2-go操作etcd

原文链接：《go操作etcd》–李文周

其他参考：

• 《etcd 快速入门》

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etcd 是近几年比较火热的一个开源的、分布式的键值对数据存储系统，提供共享配置、服务的注册和发现，本文主要介绍 etcd 的安装和使用。

.1 etcd介绍

etcd 是使用 Go 语言开发的一个开源的、高可用的分布式 key-value 存储系统，可以用于配置共享和服务的注册和发现。

类似项目有 zookeeper 和 consul 。

etcd 具有以下特点：

• 完全复制：集群中的每个节点都可以使用完整的存档
• 高可用性：Etcd 可用于避免硬件的单点故障或网络问题
• 一致性：每次读取都会返回跨多主机的最新写入
• 简单：包括一个定义良好、面向用户的 API（gRPC）
• 安全：实现了带有可选的客户端证书身份验证的自动化 TLS
• 快速：每秒 10000 次写入的基准速度
• 可靠：使用 Raft 算法实现了强一致、高可用的服务存储目录

.2 etcd 应用场景

.2.1 服务发现

服务发现要解决的也是分布式系统中最常见的问题之一，即在同一个分布式集群中的进程或服务，要如何才能找到对方并建立连接。本质上来说，服务发现就是想要了解集群中是否有进程在监听 udp 或 tcp 端口，并且通过名字就可以查找和连接。


.2.2 配置中心

将一些配置信息放到 etcd 上进行集中管理。

这类场景的使用方式通常是这样：应用在启动的时候主动从 etcd 获取一次配置信息，同时，在 etcd 节点上注册一个 Watcher 并等待，以后每次配置有更新的时候，etcd 都会实时通知订阅者，以此达到获取最新配置信息的目的。

.2.3 分布式锁

因为 etcd 使用 Raft 算法保持了数据的强一致性，某次操作存储到集群中的值必然是全局一致的，所以很容易实现分布式锁。

锁服务有两种使用方式，一是保持独占，二是控制时序。

• 保持独占 : 即所有获取锁的用户最终只有一个可以得到。etcd 为此提供了一套实现**分布式锁原子操作 CAS（CompareAndSwap）**的 API。通过设置 prevExist 值，可以保证在多个节点同时去创建某个目录时，只有一个成功。而创建成功的用户就可以认为是获得了锁。

• 控制时序: 即所有想要获得锁的用户都会被安排执行，但是获得锁的顺序也是全局唯一的，同时决定了执行顺序。etcd 为此也提供了一套 API（自动创建有序键），对一个目录建值时指定为 POST 动作，这样 etcd 会自动在目录下生成一个当前最大的值为键，存储这个新的值（客户端编号）。同时还可以使用 API 按顺序列出所有当前目录下的键值。此时这些键的值就是客户端的时序，而这些键中存储的值可以是代表客户端的编号。


.3 为什么用 etcd 而不用 ZooKeeper？

etcd 实现的这些功能，ZooKeeper 都能实现。那么为什么要用 etcd 而非直接使用 ZooKeeper呢？

.3.1 为什么不选择 ZooKeeper？

• 部署维护复杂，其使用的 Paxos 强一致性算法复杂难懂。官方只提供了 Java 和 C 两种语言的接口。
• 使用 Java 编写引入大量的依赖。运维人员维护起来比较麻烦。
• 最近几年发展缓慢，不如 etcd 和 consul 等后起之秀。

.3.2 为什么选择 etcd？

• 简单。使用 Go 语言编写部署简单；支持 HTTP/JSON API,使用简单；使用 Raft 算法保证强一致性让用户易于理解。
• etcd 默认数据一更新就进行持久化。
• etcd 支持 SSL 客户端安全认证。

最后，etcd 作为一个年轻的项目，正在高速迭代和开发中，这既是一个优点，也是一个缺点。优点是它的未来具有无限的可能性，缺点是无法得到大项目长时间使用的检验。然而，目前 CoreOS、Kubernetes 和 CloudFoundry 等知名项目均在生产环境中使用了 etcd，所以总的来说，etcd 值得你去尝试。

