据，比如对数据时效性不高可能每天备份一下数据，数据丢失的话就损失一天的数据。

现在对数据的时效性越来越高了，分布式存储就解决了这样一个问题，一个节点可能出现故障那么我们能不能组成一个集群，组成一个集群让我的数据冗余备份，一个节点有问题，其他节点还有最新的数据，那么可以很快的在不影响业务的前提下面恢复数据，这样就保证了数据的安全性。

一但是分布式系统就设计到如何保证的数据一致性，所以对etcd来说，最核心的就是如何保证数据的一致性，这个一致性的指导理论就是raft协议。

raft是一个标准的一致性协议，etcd是实现了这个协议的，所以etcd是一个分布式的键值存储。

• 监测变更∶监测特定的键或目录以进行更改，并对值的更改做出反应

etcd还提供了监听的能力，通常数据库可以get一个值，它返回给你就结束了，但是对于etcd来说可以通过watch的命令，就相当于给我一个http request，但是多加一个参数，比如watch的参数，但是etcd的行为就不一样了，除了将当前的数据返回给你，还会保持这个长连接，之后这个对象所有的变更，他都会以事件的形式通知给你，这样保证你不需要做轮询，就能够关注到所有对象的变更。

• 简单∶Curl可访问的用户的 API（HTTP+JSON）
• 安全∶可选的 SSL客户端证书认证，保证传输的安全
• 快速∶单实例每秒1000次写操作，2000+次读操作可靠
• 使用 Raft算法保证一致性。 

主要功能 

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• 基本的 key-value 存储
• 监听机制
• key 的过期及续约机制，用于监控和服务发现

它的主要功能除了键值对存储，监听机制，还有一个续约机制，它里面有lease对象，这个lease对象允许你在写键值的时候给键值对一个生命周期，比如给30s的生命周期，要保证键值对一直有效就要去一直续约，如果超过30s没有续约，这个键值对就会消失。

• 原子Compare And Swap和Compare And Delete，用于分布式锁和leader选举

使用场景

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• 可以用于键值对存储，应用程序可以读取和写入etcd 中的数据
• etcd 比较多的应用场景是用于服务注册与发现

 它有lease的机制，续约机制一般用在什么场景下？用于服务发现的场景，比如spring cloud，跑一个应用实例，有一个注册中心，当应用实例运行完之后就要去注册中心把自己注册上，但是注册的时间是有时效性的比如30s，作为客户端如何保证自己是活着的，这就需要不停的去续约，一旦续约没有完成，比如中间网络中断，那么之前的键值就失效了，所以它很自然的就落在了服务发现的场景，我写一个键值对注册自己，并且不停的续约，如果续约不成功，那么键值对失效。

通过这种机制就可以发现整个集群里面的service。

基于监听机制的分布式异步系统 

• 基于监听和消息通知机制，etcd本身就是一个消息中间件了，

键值对存储

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etcd是一个键值存储的组件，其他的应用都是基于其键值存储的功能展开。

• 采用KV 型数据存储，一般情况下比关系型数据库快。

k v存储轻量级，那么可以按照键值快速的去做索引，因为只有一个列，不像数据库，很多列，很多行，查询起来开销非常的大。

• 支持动态存储（内存）以及静态存储（磁盘）。
• 分布式存储，可集成为多节点集群。

存储方式，采用类似目录结构（B+tree）。

• 只有叶子节点才能真正存储数据，相当于文件。
• 叶子节点的父节点一定是目录，目录不能存储数据。

服务注册与发现

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 有一个服务注册中心，这里都有服务提供者和服务消费者，服务提供者比如说提供了web服务，我将自己的ip和服务名称写到etcd里面，通过续约的机制写进去，通过lease的机制写进去，通过心跳来保持这个续约有效，如果中间链路或者自身出现了问题，那么租约就失败了。

另外一边服务消费者，他就去服务注册中心发现服务，服务有哪些endpoint，只要在服务注册中心里面服务发现这个查询能够发现的这些endpoint，那就说明它是当前的有效的服务提供者，那么就可以产生绑定关系。

消费者要相信etcd会将失效的服务提供者，也就是没有及时续约的，那些提供者的ip都会自动拿掉，通过这种场景就可以做服务注册和发现。

消息发布与订阅

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etcd既然支持watch的机制，支持保持长连接通过event的方式来推送消息，那么它本身就是消息注册中心，消费方要去查询某个对象，比如查询某个键值，在查询的时候同时返回当前的值给我，并且我要持续监听，这是查询的一个请求，etcd就会将当前的键值value传给消费者，并且长连接会一直保持。

那么这个时候生产者可能会去更新当前主键的键值，所有这些变化，增删改，在etcd里面做的修改，etcd都会以消息的机制，比如说发add modify和delete的event给消费者，消费者接收到这些事件之后就可以去做对应的配置操作。

第三方库和客户端工具

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目前有很多支持etcd 的库和客户端工具

• 命令行客户端工具etcdctl
• Go 客户端 go-etcd
• Java 客户端 jetcd
• Python客户端 python-etcd

etcd练习 

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模糊查询，查询所有的以斜杠开头/  key的值

 只想看key，不想看value

也可以通过watch的操作来检测一些对象的变化，watch所有以斜杠为开头的这种键值，它的变化情况。

TTL

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TTL（Time To Live）指的是给一个key设置一个有效期，到期后这个key 就会被自动删掉，这在很多分布式锁的实现上都会用到，可以保证锁的实时有效性。

在etcd里面有支持一个对象叫做lease，创建lease对象，并且可以为它设置生命周期，比如30s，当我去写入一个键值的时候，那么可以将这个键值对和这个lease对象产生绑定关系，如果这个对象没有renew，到了它的租约，整个key-value就消失了。

CAS

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Atomic Compare-and-Swap（CAS）指的是在对key进行赋值的时候，客户端需要提供一些条件，当这些条件满足后，才能赋值成功。

这些条件包括∶

• prevExist∶key 当前赋值前是否存在
• prevValue∶key 当前赋值前的值
• prevIndex∶key当前赋值前的 Index

这样的话，key 的设置是有前提的，需要知道这个key当前的具体情况才可以对其设置。

在谈数据一致性的时候，构建一致性系统的时候，一般会使用cas机制，很多cpu指令支持cas机制，当我去修改某个内存值的时候，可以带着一个条件去修改，当前提条件满足的时候修改操作才会被执行。

它通过单条指令对数据修改，而且在做数据的修的时候可以给它加预触发的条件，cas在etcd选主被广泛采用。

正是上面所有的这些机制使得etcd变为非常流行的框架。