1.什么是etcd服务
etcd是一个采用HTTP协议的健/值对存储系统，它是一个分布式和功能层次配置系统，可用于构建服务发现系统。用于共享配置和服务发现的分布式,一致性的KV存储系统.其很容易部署、安装和使用，提供了可靠的数据持久化特性。它是安全的并且文档也十分齐全。
ETCD该项目目前最新稳定版本为3.3.9 具体信息请参考[项目首页]和[Github]。ETCD是CoreOS公司发起的一个开源项目，授权协议为Apache.
提供配置共享和服务发现的系统比较多，其中最为大家熟知的是Zookeeper，而ETCD可以算得上是后起之秀了。在项目实现，一致性协议易理解性，运维，安全等多个维度上，ETCD相比Zookeeper都占据优势
2.Zookeeper和etcd的区别：
1）一致性协议： ETCD使用Raft协议， .Zookeeper使用ZAB（类PAXOS协议），前者容易理解，方便工程实现；
2）运维方面：ETCD方便运维，ZK难以运维；
3）项目活跃度：ETCD社区与开发活跃，ZK已经快死了；
4）API：ETCD提供HTTP+JSON, gRPC接口，跨平台跨语言，ZK需要使用其客户端；
5）访问安全方面：ETCD支持HTTPS访问，ZK在这方面缺失；
3.etcd的应用场景：
配置管理，服务注册于发现，选主，应用调度，分布式队列，分布式锁
4.Etcd 主要提供以下能力:
1)提供存储以及获取数据的接口，它通过协议保证 Etcd 集群中的多个节点数据的强一致性。用于存储元信息以及共享配置。
2)提供监听机制，客户端可以监听某个key或者某些key的变更（v2和v3的机制不同，参看后面文章）。用于监听和推送变更。
3)提供key的过期以及续约机制，客户端通过定时刷新来实现续约（v2和v3的实现机制也不一样）。用于集群监控以及服务注册发现。
4)提供原子的CAS（Compare-and-Swap）和 CAD（Compare-and-Delete）支持（v2通过接口参数实现，v3通过批量事务实现）。用于分布式锁以及leader选举。
5.etcd的工作原理：
ETCD使用Raft协议来维护集群内各个节点状态的一致性。简单说，ETCD集群是一个分布式系统，由多个节点相互通信构成整体对外服务，每个节点都存储了完整的数据，并且通过Raft协议保证每个节点维护的数据是一致的。
工作原理图
如图所示，每个ETCD节点都维护了一个状态机，并且，任意时刻至多存在一个有效的主节点。主节点处理所有来自客户端写操作，通过Raft协议保证写操作对状态机的改动会可靠的同步到其他节点。
6. 集群节点数量
ETCD使用RAFT协议保证各个节点之间的状态一致。根据RAFT算法原理，节点数目越多，会降低集群的写性能。这是因为每一次写操作，需要集群中大多数节点将日志落盘成功后，Leader节点才能将修改内部状态机，并返回将结果返回给客户端。
也就是说在等同配置下，节点数越少，集群性能越好。显然，只部署1个节点是没什么意义的。通常，按照需求将集群节点部署为3，5，7，9个节点。
这里能选择偶数个节点吗？ 最好不要这样。原因有二：
1)偶数个节点集群不可用风险更高，表现在选主过程中，有较大概率或等额选票，从而触发下一轮选举。
2)偶数个节点集群在某些网络分割的场景下无法正常工作。试想，当网络分割发生后，将集群节点对半分割开。此时集群将无法工作。按照RAFT协议，此时集群写操作无法使得大多数节点同意，从而导致写失败，集群无法正常工作。
7.节点迁移
在生产环境中，不可避免遇到机器硬件故障。当遇到硬件故障发生的时候，我们需要快速恢复节点。ETCD集群可以做到在不丢失数据的，并且不改变节点ID的情况下，迁移节点。
具体办法是：
1）停止待迁移节点上的etc进程；
2）将数据目录打包复制到新的节点；
3）更新该节点对应集群中peer url，让其指向新的节点；
4）使用相同的配置，在新的节点上启动etcd进程；
8.Etcd v2 与 v3区别
Etcd v2 和 v3 本质上是共享同一套 raft 协议代码的两个独立的应用，接口不一样，存储不一样，数据互相隔离。也就是说如果从 Etcd v2 升级到 Etcd v3，原来v2 的数据还是只能用 v2 的接口访问，v3 的接口创建的数据也只能访问通过 v3 的接口访问。所以我们按照 v2 和 v3 分别分析：
1）Etcd v2 存储，Watch以及过期机制
Etcd v2 存储结构图
Etcd v2 是个纯内存的实现，并未实时将数据写入到磁盘，持久化机制很简单，就是将store整合序列化成json写入文件。数据在内存中是一个简单的树结构
当客户端调用watch接口（参数中增加 wait参数）时，如果请求参数中有waitIndex，并且waitIndex 小于 currentIndex，则从 EventHistroy 表中查询index小于等于waitIndex，并且和watch key 匹配的 event，如果有数据，则直接返回。如果历史表中没有或者请求没有带 waitIndex，则放入WatchHub中，每个key会关联一个watcher列表。 当有变更操作时，变更生成的event会放入EventHistroy表中，同时通知和该key相关的watcher。
这里有几个影响使用的细节问题：
1）EventHistroy 是有长度限制的，最长1000。也就是说，如果你的客户端停了许久，然后重新watch的时候，可能和该waitIndex相关的event已经被淘汰了，这种情况下会丢失变更。
2）如果通知watch的时候，出现了阻塞（每个watch的channel有100个缓冲空间），Etcd 会直接把watcher删除，也就是会导致wait请求的连接中断，客户端需要重新连接。
3）Etcd store的每个node中都保存了过期时间，通过定时机制进行清理。
从而可以看出，Etcd v2 的一些限制：
1）过期时间只能设置到每个key上，如果多个key要保证生命周期一致则比较困难。
2）watch只能watch某一个key以及其子节点（通过参数 recursive),不能进行多个watch。
