携程开源配置中心Apollo的设计与实现

1、What is Apollo

1.1 背景

随着程序功能的日益复杂，程序的配置日益增多：各种功能的开关、参数的配置、服务器的地址……

对程序配置的期望值也越来越高：配置修改后实时生效，灰度发布，分环境、分集群管理配置，完善的权限、审核机制……

在这样的大环境下，传统的通过配置文件、数据库等方式已经越来越无法满足开发人员对配置管理的需求。

Apollo配置中心应运而生！

1.2 Apollo简介

Apollo（阿波罗）是携程框架部门研发的开源配置管理中心，能够集中化管理应用不同环境、不同集群的配置，配置修改后能够实时推送到应用端，并且具备规范的权限、流程治理等特性。

Apollo支持4个维度管理Key-Value格式的配置：

1. application(应用)

2. environment(环境)

3. cluster(集群)

4. namespace(命名空间)

同时，Apollo基于开源模式开发，开源地址：https://github.com/ctripcorp/apollo

1.3 配置基本概念

既然Apollo定位于配置中心，那么在这里有必要先简单介绍一下什么是配置。

按照我们的理解，配置有以下几个属性：

• 配置是独立于程序的只读变量

1）  配置首先是独立于程序的，同一份程序在不同的配置下会有不同的行为

2）  其次，配置对于程序是只读的，程序通过读取配置来改变自己的行为，但是程序不应该去改变配置

3）  常见的配置有：DB Connection Str、Thread Pool Size、Buffer Size、Request Timeout、Feature Switch、Server Urls等

• 配置伴随应用的整个生命周期

配置贯穿于应用的整个生命周期，应用在启动时通过读取配置来初始化，在运行时根据配置调整行为

• 配置可以有多种加载方式

配置也有很多种加载方式，常见的有程序内部hard code，配置文件，环境变量，启动参数，基于数据库等

• 配置需要治理

1）  权限控制

由于配置能改变程序的行为，不正确的配置甚至能引起灾难，所以对配置的修改必须有比较完善的权限控制

2）  不同环境、集群配置管理

同一份程序在不同的环境（开发，测试，生产）、不同的集群（如不同的数据中心）经常需要有不同的配置，所以需要有完善的环境、集群配置管理

3）  框架类组件配置管理

• 还有一类比较特殊的配置 - 框架类组件配置，比如CAT客户端的配置。

• 虽然这类框架类组件是由其他团队开发、维护，但是运行时是在业务实际应用内的，所以本质上可以认为框架类组件也是应用的一部分

• 这类组件对应的配置也需要有比较完善的管理方式

2、Why Apollo

正是基于配置的特殊性，所以Apollo从设计之初就立志于成为一个有治理能力的配置管理平台，目前提供了以下的特性：

• 统一管理不同环境、不同集群的配置

1）Apollo提供了一个统一界面集中式管理不同环境（environment）、不同集群（cluster）、不同命名空间（namespace）的配置

2）同一份代码部署在不同的集群，可以有不同的配置，比如zk的地址等

3）通过命名空间（namespace）可以很方便的支持多个不同应用共享同一份配置，同时还允许应用对共享的配置进行覆盖

• 配置修改实时生效（热发布）

用户在Apollo修改完配置并发布后，客户端能实时（1秒）接收到最新的配置，并通知到应用程序

• 版本发布管理

所有的配置发布都有版本概念，从而可以方便地支持配置的回滚

• 灰度发布

支持配置的灰度发布，比如点了发布后，只对部分应用实例生效，等观察一段时间没问题后再推给所有应用实例

• 权限管理、发布审核、操作审计

1）应用和配置的管理都有完善的权限管理机制，对配置的管理还分为了编辑和发布两个环节，从而减少人为的错误

2）所有的操作都有审计日志，可以方便的追踪问题

• 客户端配置信息监控

可以在界面上方便地看到配置在被哪些实例使用

• 提供Java和.Net原生客户端

1）提供了Java和.Net的原生客户端，方便应用集成

2）支持Spring Placeholder, Annotation和Spring Boot的ConfigurationProperties，方便应用使用（需要Spring3.1.1+）

