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etcdetcd介紹

etcd是使用Go語言開發的一個開源的、高可用的分布式key-value存儲系統，可以用于配置共享和服務的注冊和發現。

類似項目有zookeeper和consul。

etcd具有以下特點：

完全復制：集群中的每個節點都可以使用完整的存檔
高可用性：Etcd可用于避免硬件的單點故障或網絡問題
一致性：每次讀取都會返回跨多主機的最新寫入
簡單：包括一個定義良好、面向用戶的API（gRPC）
安全：實現了帶有可選的客戶端證書身份驗證的自動化TLS
快速：每秒10000次寫入的基準速度
可靠：使用Raft算法實現了強一致、高可用的服務存儲目錄

etcd應用場景

服務發現

服務發現要解決的也是分布式系統中最常見的問題之一，即在同一個分布式集群中的進程或服務，要如何才能找到對方并建立連接。本質上來說，服務發現就是想要了解集群中是否有進程在監聽 udp 或 tcp 端口，并且通過名字就可以查找和連接。

配置中心

將一些配置信息放到 etcd 上進行集中管理。

這類場景的使用方式通常是這樣：應用在啟動的時候主動從 etcd 獲取一次配置信息，同時，在 etcd 節點上注冊一個 Watcher 并等待，以后每次配置有更新的時候，etcd 都會實時通知訂閱者，以此達到獲取最新配置信息的目的。

分布式鎖

因為 etcd 使用 Raft 算法保持了數據的強一致性，某次操作存儲到集群中的值必然是全局一致的，所以很容易實現分布式鎖。鎖服務有兩種使用方式，一是保持獨占，二是控制時序。

保持獨占即所有獲取鎖的用戶最終只有一個可以得到。etcd 為此提供了一套實現分布式鎖原子操作 CAS（CompareAndSwap）的 API。通過設置prevExist值，可以保證在多個節點同時去創建某個目錄時，只有一個成功。而創建成功的用戶就可以認為是獲得了鎖。

控制時序，即所有想要獲得鎖的用戶都會被安排執行，但是獲得鎖的順序也是全局唯一的，同時決定了執行順序。etcd 為此也提供了一套 API（自動創建有序鍵），對一個目錄建值時指定為POST動作，這樣 etcd 會自動在目錄下生成一個當前最大的值為鍵，存儲這個新的值（客戶端編號）。同時還可以使用 API 按順序列出所有當前目錄下的鍵值。此時這些鍵的值就是客戶端的時序，而這些鍵中存儲的值可以是代表客戶端的編號。

為什么用 etcd 而不用ZooKeeper？

etcd 實現的這些功能，ZooKeeper都能實現。那么為什么要用 etcd 而非直接使用ZooKeeper呢？

為什么不選擇ZooKeeper？

部署維護復雜，其使用的Paxos強一致性算法復雜難懂。官方只提供了Java和C兩種語言的接口。
使用Java編寫引入大量的依賴。運維人員維護起來比較麻煩。
最近幾年發展緩慢，不如etcd和consul等后起之秀。

為什么選擇etcd？

簡單。使用 Go 語言編寫部署簡單；支持HTTP/JSON API,使用簡單；使用 Raft 算法保證強一致性讓用戶易于理解。
etcd 默認數據一更新就進行持久化。
etcd 支持 SSL 客戶端安全認證。

最后，etcd 作為一個年輕的項目，正在高速迭代和開發中，這既是一個優點，也是一個缺點。優點是它的未來具有無限的可能性，缺點是無法得到大項目長時間使用的檢驗。然而，目前 CoreOS、Kubernetes和CloudFoundry等知名項目均在生產環境中使用了etcd，所以總的來說，etcd值得你去嘗試。

etcd集群

etcd 作為一個高可用鍵值存儲系統，天生就是為集群化而設計的。由于 Raft 算法在做決策時需要多數節點的投票，所以 etcd 一般部署集群推薦奇數個節點，推薦的數量為 3、5 或者 7 個節點構成一個集群。

