02GO进阶028数据操作-RTCD

## 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。

![](/media/202412/2024-12-25_134940_9812990.6172715075870353.png)

### 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。

![](/media/202412/2024-12-25_135118_8554860.5298773173185786.png)

### 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？
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。
### 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。

### 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。
```shell
    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：
```shell
    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：
```shell
    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：
```shell
    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。
```shell
    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 ${TOKEN}
```
到此etcd集群就搭建起来了，可以使用etcdctl来连接etcd。
```shell
    export ETCDCTL_API=3
    HOST_1=10.240.0.17
    HOST_2=10.240.0.18
    HOST_3=10.240.0.19
    ENDPOINTS=$HOST_1:2379,$HOST_2:2379,$HOST_3:2379

etcdctl --endpoints=$ENDPOINTS member list
```

## 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。
```go
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, "lmh", "lmh")
    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, "lmh")
    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。
```go

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:lmh change
    rch := cli.Watch(context.Background(), "lmh") // <-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lmh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lmh这个key。
```
    etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put lmh "lmh1"
    OK

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

etcd> etcdctl.exe --endpoints=http://127.0.0.1:2379 put lmh "lmh2"
    OK
```
上面的程序都能收到如下通知。
```
    watch>watch.exe
    connect to etcd success
    Type: PUT Key:lmh Value:lmh1
    Type: DELETE Key:lmh Value:
    Type: PUT Key:lmh Value:lmh2
```
### lease租约
```go
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, /lmh/ 这个key就会被移除
    _, err = cli.Put(context.TODO(), "/lmh/", "lmh", clientv3.WithLease(resp.ID))
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
}
```

### keepAlive
```go
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(), "/lmh/", "lmh", 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：
```go

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
```
https://pkg.go.dev/go.etcd.io/etcd/clientv3/concurrency