3）同时提供了Http接口，非Java和.Net应用也可以方便的使用

• 提供开放平台API

1）Apollo自身提供了比较完善的统一配置管理界面，支持多环境、多数据中心配置管理、权限、流程治理等特性

2）不过Apollo出于通用性考虑，对配置的修改不会做过多限制，只要符合基本的格式就能够保存

3）在我们的调研中发现，对于有些使用方，它们的配置可能会有比较复杂的格式，而且对输入的值也需要进行校验后方可保存，如检查数据库、用户名和密码是否匹配

4）对于这类应用，Apollo支持应用方通过开放接口在Apollo进行配置的修改和发布，并且具备完善的授权和权限控制

• 部署简单

1）配置中心作为基础服务，可用性要求非常高，这就要求Apollo对外部依赖尽可能地少

2）目前唯一的外部依赖是MySQL，所以部署非常简单，只要安装好Java和MySQL就可以让Apollo跑起来

3）Apollo还提供了打包脚本，一键就可以生成所有需要的安装包，并且支持自定义运行时参数

3、Apollo at a glance

3.1 基础模型

如下即是Apollo的基础模型：

1. 用户在配置中心对配置进行修改并发布

2. 配置中心通知Apollo客户端有配置更新

3. Apollo客户端从配置中心拉取最新的配置、更新本地配置并通知到应用

3.2 界面概览

上图是Apollo配置中心中一个项目的配置首页

• 在页面左上方的环境列表模块展示了所有的环境和集群，用户可以随时切换

• 页面中央展示了两个namespace(application和FX.apollo)的配置信息，默认按照表格模式展示、编辑。用户也可以切换到文本模式，以文件形式查看、编辑

• 页面上可以方便地进行发布、回滚、灰度、授权、查看更改历史和发布历史等操作

3.3 添加/修改配置项

用户可以通过配置中心界面方便的添加/修改配置项：

输入配置信息：

3.4 发布配置

通过配置中心发布配置：

填写发布信息：

3.5 客户端获取配置（Java API样例）

配置发布后，就能在客户端获取到了，以Java API方式为例，获取配置的示例代码如下：

3.6 客户端监听配置变化（Java API样例）

通过上述获取配置代码，应用就能实时获取到最新的配置了。

不过在某些场景下，应用还需要在配置变化时获得通知，比如数据库连接的切换等，所以Apollo还提供了监听配置变化的功能，Java示例如下：

3.7 Spring集成样例

Apollo和Spring也可以很方便地集成，只需要标注@EnableApolloConfig后就可以通过@Value获取配置信息：

4、Apollo in depth

通过上面的介绍，相信大家已经对Apollo有了一个初步的了解，接下来我们深入了解一下Apollo的核心概念和背后的设计。

4.1 Core  Concepts

• application (应用)

1）这个很好理解，就是实际使用配置的应用，Apollo客户端在运行时需要知道当前应用是谁，从而可以去获取对应的配置

2）每个应用都需要有唯一的身份标识 - appId，我们认为应用身份是跟着代码走的，所以需要在代码中配置：

• Java客户端通过classpath:/META-INF/app.properties来指定appId

• .Net客户端通过app.config来指定appId

• environment (环境)

1）配置对应的环境，Apollo客户端在运行时需要知道当前应用处于哪个环境，从而可以去获取应用的配置

2）我们认为环境和代码无关，同一份代码部署在不同的环境就应该能够获取到不同环境的配置

3）所以环境默认是通过读取机器上的配置（server.properties中的env属性）指定的，不过为了开发方便，我们也支持运行时通过System Property等指定，server.properties文件路径如下：

• Windows:C:\opt\settings\server.properties

• Linux/Mac:/opt/settings/server.properties

• cluster (集群)

1）一个应用下不同实例的分组，比如典型的可以按照数据中心分，把上海机房的应用实例分为一个集群，把北京机房的应用实例分为另一个集群。

2）对不同的cluster，同一个配置可以有不一样的值，如zookeeper地址。

3）集群默认是通过读取机器上的配置（server.properties中的idc属性）指定的，不过也支持运行时通过System Property指定

• namespace (命名空间)