搭建一個3節點集群示例：

在每個etcd節點指定集群成員，為了區分不同的集群最好同時配置一個獨一無二的token。

下面是提前定義好的集群信息，其中n1、n2和n3表示3個不同的etcd節點。

TOKEN=token-01
CLUSTER_STATE=new
CLUSTER=n1=http://10.240.0.17:2380,n2=http://10.240.0.18:2380,n3=http://10.240.0.19:2380

在n1這臺機器上執行以下命令來啟動etcd：

etcd --data-dir=data.etcd --name n1 \

    --initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.17:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.17:2380 \

    --advertise-client-urls http://10.240.0.17:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.17:2379 \

    --initial-cluster ${CLUSTER} \

    --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

在n2這臺機器上執行以下命令啟動etcd：

etcd --data-dir=data.etcd --name n2 \

    --initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.18:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.18:2380 \

    --advertise-client-urls http://10.240.0.18:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.18:2379 \

    --initial-cluster ${CLUSTER} \

    --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

在n3這臺機器上執行以下命令啟動etcd：

etcd --data-dir=data.etcd --name n3 \

    --initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.19:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.19:2380 \

    --advertise-client-urls http://10.240.0.19:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.19:2379 \

    --initial-cluster ${CLUSTER} \

    --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

etcd 官網提供了一個可以公網訪問的 etcd 存儲地址。你可以通過如下命令得到 etcd 服務的目錄，并把它作為-discovery參數使用。

curl https://discovery.etcd.io/new?size=3
https://discovery.etcd.io/a81b5818e67a6ea83e9d4daea5ecbc92
 
# grab this token
TOKEN=token-01
CLUSTER_STATE=new
DISCOVERY=https://discovery.etcd.io/a81b5818e67a6ea83e9d4daea5ecbc92
 
 
etcd --data-dir=data.etcd --name n1 \

    --initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.17:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.17:2380 \

    --advertise-client-urls http://10.240.0.17:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.17:2379 \

    --discovery ${DISCOVERY} \

    --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}
 
 
etcd --data-dir=data.etcd --name n2 \

    --initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.18:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.18:2380 \

    --advertise-client-urls http://10.240.0.18:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.18:2379 \

    --discovery ${DISCOVERY} \

    --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}
 
 
etcd --data-dir=data.etcd --name n3 \

    --initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.19:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.19:2380 \

    --advertise-client-urls http://10.240.0.19:2379 --listen-client-urls http:/10.240.0.19:2379 \

    --discovery ${DISCOVERY} \

    --initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

到此etcd集群就搭建起來了，可以使用etcdctl來連接etcd。

export ETCDCTL_API=3
HOST_1=10.240.0.17
HOST_2=10.240.0.18
HOST_3=10.240.0.19
ENDPOINTS=$HOST_1:2379,$HOST_2:2379,$HOST_3:2379
 
etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS member lis

Go語言操作etcd

這里使用官方的etcd/clientv3包來連接etcd并進行相關操作。

安裝

go get go.etcd.io/etcd/clientv3

put和get操作

put命令用來設置鍵值對數據，get命令用來根據key獲取值。

package main
 
import (
    "context"
    "fmt"
    "time"
 
    "go.etcd.io/etcd/clientv3"
)
 
// etcd client put/get demo
// use etcd/clientv3
 
func main() {
    cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
        Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
        DialTimeout: 5 * time.Second,
    })
    if err != nil {
        // handle error!
        fmt.Printf("connect to etcd failed, err:%v\n", err)
        return
    }
    fmt.Println("connect to etcd success")
    defer cli.Close()
    // put
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
    _, err = cli.Put(ctx, "q1mi", "dsb")
    cancel()
    if err != nil {
        fmt.Printf("put to etcd failed, err:%v\n", err)
        return
    }
    // get
    ctx, cancel = context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
    resp, err := cli.Get(ctx, "q1mi")
    cancel()
    if err != nil {
        fmt.Printf("get from etcd failed, err:%v\n", err)
        return
    }
    for _, ev := range resp.Kvs {
        fmt.Printf("%s:%s\n", ev.Key, ev.Value)
    }
}

watch操作

watch用來獲取未來更改的通知。

package main
 
import (
    "context"
    "fmt"
    "time"
 
