1. 分布式基础

1.1 什么是分布式系统

分布式系统是由多个独立计算机节点组成的系统，这些节点通过网络通信，共同完成特定的任务。分布式系统是为了解决单机系统在性能、可用性、可扩展性方面的限制而出现的。

分布式系统的特征：

分布性：节点分布在不同的物理位置
并发性：多个节点可以并发执行任务
无全局时钟：节点间没有统一的时间基准
异步通信：节点间通过消息传递进行通信
故障独立性：单个节点故障不会导致整个系统崩溃

1.2 分布式系统的核心问题

问题	描述	解决方案
通信	节点间如何高效、可靠地通信	RPC、消息队列
一致性	多节点数据如何保持一致	分布式事务、一致性协议
可用性	系统在部分故障时是否可用	副本、故障转移
分区容错	网络分区时系统如何应对	CAP、BASE 理论

1.3 CAP 理论

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mermaid
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graph TB
    A[CAP 理论] --> B[Consistency 一致性]
    A --> C[Availability 可用性]
    A --> D[Partition Tolerance 分区容错]
    B --> E[所有节点数据同一时间完全一致]
    C --> F[每次请求都能获取到响应]
    D --> G[系统在网络分区时仍能运行]

    H[分布式系统] --> I[AP: 可用性 + 分区容错]
    H --> J[CP: 一致性 + 分区容错]
    H --> K[CA: 一致性 + 可用性]

CAP 三要素详解：

要素	说明	示例
一致性	所有节点在同一时间看到的数据相同	主从复制同步
可用性	每次请求都能获取到响应（不保证数据是最新的）	缓存系统
分区容错	系统在网络分区时仍能运行	分布式数据库

CAP 不可能三角：分布式系统最多只能同时满足其中两个特性，必须在一致性和可用性之间做权衡。

CAP 组合选择：

组合	特点	适用场景
CP	保证一致性，牺牲可用性	金融系统、支付系统
AP	保证可用性，牺牲一致性	社交网络、内容分发
CA	不考虑分区容错（单机系统）	传统关系型数据库

1.4 BASE 理论

BASE 是对 CAP 中 AP 策略的延伸，强调的是最终一致性。

要素	说明
Basically Available	基本可用，允许部分失败
Soft state	软状态，状态可以随时间变化
Eventually consistent	最终一致，经过一段时间后数据达到一致

CAP vs BASE：

理论	一致性要求	适用场景
CAP	强一致性	CP：强一致性AP：弱一致性
BASE	最终一致性	对一致性要求不高的场景

1.5 分布式事务解决方案

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graph LR
    A[分布式事务] --> B[2PC 两阶段提交]
    A --> C[3PC 三阶段提交]
    A --> D[TCC Try-Confirm-Cancel]
    A --> E[本地消息表]
    A --> F[事务消息]
    A --> G[Saga 模式]

分布式事务解决方案对比：

方案	一致性	复杂度	性能	适用场景
2PC	强一致性	中	低	传统数据库
TCC	强一致性	高	中	金融业务
本地消息表	最终一致性	中	高	异步场景
事务消息	最终一致性	低	高	高并发场景
Saga	最终一致性	高	中	长流程业务

2. Demo 搭建

2.1 版本选择

组件	版本
Spring Boot	2.7.18
Spring Cloud Alibaba	2021.0.5.0
Spring Cloud	2021.0.8
Nacos	2.2.3
Sentinel	1.8.6

版本兼容性说明：

Spring Cloud Alibaba 版本与 Spring Boot 版本有严格的对应关系，选择不匹配的版本会导致启动失败。官方提供了详细的版本对应表。

2.2 父工程 pom.xml

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xml
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<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0
         http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.7.18</version>
        <relativePath/>
    </parent>

    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-alibaba-demo</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <packaging>pom</packaging>

    <modules>
        <module>order-service</module>
        <module>stock-service</module>
        <module>gateway-service</module>
    </modules>

    <properties>
        <java.version>17</java.version>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <spring-cloud-alibaba.version>2021.0.5.0</spring-cloud-alibaba.version>
        <spring-cloud.version>2021.0.8</spring-cloud.version>
    </properties>

    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud-alibaba.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
                <version>${spring-cloud.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>
</project>

2.3 微服务架构流程

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graph TD
    A[客户端] --> B[Gateway 网关]
    B --> C[路由转发]
    C --> D[订单服务]
    C --> E[库存服务]
    C --> F[用户服务]
    D --> G[Nacos 注册中心]
    E --> G
    F --> G
    G --> H[Nacos 配置中心]

