开源配置中心 Apollo 的设计与实现

阅读数:16916 2017 年 9 月 19 日 17:49

通过一个开源配置中心的设计思路与实现细节,让咱们来了解配置与配置中心会涉及到一些什么知识点。本文来自宋顺在“携程技术沙龙——海量互联网基础架构”上的分享。

What is Apollo

随着程序功能的日益复杂,程序的配置日益增多:各种功能的开关、参数的配置、服务器的地址……

对程序配置的期望值也越来越高:配置修改后实时生效,灰度发布,分环境、分集群管理配置,完善的权限、审核机制……

在这样的大环境下,传统的通过配置文件、数据库等方式已经越来越无法满足开发人员对配置管理的需求。Apollo 配置中心应运而生!

Apollo 简介

Apollo(阿波罗)是携程框架部门研发的 开源配置管理中心,能够集中化管理应用不同环境、不同集群的配置,配置修改后能够实时推送到应用端,并且具备规范的权限、流程治理等特性。

Apollo 支持 4 个维度管理 Key-Value 格式的配置:

  • application (应用)

  • environment (环境)

  • cluster (集群)

  • namespace (命名空间)

同时,Apollo 基于开源模式开发,开源地址

什么是配置?

既然 Apollo 定位于配置中心,那么在这里有必要先简单介绍一下什么是配置。

按照我们的理解,配置有以下几个属性:

配置是独立于程序的只读变量

  1. 配置首先是独立于程序的,同一份程序在不同的配置下会有不同的行为
  2. 其次,配置对于程序是只读的,程序通过读取配置来改变自己的行为,但是程序不应该去改变配置
  3. 常见的配置有:DB Connection Str、Thread Pool Size、Buffer Size、Request Timeout、Feature Switch、Server Urls 等

配置伴随应用的整个生命周期

配置贯穿于应用的整个生命周期,应用在启动时通过读取配置来初始化,在运行时根据配置调整行为

配置可以有多种加载方式

配置也有很多种加载方式,常见的有程序内部 hard code,配置文件,环境变量,启动参数,基于数据库等

配置需要治理

1、权限控制

由于配置能改变程序的行为,不正确的配置甚至能引起灾难,所以对配置的修改必须有比较完善的权限控制

2、不同环境、集群配置管理

同一份程序在不同的环境(开发,测试,生产)、不同的集群(如不同的数据中心)经常需要有不同的配置,所以需要有完善的环境、集群配置管理

3、框架类组件配置管理

有一类比较特殊的配置——框架类组件配置,比如 CAT 客户端的配置。

虽然这类框架类组件是由其他团队开发、维护,但是运行时是在业务实际应用内的,所以本质上可以认为框架类组件也是应用的一部分。这类组件对应的配置也需要有比较完善的管理方式

Why Apollo

正是基于配置的特殊性,所以 Apollo 从设计之初就立志于成为一个有治理能力的配置管理平台,目前提供了以下的特性:

统一管理不同环境、不同集群的配置

  1. Apollo 提供了一个统一界面集中式管理不同环境(environment)、不同集群(cluster)、不同命名空间(namespace)的配置
  2. 同一份代码部署在不同的集群,可以有不同的配置,比如 ZooKeeper 的地址等
  3. 通过命名空间(namespace)可以很方便地支持多个不同应用共享同一份配置,同时还允许应用对共享的配置进行覆盖

配置修改实时生效(热发布)

用户在 Apollo 修改完配置并发布后,客户端能实时(1 秒)接收到最新的配置,并通知到应用程序(客户端和服务端保持了一个长连接,从而能第一时间获得配置更新的推送)

版本发布管理

所有的配置发布都有版本概念,从而可以方便地支持配置的回滚

灰度发布

支持配置的灰度发布,比如点了发布后,只对部分应用实例生效,等观察一段时间没问题后再推给所有应用实例

权限管理、发布审核、操作审计

1、应用和配置的管理都有完善的权限管理机制,对配置的管理还分为了编辑和发布两个环节,从而减少人为的错误

2、所有的操作都有审计日志,可以方便地追踪问题

客户端配置信息监控

可以在界面上方便地看到配置在被哪些实例使用

提供 Java 和.Net 原生客户端

  1. 提供了 Java 和.Net 的原生客户端,方便应用集成
  2. 支持 Spring Placeholder, Annotation 和 Spring Boot 的 ConfigurationProperties,方便应用使用(需要 Spring 3.1.1+)
  3. 同时提供了 Http 接口,非 Java 和.Net 应用也可以方便地使用

提供开放平台 API

Apollo 自身提供了比较完善的统一配置管理界面,支持多环境、多数据中心配置管理、权限、流程治理等特性。不过 Apollo 出于通用性考虑,不会对配置的修改做过多限制,只要符合基本的格式就能保存,不会针对不同的配置值进行针对性的校验,如数据库用户名、密码,Redis 服务地址等。