.4 etcd 集群

etcd 作为一个高可用键值存储系统，天生就是为集群化而设计的。由于 Raft 算法在做决策时需要多数节点的投票，所以 etcd 一般部署集群推荐奇数个节点，推荐的数量为 3、5 或者 7 个节点构成一个集群。

.4.1 搭建一个3节点集群示例：

在每个 etcd 节点指定集群成员，为了区分不同的集群最好同时配置一个独一无二的 token。

下面是提前定义好的集群信息，其中 n1、n2 和 n3 表示 3 个不同的 etcd 节点。

TOKEN=token-01
CLUSTER_STATE=new
CLUSTER=n1=http://10.240.0.17:2380,n2=http://10.240.0.18:2380,n3=http://10.240.0.19:2380

在 n1 这台机器上执行以下命令来启动 etcd：

etcd --data-dir=data.etcd --name n1 \
	--initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.17:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.17:2380 \
	--advertise-client-urls http://10.240.0.17:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.17:2379 \
	--initial-cluster ${CLUSTER} \
	--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

在 n2 这台机器上执行以下命令启动 etcd：

etcd --data-dir=data.etcd --name n2 \
	--initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.18:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.18:2380 \
	--advertise-client-urls http://10.240.0.18:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.18:2379 \
	--initial-cluster ${CLUSTER} \
	--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

在 n3 这台机器上执行以下命令启动 etcd：

etcd --data-dir=data.etcd --name n3 \
	--initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.19:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.19:2380 \
	--advertise-client-urls http://10.240.0.19:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.19:2379 \
	--initial-cluster ${CLUSTER} \
	--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

etcd 官网提供了一个可以公网访问的 etcd 存储地址。你可以通过如下命令得到 etcd 服务的目录，并把它作为 -discovery 参数使用。

curl https://discovery.etcd.io/new?size=3
https://discovery.etcd.io/a81b5818e67a6ea83e9d4daea5ecbc92

# grab this token
TOKEN=token-01
CLUSTER_STATE=new
DISCOVERY=https://discovery.etcd.io/a81b5818e67a6ea83e9d4daea5ecbc92


etcd --data-dir=data.etcd --name n1 \
	--initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.17:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.17:2380 \
	--advertise-client-urls http://10.240.0.17:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.17:2379 \
	--discovery ${DISCOVERY} \
	--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}


etcd --data-dir=data.etcd --name n2 \
	--initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.18:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.18:2380 \
	--advertise-client-urls http://10.240.0.18:2379 --listen-client-urls http://10.240.0.18:2379 \
	--discovery ${DISCOVERY} \
	--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}


etcd --data-dir=data.etcd --name n3 \
	--initial-advertise-peer-urls http://10.240.0.19:2380 --listen-peer-urls http://10.240.0.19:2380 \
	--advertise-client-urls http://10.240.0.19:2379 --listen-client-urls http:/10.240.0.19:2379 \
	--discovery ${DISCOVERY} \
	--initial-cluster-state ${CLUSTER_STATE} --initial-cluster-token ${TOKEN}

到此 etcd 集群就搭建起来了，可以使用 etcdctl 来连接 etcd。

export ETCDCTL_API=3
HOST_1=10.240.0.17
HOST_2=10.240.0.18
HOST_3=10.240.0.19
ENDPOINTS=$HOST_1:2379,$HOST_2:2379,$HOST_3:2379

etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS member list

.5 Go 语言操作 etcd

这里使用官方的 etcd/clientv3 包来连接 etcd 并进行相关操作。

.5.1 安装

go get go.etcd.io/etcd/clientv3

.5.2 put 和 get 操作

put 命令用来设置键值对数据，get 命令用来根据 key 获取值。

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"