1）一个应用下不同配置的分组，可以简单地把namespace类比为文件，不同类型的配置存放在不同的文件中，如数据库配置文件，rpc配置文件，应用自身的配置文件等

2）应用可以直接读取到公共组件的配置namespace，如DAL，RPC等

3）应用也可以通过继承公共组件的配置namespace来对公共组件的配置做调整，如DAL的初始数据库连接数

4.2 总体设计

上图简要描述了Apollo的总体设计，我们可以从下往上看：

• ConfigService提供配置的读取、推送等功能，服务对象是Apollo客户端

• AdminService提供配置的修改、发布等功能，服务对象是Apollo Portal（管理界面）

• ConfigService和Admin Service都是多实例、无状态部署，所以需要将自己注册到Eureka中并保持心跳

• 在Eureka之上我们架了一层Meta Server用于封装Eureka的服务发现接口

• Client通过域名访问Meta Server获取Config Service服务列表（IP+Port），而后直接通过IP+Port访问服务，同时在Client侧会做load balance、错误重试

• Portal通过域名访问Meta Server获取Admin Service服务列表（IP+Port），而后直接通过IP+Port访问服务，同时在Portal侧会做load balance、错误重试

• 为了简化部署，我们实际上会把Config Service、Eureka和Meta Server三个逻辑角色部署在同一个JVM进程中

4.2.1 Why  Eureka

为什么我们采用Eureka作为服务注册中心，而不是使用传统的zk、etcd呢？我大致总结了一下，有以下几方面的原因：

• 它提供了完整的Service Registry和Service Discovery实现

首先是提供了完整的实现，并且也经受住了Netflix自己的生产环境考验，相对使用起来会比较省心。

• 和Spring Cloud无缝集成

1）我们的项目本身就使用了Spring Cloud和Spring Boot，同时Spring Cloud还有一套非常完善的开源代码来整合Eureka，所以使用起来非常方便。

2）另外，Eureka还支持在我们应用自身的容器中启动，也就是说我们的应用启动完之后，既充当了Eureka的角色，同时也是服务的提供者。这样就极大的提高了服务的可用性。

3）这一点是我们选择Eureka而不是zk、etcd等的主要原因，为了提高配置中心的可用性和降低部署复杂度，我们需要尽可能地减少外部依赖。

• Open Source

最后一点是开源，由于代码是开源的，所以非常便于我们了解它的实现原理和排查问题。

4.3 客户端设计

上图简要描述了Apollo客户端的实现原理：

1、客户端和服务端保持了一个长连接，从而能第一时间获得配置更新的推送。

2、客户端还会定时从Apollo配置中心服务端拉取应用的最新配置。

1）这是一个fallback机制，为了防止推送机制失效导致配置不更新

2）客户端定时拉取会上报本地版本，所以一般情况下，对于定时拉取的操作，服务端都会返回304 - Not Modified

3）定时频率默认为每5分钟拉取一次，客户端也可以通过在运行时指定System Property: apollo.refreshInterval来覆盖，单位为分钟。

3、客户端从Apollo配置中心服务端获取到应用的最新配置后，会保存在内存中

4、客户端会把从服务端获取到的配置在本地文件系统缓存一份

在遇到服务不可用，或网络不通的时候，依然能从本地恢复配置

5、应用程序可以从Apollo客户端获取最新的配置、订阅配置更新通知

4.3.1 配置更新推送实现

前面提到了Apollo客户端和服务端保持了一个长连接，从而能第一时间获得配置更新的推送。

长连接实际上我们是通过Http Long Polling实现的，具体而言：

• 客户端发起一个Http请求到服务端

• 服务端会保持住这个连接30秒

• 如果在30秒内有客户端关心的配置变化，被保持住的客户端请求会立即返回，并告知客户端有配置变化的namespace信息，客户端会据此拉取对应namespace的最新配置

• 如果在30秒内没有客户端关心的配置变化，那么会返回Http状态码304给客户端

• 客户端在服务端请求返回后会自动重连

考虑到会有数万客户端向服务端发起长连，在服务端我们使用了async servlet(Spring DeferredResult)来服务HttpLong Polling请求。

4.4 可用性考虑

配置中心作为基础服务，可用性要求非常高，下面的表格描述了不同场景下Apollo的可用性：

5、Contribute to Apollo

Apollo从开发之初就是以开源模式开发的，所以也非常欢迎有兴趣、有余力的朋友一起加入进来。

服务端开发使用的是Java，基于Spring Cloud和SpringBoot框架。客户端目前提供了Java和.Net两种实现。

Github地址：https://github.com/ctripcorp/apollo

欢迎大家发起Pull Request！

原文来自: 携程技术中心

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