etcd

news2024/9/26 3:22:13

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etcd

etcd 是一个分布式键值对存储，设计用来可靠而快速的保存关键数据并提供访问。通过分布式锁，leader选举和写屏障(write barriers)来实现可靠的分布式协作。etcd集群是为高可用，持久性数据存储和检索而准备。

Etcd 是 CoreOS 基于 Raft 协议开发的分布式 key-value 存储，可用于服务发现、共享配置以及一致性保障（如数据库选主、分布式锁等）。

单机安装

下载地址 https://github.com/etcd-io/etcd/releases，解压后查看版本

etcd --version
etcdctl version

创建配置文件：conf.yaml

name: "hezebin-etcd"
data-dir: /usr/local/etcd/data
listen-client-urls: "http://127.0.0.1:2379"
advertise-client-urls: "http://127.0.0.1:2379"
initial-cluster-token: "hezebin-etcd-token"
initial-cluster: "hezebin-etcd=http://127.0.0.1:2380"
initial-advertise-peer-urls: "http://127.0.0.1:2380"
initial-cluster-state: "new"

启动 etcd 服务：

etcd --config-file=/usr/local/etcd/conf.yaml

打开终端，执行以下命令来检查 etcd 服务的健康状态：

etcdctl endpoint health

如果一切正常，您将看到类似以下的输出：

127.0.0.1:2379 is healthy: successfully committed proposal: took = 11.667µs

如果 etcd 服务正在运行且健康，您会收到健康状态的确认。

您还可以通过执行以下命令来查看 etcd 集群的成员状态：

etcdctl member list

这将列出 etcd 集群中的成员信息，包括成员的 ID、名称和状态。

设置键值对

etcdctl put name "hezebin"

etcdctl get name

# 查询Etcd所有的key
etcdctl get --prefix ""

# 只读取键 name 的值的命令
etcdctl get name --print-value-only

# 以 name 为前缀的所有键的命令，结果数量限制为2：
etcdctl get --prefix --limit=2 name

# 访问修订版本为 4 时的键的版本
etcdctl get --prefix --rev=4 name

# 假设 etcd 集群已经有下列键：
a = 123
b = 456
z = 789
# 读取大于等于键 b 的 byte 值的键的命令：
etcdctl get --from-key b

# 清空数据
etcdctl del name
# 删除所有 n 前缀的节点
etcdctl del n -- prefix
# 删除键 zoo 并返回被删除的键值对的命令：
etcdctl del --prev-kv zoo

watch操作

watch 监测一个键值的变化，一旦键值发生更新，就会输出最新的值并退出

etcdctl watch name

#更新键值
etcdctl put name "korbin"

# watch 阻塞处返回结果
PUT 
name
korbin

读取键过往版本的值

应用可能想读取键的被替代的值。例如，应用可能想通过访问键的过往版本来回滚到旧的配置。或者，应用可能想通过多个请求来得到一个覆盖多个键的统一视图，而这些请求可以通过访问键历史记录而来。因为 etcd 集群上键值存储的每个修改都会增加 etcd 集群的全局修订版本，应用可以通过提供旧有的 etcd 修改版本来读取被替代的键。

假设 etcd 集群已经有下列键：

foo = bar         # revision = 2
foo1 = bar1       # revision = 3
foo = bar_new     # revision = 4
foo1 = bar1_new   # revision = 5

这里是访问键的过往版本的例子：

$ etcdctl get --prefix foo # 访问键的最新版本
foo
bar_new
foo1
bar1_new
$ etcdctl get --prefix --rev=4 foo # 访问修订版本为 4 时的键的版本
foo
bar_new
foo1
bar1
$ etcdctl get --prefix --rev=3 foo # 访问修订版本为 3 时的键的版本
foo
bar
foo1
bar1
$ etcdctl get --prefix --rev=2 foo # 访问修订版本为 2 时的键的版本
foo
bar
$ etcdctl get --prefix --rev=1 foo # 访问修订版本为 1 时的键的版本

压缩修订版本

如我们提到的，etcd 保存修订版本以便应用可以读取键的过往版本。但是，为了避免积累无限数量的历史数据，压缩过往的修订版本就变得很重要。压缩之后，etcd 删除历史修订版本，释放资源来提供未来使用。所有修订版本在压缩修订版本之前的被替代的数据将不可访问。

这是压缩修订版本的命令：

$ etcdctl compact 5
compacted revision 5
# 在压缩修订版本之前的任何修订版本都不可访问
$ etcdctl get --rev=4 foo
Error:  rpc error: code = 11 desc = etcdserver: mvcc: required revision has been compacted

