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。

etcd

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

etcd 应用场景

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。

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。

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。

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？

为什么不选择 ZooKeeper？

1. 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。
2. 使用 Java 编写引入大量的依赖。运维人员维护起来比较麻烦。
3. 最近几年发展缓慢，不如 etcd 和consul等后起之秀。

为什么选择 etcd？

1. 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。
2. etcd 默认数据一更新就进行持久化。
3. 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。

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。

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

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。

安装

go get go.etcd.io/etcd/clientv3

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)
	}
}

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

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)
	}
}

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)
	}
}

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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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/