Disconf实现分布式配置管理的原理与设计

技术背景

在一个分布式环境中，同类型的服务往往会部署很多实例。这些实例使用了一些配置，为了更好地维护这些配置就产生了配置管理服务。通过这个服务可以轻松地管理成千上百个服务实例的配置问题。

王阿晶提出了基于zooKeeper的配置信息存储方案的设计与实现[1], 它将所有配置存储在zookeeper上，这会导致配置的管理不那么方便，而且他们没有相关的源码实现。淘宝的diamond[2]是淘宝内部使用的一个管理持久配置的系统，它具有完整的开源源码实现，它的特点是简单、可靠、易用，淘宝内部绝大多数系统的配置都采用diamond来进行统一管理。他将所有配置文件里的配置打散化进行存储，只支持KV结构，并且配置更新的推送是非实时的。百度内部的BJF配置中心服务[3]采用了类似淘宝diamond的实现，也是配置打散化、只支持KV和非实时推送。

同构系统是市场的主流，特别地，在业界大量使用部署虚拟化（如JPAAS系统，SAE，BAE）的情况下，同一个系统使用同一个部署包的情景会越来越多。但是，异构系统也有一定的存在意义，譬如，对于“拉模式”的多个下游实例，同一时间点只能只有一个下游实例在运行。在这种情景下，就存在多台实例机器有“主备机”模式的问题。目前国内并没有很明显的解决方案来统一解决此问题。

功能特点与设计理念

disconf是一套完整的基于zookeeper的分布式配置统一解决方案。

它的功能特点是

• 支持配置（配置项+配置文件）的分布式化管理
  • 配置发布统一化
  • 配置发布、更新统一化（云端存储、发布）:配置存储在云端系统，用户统一在平台上进行发布、更新配置。
  • 配置更新自动化：用户在平台更新配置，使用该配置的系统会自动发现该情况，并应用新配置。特殊地，如果用户为此配置定义了回调函数类，则此函数类会被自动调用。
• 配置异构系统管理
  • 异构包部署统一化：这里的异构系统是指一个系统部署多个实例时，由于配置不同，从而需要多个部署包（jar或war）的情况（下同）。使用Disconf后，异构系统的部署只需要一个部署包，不同实例的配置会自动分配。特别地，在业界大量使用部署虚拟化（如JPAAS系统，SAE，BAE）的情况下，同一个系统使用同一个部署包的情景会越来越多，Disconf可以很自然地与他天然契合。 异构主备自动切换：如果一个异构系统存在主备机，主机发生挂机时，备机可以自动获取主机配置从而变成主机。
  • 异构主备机Context共享工具：异构系统下，主备机切换时可能需要共享Context。可以使用Context共享工具来共享主备的Context。
• 注解式编程，极简的使用方式：我们追求的是极简的、用户编程体验良好的编程方式。通过简单的标注+极简单的代码撰写，即可完成复杂的配置分布式化。
• 需要Spring编程环境

它的设计理念是：

• 简单，用户体验良好：
  • 摒弃了打散化配置的管理方式[2,3]，仍旧采用基于配置文件的编程方式，这和程序员以前的编程习惯（配置都是放在配置文件里）一致。特别的，为了支持较为小众的打散化配置功能，还特别支持了配置项。
  • 采用了基于XML无代码侵入编程方式：只需要几行XML配置，即可实现配置文件发布更新统一化、自动化。
  • 采用了基于注解式的弱代码侵入编程方式：通过编程规范，一个配置文件一个配置类，代码结构简单易懂。XML几乎没有任何更改，与原springXML配置一样。真正编程时，几乎感觉不到配置已经分布式化
• 可以托管任何类型的配置文件，这与[2,3]只能支持KV结构的功能有较大的改进。
• 配置更新实时推送
• 提供界面良好Web管理功能，可以非常方便的查看配置被哪些实例使用了。

详细设计

架构设计

disconf服务集群模式：

disconf的模块架构图：

每个模块的简单介绍如下：

• Disconf-core
  • 分布式通知模块：支持配置更新的实时化通知
  • 路径管理模块：统一管理内部配置路径URL
• Disconf-client
  • 配置仓库容器模块：统一管理用户实例中本地配置文件和配置项的内存数据存储
  • 配置reload模块：监控本地配置文件的变动，并自动reload到指定bean
  • 扫描模块：支持扫描所有disconf注解的类和域
  • 下载模块：restful风格的下载配置文件和配置项
  • watch模块：监控远程配置文件和配置项的变化
  • 主备分配模块：主备竞争结束后，统一管理主备分配与主备监控控制
  • 主备竞争模块：支持分布式环境下的主备竞争
• Disconf-web
  • 配置存储模块：管理所有配置的存储和读取
  • 配置管理模块：支持配置的上传、下载、更新
  • 通知模块：当配置更新后，实时通知使用这些配置的所有实例
  • 配置自检监控模块：自动定时校验实例本地配置与中心配置是否一致
  • 权限控制：web的简单权限控制
• Disconf-tools
  • context共享模块：提供多实例间context的共享。