注意： etcd 服务器的当前修订版本可以在任何键(存在或者不存在)以json格式使用get命令来找到。下面展示的例子中 mykey 是在 etcd 服务器中不存在的：

$ etcdctl get mykey -w=json
{"header":{"cluster_id":14841639068965178418,"member_id":10276657743932975437,"revision":15,"raft_term":4}}

lease租约（过期机制）

应用可以为 etcd 集群里面的键授予租约。当键被附加到租约时，它的存活时间被绑定到租约的存活时间，而租约的存活时间相应的被 time-to-live (TTL)管理。在租约授予时每个租约的最小TTL值由应用指定。租约的实际 TTL 值是不低于最小 TTL，由 etcd 集群选择。一旦租约的 TTL 到期，租约就过期并且所有附带的键都将被删除。

授予租约

# 授予租约，TTL为10秒
$ etcdctl lease grant 10
lease 32695410dcc0ca06 granted with TTL(10s)
# 附加键 foo 到租约32695410dcc0ca06
$ etcdctl put --lease=32695410dcc0ca06 foo barOK

应用通过租约 id 可以撤销租约。撤销租约将删除所有它附带的 key。

撤销租约

$ etcdctl lease revoke 32695410dcc0ca06
lease 32695410dcc0ca06 revoked
$ etcdctl get foo
# 空应答，因为租约撤销导致foo被删除

keepAlive续约

应用可以通过刷新键的 TTL 来维持租约，以便租约不过期。维持同一个租约的命令：

$ etcdctl lease keep-alive 32695410dcc0ca06
lease 32695410dcc0ca06 keepalived with TTL(10)
lease 32695410dcc0ca06 keepalived with TTL(10)
lease 32695410dcc0ca06 keepalived with TTL(10)
...

获取租约信息

应用程序可能想知道租约信息，以便可以更新或检查租约是否仍然存在或已过期。应用程序也可能想知道有那些键附加到了特定租约。

获取租约信息的命令：

$ etcdctl lease timetolive 694d5765fc71500b
lease 694d5765fc71500b granted with TTL(500s), remaining(258s)

获取租约信息和租约附带的键的命令：

$ etcdctl lease timetolive --keys 694d5765fc71500b
lease 694d5765fc71500b granted with TTL(500s), remaining(132s), attached keys([zoo2 zoo1])
# 如果租约已经过期或者不存在，它将给出下面的应答:
Error:  etcdserver: requested lease not found

事务

etcd 的事务（Transaction）机制允许你在一个原子操作中执行一系列操作，这些操作要么全部成功，要么全部失败，确保数据的一致性和完整性。

etcdctl txn 并没有对事务提供过多的支持，执行事务最好通过 go 来实现：

go get go.etcd.io/etcd/client/v3

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"
	"time"

	"go.etcd.io/etcd/clientv3"
)

func main() {
	// 创建 etcd 客户端
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"http://localhost:2379"}, // 替换为你的 etcd 地址
		DialTimeout: 5 * time.Second,
	})
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer cli.Close()

	// 创建一个 etcd 事务
	etcdTxn := clientv3.NewKV(cli).Txn(context.Background())

	// 定义事务的比较和操作
	etcdTxn.If(
		clientv3.Compare(clientv3.Value("my_key"), "=", "10"),
	).
		Then(
			clientv3.OpPut("my_key", "20"),
		).
		Else(
			clientv3.OpPut("my_key", "30"),
		)

	// 提交事务
	txnResp, err := etcdTxn.Commit()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// 检查事务是否成功
	if !txnResp.Succeeded {
		fmt.Println("Transaction failed")
	} else {
		fmt.Println("Transaction succeeded")
	}
}

注意：etcdTxn.If 中指定的条件是 clientv3.Compare(clientv3.Value("my_key"), "=", "10")，也就是检查键 “my_key” 的值是否等于 “10”。如果这个条件不满足（例如，键 “my_key” 的值为空），那么事务的 Else 分支会执行，而且整个事务会被标记为失败。

基于etcd实现分布式锁

原生实现

要在 etcd 中实现分布式锁，你可以利用 etcd 的事务特性和租约（Lease）机制。以下是一个使用 etcd 实现分布式锁的示例：

# 伪代码，etcdctl 并不支持下述命令，需要以 go 方式实现，api 更丰富
etcdctl txn -- \
  put my_lock some_value  --lease=0d7689bc575d6611  \
  if_not_exists