    "go.etcd.io/etcd/clientv3"
)
 
// watch demo
 
func main() {
    cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
        Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
        DialTimeout: 5 * time.Second,
    })
    if err != nil {
        fmt.Printf("connect to etcd failed, err:%v\n", err)
        return
    }
    fmt.Println("connect to etcd success")
    defer cli.Close()
    // watch key:q1mi change
    rch := cli.Watch(context.Background(), "q1mi") // -chan WatchResponse
    for wresp := range rch {
        for _, ev := range wresp.Events {
            fmt.Printf("Type: %s Key:%s Value:%s\n", ev.Type, ev.Kv.Key, ev.Kv.Value)
        }
    }
}

將上面的代碼保存編譯執行，此時程序就會等待etcd中q1mi這個key的變化。

例如：我們打開終端執行以下命令修改、刪除、設置q1mi這個key。

etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put q1mi "dsb2"
OK
 
etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 del q1mi
1
 
etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put q1mi "dsb3"
OK

上面的程序都能收到如下通知。

watch>watch.exe
connect to etcd success
Type: PUT Key:q1mi Value:dsb2
Type: DELETE Key:q1mi Value:
Type: PUT Key:q1mi Value:dsb3

lease租約

package main
 
import (
    "fmt"
    "time"
)
 
// etcd lease
 
import (
    "context"
    "log"
 
    "go.etcd.io/etcd/clientv3"
)
 
func main() {
    cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
        Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
        DialTimeout: time.Second * 5,
    })
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    fmt.Println("connect to etcd success.")
    defer cli.Close()
 
    // 創建一個5秒的租約
    resp, err := cli.Grant(context.TODO(), 5)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
 
    // 5秒鐘之后, /nazha/ 這個key就會被移除
    _, err = cli.Put(context.TODO(), "/nazha/", "dsb", clientv3.WithLease(resp.ID))
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}

keepAlive

package main
 
import (
    "context"
    "fmt"
    "log"
    "time"
 
    "go.etcd.io/etcd/clientv3"
)
 
// etcd keepAlive
 
func main() {
    cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
        Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
        DialTimeout: time.Second * 5,
    })
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    fmt.Println("connect to etcd success.")
    defer cli.Close()
 
    resp, err := cli.Grant(context.TODO(), 5)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
 
    _, err = cli.Put(context.TODO(), "/nazha/", "dsb", clientv3.WithLease(resp.ID))
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
 
    // the key 'foo' will be kept forever
    ch, kaerr := cli.KeepAlive(context.TODO(), resp.ID)
    if kaerr != nil {
        log.Fatal(kaerr)
    }
    for {
        ka := -ch
        fmt.Println("ttl:", ka.TTL)
    }
}

基于etcd實現分布式鎖

go.etcd.io/etcd/clientv3/concurrency在etcd之上實現并發操作，如分布式鎖、屏障和選舉。

導入該包：

import "go.etcd.io/etcd/clientv3/concurrency"

基于etcd實現的分布式鎖示例：

cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{Endpoints: endpoints})
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
defer cli.Close()
 
// 創建兩個單獨的會話用來演示鎖競爭
s1, err := concurrency.NewSession(cli)
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
defer s1.Close()
m1 := concurrency.NewMutex(s1, "/my-lock/")
 
s2, err := concurrency.NewSession(cli)
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
defer s2.Close()
m2 := concurrency.NewMutex(s2, "/my-lock/")
 
// 會話s1獲取鎖
if err := m1.Lock(context.TODO()); err != nil {
    log.Fatal(err)
}
fmt.Println("acquired lock for s1")
 
m2Locked := make(chan struct{})
go func() {
    defer close(m2Locked)
    // 等待直到會話s1釋放了/my-lock/的鎖
    if err := m2.Lock(context.TODO()); err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}()
 
if err := m1.Unlock(context.TODO()); err != nil {
    log.Fatal(err)
}
fmt.Println("released lock for s1")
 
-m2Locked
fmt.Println("acquired lock for s2")

輸出：