Nacos 集群节点是如何管理的？节点加入和退出的流程是怎样的？

我们来详细分析下Nacos 集群节点的管理机制，以及节点加入和退出的流程。需要注意的是，Nacos 2.x 版本相较于 1.x 在集群协议和节点管理上有了重大改进，采用了基于 gRPC 的长连接和内置的 Distro 协议 以及 JRaft 协议，效率和一致性都得到了显著提升。以下主要基于 Nacos 2.x 的机制进行说明：

Nacos 集群节点管理核心机制

Nacos 集群的管理依赖于以下几个核心机制：

1. 节点发现 (Node Discovery):

   • 初始发现: 当一个 Nacos 节点首次启动时，它需要知道集群中其他节点的存在。通过一个静态配置文件（cluster.conf 或 cluster.conf.example ）来实现。这个文件列出了集群中所有（或部分）节点的 IP 地址和端口。
   • 动态维护: 一旦节点成功加入集群，集群内部会维护一个动态的、实时更新的成员列表。后续节点的加入和退出会通知到集群内的所有健康节点。

2. 成员关系维护 (Membership Management):

   • JRaft 协议: Nacos 2.x 使用 JRaft（一个 Raft 算法的 Java 实现）来管理集群的元数据，其中包括了集群成员列表。Raft 协议是一个强一致性协议，通过选举 Leader 和日志复制来保证所有节点中的成员列表可见。
   • Leader 角色: Raft 集群中会有一个 Leader 节点，负责处理成员变更请求（节点加入或退出）。
   • 心跳机制 (Heartbeat): 节点之间通过 gRPC 长连接维持心跳。这不仅用于 Raft 协议本身（Leader 向 Follower 发送心跳，Follower 向 Leader 确认），也用于快速检测节点的存活状态。如果一个节点长时间没有响应心跳，会被认为失联或宕机。

3. 数据同步 (Data Synchronization):

   • Distro 协议: 对于服务注册信息、配置信息等业务数据，Nacos 2.x 主要使用自研的 Distro 协议进行节点间同步。Distro 协议是一种 AP（可用性、分区容错性）协议，保证数据的最终一致性，并且针对服务发现和配置管理的场景做了优化，效率较高。
   • JRaft 协议 (元数据): 配置相关的元数据（如配置历史、聚合数据等）或一些需要强一致性的内部状态，可能会通过 JRaft 进行同步。

节点加入集群流程 (Node Join)

一个新节点加入 Nacos 集群大致经历以下步骤：

1. 读取配置: 新节点启动时，首先读取 conf/cluster.conf 文件，获取初始的集群节点列表。
2. 尝试连接: 节点会尝试通过 gRPC 连接 cluster.conf 中列出的其他节点。
3. 身份验证与注册请求:
   • 连接成功后，新节点会向已连接的节点表明自己的身份（IP、端口、节点 ID 等）。
   • 它会向集群（通常是 Leader 节点，或者通过其他节点转发给 Leader）发送加入集群的请求。
4. Raft 成员变更:
   • Leader 收到加入请求后，会发起一个 Raft 提案（Proposal），提议将新节点添加到集群成员列表中。
   • 这个提案需要在 Raft 集群中超过半数的节点（Quorum）达成共识（通过日志复制和确认）。
5. 成员列表更新: 一旦提案被接受并通过共识，所有节点都会更新自己的成员列表，将新节点包含在内。
6. 状态同步:
   • 新节点加入后，会开始从其他节点（通常是 Leader 或就近节点）拉取全量或增量的业务数据（服务实例列表、配置信息等），通过 Distro 协议或其他同步机制进行同步。
   • 新节点开始参与集群的心跳机制，并准备好对外提供服务或接收其他节点的同步信息。
7. 对外服务: 当新节点完成数据同步并状态稳定后，它就可以处理来自客户端或其他节点的请求了。

节点退出集群流程 (Node Exit)

节点退出分为两种情况：

A. 优雅退出 (Graceful Shutdown)

1. 发起退出信号: 当管理员通过命令或 API 正常关闭一个 Nacos 节点时，该节点会触发优雅退出的流程。它会主动通知集群（通常是 Leader）自己即将下线。
2. Raft 成员变更: Leader 收到退出信号后，发起一个 Raft 提案，提议将该节点从成员列表中移除。
3. 达成共识: Raft 集群就该提案达成共识。
4. 成员列表更新: 所有节点更新成员列表，移除该节点。
5. 连接断开: 其他节点会断开与退出节点的 gRPC 连接。
6. 资源释放: 退出节点完成必要的资源清理工作后，正式关闭进程。
   • 数据迁移 (可选): 在某些设计中（尤其是有状态部分），可能会触发数据迁移逻辑，将该节点负责的数据（如 Raft 日志、某些分片数据）迁移到其他节点，但这更多取决于具体的实现细节和数据分片策略。Nacos 的核心数据（注册信息、配置）是多副本存储的，通常不需要显式迁移。

B. 异常退出 (Failure / Crash)

1. 心跳超时: 节点由于宕机、网络隔离等原因异常退出时，无法再发送或响应心跳。
2. 失败检测: 集群中的其他节点（尤其是 Leader）通过心跳机制检测到该节点失联（超过预设的超时时间）。
3. 标记为不健康: Leader 或其他节点会将失联节点标记为不健康状态。
4. Raft 成员变更 (自动): 在持续一段时间无法恢复连接后，Leader 会自动发起 Raft 提案，提议将该失联节点从集群成员列表中移除。
5. 达成共识: Raft 集群达成共识。
6. 成员列表更新: 所有节点更新成员列表，移除该节点。
7. 连接清理: 其他节点清理与失败节点的连接资源。

总结:

Nacos 2.x 的集群节点管理是一个结合了静态配置启动、基于 Raft 的强一致性成员管理、高效 AP 数据同步 (Distro) 以及基于 gRPC 的长连接心跳的复杂系统。节点的加入和退出都通过 Raft 协议保证集群成员视图的一致性，而健康检查则依赖于 gRPC 的心跳机制。这种设计使得 Nacos 集群在高可用、可伸缩性和数据一致性方面表现得更加健壮和高效。