# if_not_exists: 这是一个条件，表示只有在键不存在时才执行上述的 put 操作。这个条件确保只有第一次创建节点的时候才会成功，从而实现锁的获取。

这个命令的目的是在一个 etcd 事务中，尝试创建一个指定键名的键值对，如果该键名在 etcd 中尚不存在（即尝试获取锁），则创建成功，否则操作失败。这个操作模式可以帮助实现分布式锁的基本机制。

Go 代码实现：

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"
	"time"

	"go.etcd.io/etcd/clientv3"
)

func main() {
	// 创建 etcd 客户端
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"http://localhost:2379"}, // 替换为你的 etcd 地址
		DialTimeout: 5 * time.Second,
	})
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer cli.Close()

	// 创建租约
	leaseResp, err := cli.Grant(context.Background(), 10) // 10 秒的租约时间
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// 锁的键名
	lockKey := "my_lock"

	// 尝试获取锁
	txnResp, err := cli.Txn(context.Background()).
		If(clientv3.Compare(clientv3.CreateRevision(lockKey), "=", 0)).
		Then(clientv3.OpPut(lockKey, "lock_holder", clientv3.WithLease(leaseResp.ID))).
		Commit()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// 检查是否成功获取锁
	if !txnResp.Succeeded {
		log.Println("Failed to acquire lock")
		return
	}

	log.Println("Lock acquired")

	// 续约循环（保持锁）
	keepAliveCh, err := cli.KeepAlive(context.Background(), leaseResp.ID)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	go func() {
		for range keepAliveCh {
			// 续约成功，执行你的逻辑，或者也可以不做任何处理
		}
	}()

	// 在这里执行需要保护的临界区代码

	// 释放锁（取消续约）
	_, err = cli.Revoke(context.Background(), leaseResp.ID)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	log.Println("Lock released")
}

官方 concurrency 包实现

cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{Endpoints: endpoints})
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
defer cli.Close()

// 创建两个单独的会话用来演示锁竞争
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/")

// 会话s1获取锁
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)
    // 等待直到会话s1释放了/my-lock/的锁
    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")

通过源码可以发现concurrency包的实现原理为执行一个 key 的前缀，并在最终设置到 etcd key 的尾部拼接上 /lease_id，租约为 60 秒，且每隔 20 秒续租一次。

在 tryAcquire 函数中通过 put 上述的键值，判断版本号，若设置成功则拿到锁，否则阻塞等待锁：
在这里插入图片描述

阻塞期间先通过查询一次 key 是否存在判断是否阻塞，若不存在表示拿到锁，结束阻塞；存在则通过 watch 监听 key 的变更，仅允许DELETE类型，其他变更操作会报错，并做强制解锁。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

服务注册与发现

当使用 etcd 实现服务注册与发现时，通常需要以下步骤：

  1. 引入 etcd 的 Go 客户端库
  2. 连接到 etcd 服务器
  3. 注册服务：将服务的信息写入 etcd 中
  4. 发现服务：从 etcd 中获取已注册的服务信息

以下是一个简单示例，演示如何使用 Go 语言操作 etcd 实现基本的服务注册与发现功能。请确保已经安装了 etcd 并启动了 etcd 服务器。

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"log"
	"time"

	"go.etcd.io/etcd/clientv3"
)

func main() {
	// 创建 etcd 客户端
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"localhost:2379"}, // etcd 服务器地址
		DialTimeout: 5 * time.Second,
	})
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer cli.Close()

	// 注册服务
	serviceName := "my-service"
	serviceIP := "192.168.1.100"
	servicePort := "8080"

	serviceKey := fmt.Sprintf("/services/%s/%s:%s", serviceName, serviceIP, servicePort)
	serviceValue := "some-metadata-about-the-service"

	ctx := context.Background()
	_, err = cli.Put(ctx, serviceKey, serviceValue)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Printf("Service registered: %s\n", serviceKey)

	// 发现服务
	discoveryKey := fmt.Sprintf("/services/%s", serviceName)
	resp, err := cli.Get(ctx, discoveryKey, clientv3.WithPrefix())
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	fmt.Println("Discovered services:")
	for _, kv := range resp.Kvs {
		fmt.Printf("Key: %s, Value: %s\n", kv.Key, kv.Value)
	}
}

可以结合 watch 机制优化更新服务变更。

Go 操作 Etcd 参考

go get go.etcd.io/etcd/client/v3

  • 民间文档：http://www.topgoer.com/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E6%93%8D%E4%BD%9C/go%E6%93%8D%E4%BD%9Cetcd/%E6%93%8D%E4%BD%9Cetcd.html

  • 官方文档：https://github.com/etcd-io/etcd/blob/main/client/v3/README.md

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