微服务架构说明：

网关层：统一入口，负责路由、限流、认证
服务层：业务服务，按领域拆分
注册中心：服务注册与发现
配置中心：统一配置管理

3. Nacos 服务注册与配置中心

3.1 Nacos 概述

Nacos 是阿里巴巴开源的一个更易于构建云原生应用的动态服务发现、配置管理和服务管理平台。

Nacos 核心功能：

服务注册与发现：支持 DNS 和 RPC 服务发现
动态配置服务：支持配置的热更新
动态 DNS 服务：支持权重路由
服务及其元数据管理：管理服务的元数据

3.2 Nacos 架构

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mermaid
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graph TB
    A[客户端应用] --> B[Nacos Server]
    A --> C[获取配置/监听配置]
    B --> D[服务注册表]
    B --> E[配置存储]
    F[Nacos Console] --> B

    subgraph Nacos 集群
        B1[Node 1]
        B2[Node 2]
        B3[Node 3]
    end

    B1 <--> B2
    B2 <--> B3
    B3 <--> B1

    subgraph 存储层
        G[Derby 默认存储]
        H[MySQL 生产存储]
    end

    E --> G
    E --> H

Nacos 架构分层：

层级	组件	说明
接入层	SDK	客户端 SDK
服务层	Core	核心功能实现
数据层	Storage	数据持久化

3.3 服务注册与发现

服务注册流程

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mermaid
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sequenceDiagram
    participant App as 应用启动
    participant Nacos as Nacos Server
    participant DB as 数据存储

    App->>Nacos: 发起服务注册
    Nacos->>DB: 保存服务实例信息
    DB-->>Nacos: 保存成功
    Nacos-->>App: 返回注册成功

    loop 心跳检测
        App->>Nacos: 发送心跳(5秒间隔)
        Nacos-->>App: 心跳响应
    end

    Note over Nacos,DB: 超过15秒未收到心跳<br/>实例不健康
    Note over Nacos,DB: 超过30秒未收到心跳<br/>实例被剔除

服务注册关键参数：

参数	说明	默认值
服务名	服务标识	spring.application.name
IP	实例 IP	自动获取
端口	实例端口	server.port
健康检查	健康检查 URL	/actuator/health
命名空间	环境隔离	public
分组	服务分组	DEFAULT_GROUP

服务发现示例

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java
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@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {

    @Autowired
    private DiscoveryClient discoveryClient;

    @Autowired
    private LoadBalancerClient loadBalancerClient;

    /**
     * 获取所有服务列表
     */
    @GetMapping("/services")
    public List<String> getServices() {
        return discoveryClient.getServices();
    }

    /**
     * 获取指定服务的实例
     */
    @GetMapping("/instances/{serviceName}")
    public List<ServiceInstance> getInstances(@PathVariable String serviceName) {
        return discoveryClient.getInstances(serviceName);
    }

    /**
     * 使用负载均衡器获取服务地址
     */
    @GetMapping("/stock-url")
    public String getStockUrl() {
        ServiceInstance instance = loadBalancerClient.choose("stock-service");
        return instance.getHost() + ":" + instance.getPort();
    }
}

3.4 配置中心

配置中心特性

特性	说明
热更新	配置变更实时推送
版本管理	配置版本历史记录
灰度发布	按比例发布配置
配置监听	支持配置变更监听
配置加密	敏感配置加密存储

配置中心使用示例

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java
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@RestController
@RefreshScope // 支持配置动态刷新
public class ConfigController {

    @Value("${order.timeout:3000}")
    private Integer timeout;

    @Value("${order.maxRetry:3}")
    private Integer maxRetry;

    @Autowired
    private ConfigurableApplicationContext applicationContext;

    @GetMapping("/config")
    public Map<String, Object> getConfig() {
        Map<String, Object> config = new HashMap<>();
        config.put("timeout", timeout);
        config.put("maxRetry", maxRetry);
        config.put("environment", applicationContext.getEnvironment());
        return config;
    }
}

3.5 Nacos 配置

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yaml
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spring:
	application:
		name: order-service
	cloud:
		nacos:
			server-addr: 127.0.0.1:8848
			discovery:
				namespace: dev
				group: DEFAULT_GROUP
				enabled:true
        # 心跳配置
				heart-beat-interval:5000      # 心跳间隔
				heart-beat-timeout:15000      # 心跳超时
				ip-delete-timeout:30000      # 实例删除超时
			config:
				namespace: dev
				group: DEFAULT_GROUP
				file-extension: yaml
        # 配置刷新
				refresh-enabled:true
        # 共享配置
				shared-configs:
					-dataId: common.yaml
					group: DEFAULT_GROUP
					refresh:true

3.6 命名空间和分组

命名空间：

用于隔离不同环境或租户的配置和服务。

类型	说明	适用场景
public	默认命名空间	开发测试
自定义	自定义命名空间	生产环境隔离

分组：

在命名空间下进一步分组，通常用于区分不同业务线或应用组。

▼
text
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dev 命名空间
├── DEFAULT_GROUP
├── ORDER_GROUP
└── USER_GROUP

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