对于这类应用配置,Apollo 支持应用方通过开放平台 API 在 Apollo 进行配置的修改和发布,并且具备完善的授权和权限控制。

比如 Redis 服务器地址由 Redis 治理系统经过校验后通过开放平台 API 配置到 Apollo,进而下发到所有使用 Redis 的应用程序。

当 Redis 治理系统发现某个机房的 Redis 全部发生故障时,可以通过 Apollo 开放平台 API 把另一个机房的 Redis 服务器地址实时下发到应用程序,从而实现 Redis 故障的秒级切换(Redis 跨机房同步可以参考携程开源 Redis 多数据中心解决方案 XPipe)。

部署简单

  1. 配置中心作为基础服务,可用性要求非常高,这就要求 Apollo 对外部依赖尽可能地少
  2. 目前唯一的外部依赖是 MySQL,所以部署非常简单,只要安装好 Java 和 MySQL 就可以让 Apollo 跑起来
  3. Apollo 还提供了打包脚本,一键就可以生成所有需要的安装包,并且支持自定义运行时参数

Apollo at a glance

基础模型

如下即是 Apollo 的基础模型:

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开源配置中心Apollo的设计与实现

  • 用户在配置中心对配置进行修改并发布

  • 配置中心通知 Apollo 客户端有配置更新

  • Apollo 客户端从配置中心拉取最新的配置、更新本地配置并通知到应用

    界面概览

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    开源配置中心Apollo的设计与实现

    上图是 Apollo 配置中心中一个项目的配置首页

    • 在页面左上方的环境列表模块展示了所有的环境和集群,用户可以随时切换

    • 页面中央展示了两个 namespace(application 和 FX.apollo) 的配置信息,默认按照表格模式展示、编辑。用户也可以切换到文本模式,以文件形式查看、编辑

    • 页面上可以方便地进行发布、回滚、灰度、授权、查看更改历史和发布历史等操作

      添加 / 修改配置项

      用户可以通过配置中心界面方便的添加 / 修改配置项:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      输入配置信息:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      发布配置

      通过配置中心发布配置:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      填写发布信息:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      客户端获取配置(Java API 样例)

      配置发布后,就能在客户端获取到了,以 Java API 方式为例,获取配置的示例代码如下:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      客户端监听配置变化(Java API 样例)

      通过上述获取配置代码,应用就能实时获取到最新的配置了。不过在某些场景下,应用还需要在配置变化时获得通知,比如数据库连接的切换等,所以 Apollo 还提供了监听配置变化的功能,Java 示例如下:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      Spring 集成样例

      Apollo 和 Spring 也可以很方便地集成,只需要标注 @EnableApolloConfig 后就可以通过 @Value 获取配置信息:

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

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      开源配置中心Apollo的设计与实现

      Apollo in depth

      通过上面的介绍,相信大家已经对 Apollo 有了一个初步的了解,接下来我们深入了解一下 Apollo 的核心概念和背后的设计。

      关键概念

      application (应用)

      这个很好理解,就是实际使用配置的应用,Apollo 客户端在运行时需要知道当前应用是谁,从而可以去获取对应的配置。

      每个应用都需要有唯一的身份标识——appId,我们认为应用身份是跟着代码走的,所以需要在代码中配置:

      • Java 客户端通过 classpath:/META-INF/app.properties 来指定 appId

      • .Net 客户端通过 app.config 来指定 appId

        environment (环境)

        配置对应的环境,Apollo 客户端在运行时需要知道当前应用处于哪个环境,从而可以去获取应用的配置。

        我们认为环境和代码无关,同一份代码部署在不同的环境就应该能够获取到不同环境的配置。所以环境默认是通过读取机器上的配置(server.properties 中的 env 属性)指定的。

        不过为了开发方便,我们也支持运行时通过 System Property 等指定,server.properties 文件路径如下:

        • Windows: C:\opt\settings\server.properties

        • Linux/Mac: /opt/settings/server.properties

        • cluster (集群)

        一个应用下不同实例的分组,比如典型的可以按照数据中心分,把上海机房的应用实例分为一个集群,把北京机房的应用实例分为另一个集群。对不同的 cluster,同一个配置可以有不一样的值,如 ZooKeeper 地址。

        集群默认是通过读取机器上的配置(server.properties 中的 idc 属性)指定的,不过也支持运行时通过 System Property 指定。

        namespace (命名空间)

        一个应用下不同配置的分组,可以简单地把 namespace 类比为文件,不同类型的配置存放在不同的文件中,如数据库配置文件,RPC 配置文件,应用自身的配置文件等。

        应用可以直接读取到公共组件的配置 namespace,如 DAL,RPC 等。应用也可以通过继承公共组件的配置 namespace 来对公共组件的配置做调整,如 DAL 的初始数据库连接数。

        总体设计

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        开源配置中心Apollo的设计与实现

        上图简要描述了 Apollo 的总体设计,我们可以从下往上看:

        • Config Service 提供配置的读取、推送等功能,服务对象是 Apollo 客户端

        • Admin Service 提供配置的修改、发布等功能,服务对象是 Apollo Portal(管理界面)

        • Config Service 和 Admin Service 都是多实例、无状态部署,所以需要将自己注册到 Eureka 中并保持心跳

        • 在 Eureka 之上我们架了一层 Meta Server 用于封装 Eureka 的服务发现接口

        • Client 通过域名访问 Meta Server 获取 Config Service 服务列表(IP+Port),而后直接通过 IP+Port 访问服务,同时在 Client 侧会做 load balance、错误重试

        • Portal 通过域名访问 Meta Server 获取 Admin Service 服务列表(IP+Port),而后直接通过 IP+Port 访问服务,同时在 Portal 侧会做 load balance、错误重试

        • 为了简化部署,我们实际上会把 Config Service、Eureka 和 Meta Server 三个逻辑角色部署在同一个 JVM 进程中

          为什么选择 Eureka

          为什么我们采用 Eureka 作为服务注册中心,而不是使用传统的 zk、etcd 呢?我大致总结了一下,有以下几方面的原因:

          1. 它提供了完整的 Service Registry 和 Service Discovery 实现首先是提供了完整的实现,并且也经受住了 Netflix 自己的生产环境考验,相对使用起来会比较省心。
          2. 和 Spring Cloud 无缝集成

            我们的项目本身就使用了 Spring Cloud 和 Spring Boot,同时 Spring Cloud 还有一套非常完善的开源代码来整合 Eureka,所以使用起来非常方便。

            另外,Eureka 还支持在我们应用自身的容器中启动,也就是说我们的应用启动完之后,既充当了 Eureka 的角色,同时也是服务的提供者。这样就极大的提高了服务的可用性。

            这一点是我们选择 Eureka 而不是 zk、etcd 等的主要原因,为了提高配置中心的可用性和降低部署复杂度,我们需要尽可能地减少外部依赖。

          3. 开源

            最后一点是开源,由于代码是开源的,所以非常便于我们了解它的实现原理和排查问题。

          客户端设计

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          开源配置中心Apollo的设计与实现

          上图简要描述了 Apollo 客户端的实现原理:

          1、客户端和服务端保持了一个长连接,从而能第一时间获得配置更新的推送。

          2、客户端还会定时从 Apollo 配置中心服务端拉取应用的最新配置。

          这是一个 fallback 机制,为了防止推送机制失效导致配置不更新。

          客户端定时拉取会上报本地版本,所以一般情况下,对于定时拉取的操作,服务端都会返回 304 - Not Modified。

          定时频率默认为每 5 分钟拉取一次,客户端也可以通过在运行时指定 System Property: apollo.refreshInterval 来覆盖,单位为分钟。

          3、客户端从 Apollo 配置中心服务端获取到应用的最新配置后,会保存在内存中

          4、客户端会把从服务端获取到的配置在本地文件系统缓存一份

          在遇到服务不可用,或网络不通的时候,依然能从本地恢复配置

          5、应用程序从 Apollo 客户端获取最新的配置、订阅配置更新通知

          配置更新推送实现

          前面提到了 Apollo 客户端和服务端保持了一个长连接,从而能第一时间获得配置更新的推送。

          长连接实际上我们是通过 Http Long Polling 实现的,具体而言:

          1、客户端发起一个 Http 请求到服务端

          2、服务端会保持住这个连接 30 秒

          • 如果在 30 秒内有客户端关心的配置变化,被保持住的客户端请求会立即返回,并告知客户端有配置变化的 namespace 信息,客户端会据此拉取对应 namespace 的最新配置

          • 如果在 30 秒内没有客户端关心的配置变化,那么会返回 Http 状态码 304 给客户端

          3、客户端在收到服务端请求后会立即重新发起连接,回到第一步考虑到会有数万客户端向服务端发起长连,在服务端我们使用了 async servlet(Spring DeferredResult) 来服务 Http Long Polling 请求。

          可用性考虑

          配置中心作为基础服务,可用性要求非常高,下面的表格描述了不同场景下 Apollo 的可用性:

          (点击放大图像)

          开源配置中心Apollo的设计与实现

          Contribute to Apollo

          Apollo 从开发之初就是以开源模式开发的,所以也非常欢迎有兴趣、有余力的朋友一起加入进来。

          服务端开发使用的是 Java,基于 Spring Cloud 和 Spring Boot 框架。客户端目前提供了 Java 和.Net 两种实现。

          Github 地址

          欢迎大家发起 Pull Request!

          作者介绍

          宋顺,携程框架研发部技术专家。2016 年初加入携程,主要负责中间件产品的相关研发工作。毕业于复旦大学软件工程系,曾就职于大众点评,担任后台系统技术负责人。


          感谢雨多田光对本文的审校。

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