3）很难通过watch机制来实现完整的数据同步（有丢失变更的风险），所以当前的大多数使用方式是通过watch得知变更，然后通过get重新获取数据，并不完全依赖于watch的变更event。
2）Etcd v3 存储，Watch以及过期机制
Etcd v3 存储结构图
Etcd v3 将watch和store拆开实现，我们先分析下store的实现。
Etcd v3 store 分为两部分，一部分是内存中的索引，kvindex，是基于google开源的一个golang的btree实现的，另外一部分是后端存储。按照它的设计，backend可以对接多种存储，当前使用的boltdb。boltdb是一个单机的支持事务的kv存储，Etcd 的事务是基于boltdb的事务实现的。Etcd 在boltdb中存储的key是reversion，value是 Etcd 自己的key-value组合，也就是说 Etcd 会在boltdb中把每个版本都保存下，从而实现了多版本机制。
reversion主要由两部分组成，第一部分main rev，每次事务进行加一，第二部分sub rev，同一个事务中的每次操作加一。第一次操作的main rev是3，第二次是4。当然这种机制大家想到的第一个问题就是空间问题，所以 Etcd 提供了命令和设置选项来控制compact，同时支持put操作的参数来精确控制某个key的历史版本数。
了解了 Etcd 的磁盘存储，可以看出如果要从boltdb中查询数据，必须通过reversion，但客户端都是通过key来查询value，所以 Etcd 的内存kvindex保存的就是key和reversion之前的映射关系，用来加速查询。
然后我们再分析下watch机制的实现。Etcd v3 的watch机制支持watch某个固定的key，也支持watch一个范围（可以用于模拟目录的结构的watch），所以 watchGroup 包含两种watcher，一种是 key watchers，数据结构是每个key对应一组watcher，另外一种是 range watchers, 数据结构是一个 IntervalTree（不熟悉的参看文文末链接），方便通过区间查找到对应的watcher。
同时，每个 WatchableStore 包含两种 watcherGroup，一种是synced，一种是unsynced，前者表示该group的watcher数据都已经同步完毕，在等待新的变更，后者表示该group的watcher数据同步落后于当前最新变更，还在追赶。
当 Etcd 收到客户端的watch请求，如果请求携带了revision参数，则比较请求的revision和store当前的revision，如果大于当前revision，则放入synced组中，否则放入unsynced组。同时 Etcd 会启动一个后台的goroutine持续同步unsynced的watcher，然后将其迁移到synced组。也就是这种机制下，Etcd v3 支持从任意版本开始watch，没有v2的1000条历史event表限制的问题（当然这是指没有compact的情况下）。
另外我们前面提到的，Etcd v2在通知客户端时，如果网络不好或者客户端读取比较慢，发生了阻塞，则会直接关闭当前连接，客户端需要重新发起请求。Etcd v3为了解决这个问题，专门维护了一个推送时阻塞的watcher队列，在另外的goroutine里进行重试。
Etcd v3 对过期机制也做了改进，过期时间设置在lease上，然后key和lease关联。这样可以实现多个key关联同一个lease id，方便设置统一的过期时间，以及实现批量续约。
9.相比Etcd v2, Etcd v3的一些主要变化：
1）接口通过grpc提供rpc接口，放弃了v2的http接口。优势是长连接效率提升明显，缺点是使用不如以前方便，尤其对不方便维护长连接的场景。
2）废弃了原来的目录结构，变成了纯粹的kv，用户可以通过前缀匹配模式模拟目录。
3）内存中不再保存value，同样的内存可以支持存储更多的key。
4）watch机制更稳定，基本上可以通过watch机制实现数据的完全同步。
5）（提供了批量操作以及事务机制，用户可以通过批量事务请求来实现Etcd v2的CAS机制（批量事务支持if条件判断）
10.Etcd 使用注意事项
1）Etcd cluster 初始化的问题
如果集群第一次初始化启动的时候，有一台节点未启动，通过v3的接口访问的时候，会报告Error: Etcdserver: not capable 错误。这是为兼容性考虑，集群启动时默认的API版本是2.3，只有当集群中的所有节点都加入了，确认所有节点都支持v3接口时，才提升集群版本到v3。这个只有第一次初始化集群的时候会遇到，如果集群已经初始化完毕，再挂掉节点，或者集群关闭重启（关闭重启的时候会从持久化数据中加载集群API版本），都不会有影响。
2）Etcd 读请求的机制
v2 quorum=true 的时候，读取是通过raft进行的，通过cli请求，该参数默认为true。
v3 –consistency=“l” 的时候（默认）通过raft读取，否则读取本地数据。sdk 代码里则是通过是否打开：WithSerializable option 来控制。
一致性读取的情况下，每次读取也需要走一次raft协议，能保证一致性，但性能有损失，如果出现网络分区，集群的少数节点是不能提供一致性读取的。但如果不设置该参数，则是直接从本地的store里读取，这样就损失了一致性。使用的时候需要注意根据应用场景设置这个参数，在一致性和可用性之间进行取舍。
3）Etcd 的 compact 机制
Etcd 默认不会自动 compact，需要设置启动参数，或者通过命令进行compact，如果变更频繁建议设置，否则会导致空间和内存的浪费以及错误。Etcd v3 的默认的 backend quota 2GB，如果不 compact，boltdb 文件大小超过这个限制后，就会报错：”Error: etcdserver: mvcc: database space exceeded”，导致数据无法写入。
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