目录

一、分布式存储简介

二、etcd介绍

三、etcd架构

四、etcd集成实践

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一、分布式存储简介

        随着云原生与容器化技术的兴起，分布式系统的复杂性大大增加。分布式系统面临一系列问题，比如部署复杂、响应时间慢、运维复杂等，其中最根本的问题是多个节点之间的数据共享问题。这就需要一个可靠的共享的存储系统来同步信息，这时就出现了分布式存储系统，这也是其产生的背景。

二、etcd介绍

        etcd 就是一个分布式存储的中间件，使用 Go 语言编写，并通过Raft协议确保分布式数据一致性，解决了分布式数据一致性问题。

        etcd 目前有两个主要的大版本系列：V2 和 V3。V2 版本是较早的版本，提供了一系列简单的 API 来进行键值对的存储、获取、修改、删除等操作。V2 实例最初是基于纯内存实现的，意味着所有的数据都不会持久化到磁盘上，这限制了其在需要数据持久化的场景下的适用性。V3 版本是对V2的重大升级，引入了许多改进，包括更强的API、更好的性能、数据的一致性和持久化存储能力。V3 引入了事务支持，可以在一次操作中执行多个修改操作，保证这些操作的原子性。它使用了Raft一致性算法的优化版本，增强了集群的稳定性和容错能力。

        为什么需要 etcd 呢？所有的分布式系统，都面临一个问题就是多节点之间数据共享问题，这个和团队协作的道理是一样的，成员可以分头干活，但是总需要共享一些信息。而 etcd 就是这样一个服务，用来共享同步信息。

        etcd 提供了如下能力：

• etcd 提供存储以及获取数据的接口，它通过 Raft 协议保证 etcd 集群中多个节点数据的强一致性。
• 提供监听机制，客户端可以监听某个 key 或者某些 key，用于监听和推送变更。
• 提供 key 的过期及续约机制，客户端通过定时刷新来实现续约，用于集群监控以及服务注册发现。

        很多开源组件中都有使用 etcd 组件，如 Kubenetes、Service Mesh、TiDB 中的 PD等等，通过 etcd 来保证其核心功能的正常工作。

三、etcd架构

        etcd 的架构设计围绕以下几个组件展开，旨在提供一个高可用、强一致的分布式键值存储系统。

• HTTP Server：这是 etcd 与外部世界的主要交互层，负责接受来自客户端的 API 请求(如请求、读取、更新、删除等操作)，以及处理集群内部的同步心跳信息。它支持HTTP/1.1和gRPC协议，后者是etcd v3版本中推荐的通信方式。
• raft模块：Raft 是 etcd 实现一致性保证的核心算法，它负责维护集群成员间的共识，确保数据的一致性和领导选举。每个 etcd 节点都是 Raft 协议中的一个成员，通过选举出领导者来处理所有客户端的写请求，并将更改复制到其他节点，保证数据的强一致性。
• WAL：持久化日志模块，在 etcd 中，所有数据修改在提交到存储之前，都会先写入到预写日志(WAL)。这是一种持久化机制，即使在系统崩溃时也能保证数据不丢失。
• Snapshot：etcd 会周期性的创建快照，以减少 WAL 文件数量，提高恢复速度。
• MVCC：MVCC机制允许etcd在不影响并发读操作的情况下处理写请求。它为每个键值对维护了一个版本链，每个写操作都会生成一个新的版本，从而支持历史版本查询和并发控制。
• gRPC Server：gRPC Server是etcd v3中用于处理客户端请求的高层框架，它提供了一种高效、跨语言的RPC机制，支持复杂的API调用如范围查询、事务处理等，且具有良好的性能和可扩展性。

四、etcd集成实践

        本地已经通过 Docker 安装了 etcd 的镜像，通过 Docker 启动 etcd 服务，命令如下：

docker run -it --name etcd-server -p 23790:2379 -p 23800:2380 -e ALLOW_NONE_AUTHENTICATION=yes -d bitnami/etcd 

        然后可以通过接口确认是否启动成功，可以检查一下版本，http://localhost:23790/version

返回的结果为：{etcdserver: "3.5.1",etcdcluster: "3.5.0"}。

        添加 etcd 依赖，项目其他依赖请自行添加

<dependency>
    <groupId>io.etcd</groupId>
    <artifactId>jetcd-core</artifactId>
    <version>0.5.0</version>
</dependency>

        编写 etcd 配置类

@Configuration
public class EtcdConfig {

    @Bean
    public Client client() {
        // 这里简化直接写上etcd地址，应该写到配置中
        return Client.builder().endpoints("http://localhost:23790").build();
    }

    @Bean
    public KV kvClient(Client client) {
        return client.getKVClient();
    }

}

        etcd 操作接口

@RestController
public class EtcdController {

    @Autowired
    private KV kvClient;

    @RequestMapping("/etcd/get/data")
    public String getData(@RequestParam String key) throws ExecutionException, InterruptedException {
        GetResponse response = kvClient.get(ByteSequence.from(key.getBytes()), GetOption.DEFAULT).get();
        return new String(response.getKvs().get(0).getValue().getBytes());
    }

    @RequestMapping("/etcd/put/data")
    public String putData(@RequestParam String key, @RequestParam String value) throws ExecutionException, InterruptedException {
        PutResponse response = kvClient.put(ByteSequence.from(key.getBytes()), ByteSequence.from(value.getBytes())).get();
        return response.toString();
    }
}

        然后启动服务调用相关接口，就能看到相应的操作结果。

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