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

// etcd client put/get demo
// use etcd/clientv3

func main() {
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
		DialTimeout: 5 * time.Second,
	})
	if err != nil {
		// handle error!
		fmt.Printf("connect to etcd failed, err:%v\n", err)
		return
	}
    fmt.Println("connect to etcd success")
	defer cli.Close()
	
	// put
	ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
	_, err = cli.Put(ctx, "q1mi", "dsb")
	cancel()
	if err != nil {
		fmt.Printf("put to etcd failed, err:%v\n", err)
		return
	}
	
	// get
	ctx, cancel = context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
	resp, err := cli.Get(ctx, "q1mi")
	cancel()
	if err != nil {
		fmt.Printf("get from etcd failed, err:%v\n", err)
		return
	}
	for _, ev := range resp.Kvs {
		fmt.Printf("%s:%s\n", ev.Key, ev.Value)
	}
}

.5.3 watch 操作

watch 用来获取未来更改的通知。

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"time"

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

// watch demo

func main() {
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
		DialTimeout: 5 * time.Second,
	})
	if err != nil {
		fmt.Printf("connect to etcd failed, err:%v\n", err)
		return
	}
	fmt.Println("connect to etcd success")
	defer cli.Close()
	
	// watch key:q1mi change
	rch := cli.Watch(context.Background(), "q1mi") // <-chan WatchResponse
	for wresp := range rch {
		for _, ev := range wresp.Events {
			fmt.Printf("Type: %s Key:%s Value:%s\n", ev.Type, ev.Kv.Key, ev.Kv.Value)
		}
	}
}

将上面的代码保存编译执行，此时程序就会等待 etcd 中 q1mi 这个 key 的变化。

例如：我们打开终端执行以下命令修改、删除、设置 q1mi 这个 key。

etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put q1mi "dsb2"
OK

etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 del q1mi
1

etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put q1mi "dsb3"
OK

上面的程序都能收到如下通知。

watch>watch.exe
connect to etcd success
Type: PUT Key:q1mi Value:dsb2
Type: DELETE Key:q1mi Value:
Type: PUT Key:q1mi Value:dsb3

.5.4 lease 租约

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

// etcd lease

import (
	"context"
	"log"

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

func main() {
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
		DialTimeout: time.Second * 5,
	})
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Println("connect to etcd success.")
	defer cli.Close()

	// 创建一个5秒的租约
	resp, err := cli.Grant(context.TODO(), 5)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// 5秒钟之后, /nazha/ 这个key就会被移除
	_, err = cli.Put(context.TODO(), "/nazha/", "dsb", clientv3.WithLease(resp.ID))
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}

.5.5 keepAlive

package main

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

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

// etcd keepAlive

func main() {
	cli, err := clientv3.New(clientv3.Config{
		Endpoints:   []string{"127.0.0.1:2379"},
		DialTimeout: time.Second * 5,
	})
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Println("connect to etcd success.")
	defer cli.Close()

	resp, err := cli.Grant(context.TODO(), 5)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	_, err = cli.Put(context.TODO(), "/nazha/", "dsb", clientv3.WithLease(resp.ID))
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}

	// the key 'foo' will be kept forever
	ch, kaerr := cli.KeepAlive(context.TODO(), resp.ID)
	if kaerr != nil {
		log.Fatal(kaerr)
	}
	for {
		ka := <-ch
		fmt.Println("ttl:", ka.TTL)
	}
}

.5.6 基于 etcd 实现分布式锁

go.etcd.io/etcd/clientv3/concurrency 在 etcd 之上实现并发操作，如分布式锁、屏障和选举。

导入该包：

import "go.etcd.io/etcd/clientv3/concurrency"

基于 etcd 实现的分布式锁示例：

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")

输出：

acquired lock for s1
released lock for s1
acquired lock for s2

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.5.7 其他操作

其他操作请查看 etcd/clientv3 官方文档。

参考链接：

• https://etcd.io/docs/v3.3.12/demo/
• https://www.infoq.cn/article/etcd-interpretation-application-scenario-implement-principle/