流程设计

运行流程详细介绍：

与2.0版本的主要区别是支持了：主备分配功能/主备切换事件。

• 启动事件A：以下按顺序发生。
  • A3：扫描静态注解类数据，并注入到配置仓库里。
  • A4+A2：根据仓库里的配置文件、配置项，去 disconf-web 平台里下载配置数据。这里会有主备竞争
  • A5：将下载得到的配置数据值注入到仓库里。
  • A6：根据仓库里的配置文件、配置项，去ZK上监控结点。
  • A7+A2：根据XML配置定义，到 disconf-web 平台里下载配置文件，放在仓库里，并监控ZK结点。这里会有主备竞争。
  • A8：A1-A6均是处理静态类数据。A7是处理动态类数据，包括：实例化配置的回调函数类；将配置的值注入到配置实体里。
• 更新配置事件B：以下按顺序发生。
  • B1：管理员在 Disconf-web 平台上更新配置。
  • B2：Disconf-web 平台发送配置更新消息给ZK指定的结点。
  • B3：ZK通知 Disconf-cient 模块。
  • B4：与A4一样。
  • B5：与A5一样。
  • B6：基本与A4一样，唯一的区别是，这里还会将配置的新值注入到配置实体里。
• 主备机切换事件C：以下按顺序发生。
  • C1：发生主机挂机事件。
  • C2：ZK通知所有被影响到的备机。
  • C4：与A2一样。
  • C5：与A4一样。
  • C6：与A5一样。
  • C7：与A6一样。

模块实现

disconf-web提供了前后端分离的web架构，具体可见：https://github.com/knightliao/disconf/tree/master/disconf-web

本部分会重点介绍disconf-client的实现方式。

注解式disconf实现

本实现会涉及到 配置仓库容器模块、扫描模块、下载模块、watch模块，

使用AOP拦截的一个好处是可以比较轻松的实现配置控制，比如并发环境下的配置统一生效。关于这方面的讨论可以见这里。

特别地，本方式提供的编程模式非常简单，例如使用以下配置类的程序在使用它时，可以直接@Autowired进来进行调用，使用它时就和平常使用普通的JavaBean一样，但其实它已经分布式化了。配置更新时，配置类亦会自动更新。

@Service
@DisconfFile(filename = "redis.properties")
public class JedisConfig {

    // 代表连接地址
    private String host;

    // 代表连接port
    private int port;

    /**
     * 地址, 分布式文件配置
     * 
     * @return
     */
    @DisconfFileItem(name = "redis.host", associateField = "host")
    public String getHost() {
        return host;
    }

    public void setHost(String host) {
        this.host = host;
    }

    /**
     * 端口, 分布式文件配置
     * 
     * @return
     */
    @DisconfFileItem(name = "redis.port", associateField = "port")
    public int getPort() {
        return port;
    }

    public void setPort(int port) {
        this.port = port;
    }
}

基于XML配置disconf实现

本实现提供了无任何代码侵入方式的分布式配置。

ReloadablePropertiesFactoryBean继承了Spring Properties文件的PropertiesFactoryBean类，管理所有当配置更新时要进行reload的配置文件。对于被管理的每一个配置文件，都会通过 配置仓库容器模块、扫描模块、下载模块、watch模块 进行配置获取至配置仓库里。

ReloadingPropertyPlaceholderConfigurer继承了Spring Bean配置值控制类PropertyPlaceholderConfigurer。在第一次扫描spring bean 时，disconf会记录配置文件的配置与哪些bean有关联。

ReloadConfigurationMonitor是一个定时任务，定时check本地配置文件是否有更新。

当配置中心的配置被更新时，配置文件会被下载至实例本地，ReloadConfigurationMonitor即会监控到此行为，并且通知 ReloadingPropertyPlaceholderConfigurer 对相关的bean类进行值更新。

特别的，此种方式无法解决并发情况下配置统一生效的问题。

主备分配实现

在实现中，为每个配置提供主备选择的概念。用户实例在获取配置前需要先进行全局唯一性竞争才能得到配置值。在这里，我们采用基于zookeeper的全局唯一性锁来实现。

Comparisons

	淘宝Diamond[2]	Disconf	比较
数据持久性	存储在mysql上	存储在mysql上	都持久化到数据库里，都易于管理
推拉模型	拉模型，每隔15s拉一次全量数据	基于Zookeeper的推模型，实时推送	disconf基于分布式的Zookeeper来实时推送，不断是在稳定性、实效性、易用性上均优于diamond
配置读写	支持实例对配置读写。支持某台实例写配置数据，并广播到其它实例上	只支持实例对配置读。通过在disconf-web上更新配置到达到广播写到所有应用实例	从目前的应用场景来看，实例对配置的写需求不是那么明显。disconf支持的中心化广播方案可能会与人性思考更加相似。
容灾	多级容灾模式，配置数据会dump在本地，避免中心服务挂机时无法使用	多级容灾模式，优先读取本地配置文件。	双方均支持在中心服务挂机时配置实例仍然可以使用
配置数据模型	只支持KV结构的数据，非配置文件模式	支持传统的配置文件模式（配置文件），亦支持KV结构数据(配置项)	使用配置文件的编程方式可能与程序员的编程习惯更为相似，更易于接受和使用。
编程模型	需要将配置文件拆成多个配置项，没有明显的编程模型	在使用配置文件的基础上，提供了注解式和基于XML的两种编程模型	无
并发性	多条配置要同时生效时，无法解决并发同时生效的问题	基于注解式的配置，可以解决并发性问题	无