一、什么是 Informer？

Informer 是 Kubernetes 客户端库（client-go）中的一种工具，用于简化与 Kubernetes API Server 的交互。它的核心作用是监听和缓存 Kubernetes 资源（如 Pod、Deployment、Service 等）的状态，帮助开发者高效地获取和处理这些资源的变化。

在 Kubernetes 中，所有资源的状态都存储在 API Server（背后是 etcd），客户端（比如控制器、调度器）需要频繁查询或监听这些资源。如果直接通过 REST API 调用，会导致性能问题（频繁请求、高延迟）。Informer 就像一个“智能助手”，通过缓存和事件机制，大幅提高效率。

二、Informer 的核心组件和工作机制

1.Informer 的架构

Informer 不是单独运行的组件，而是 client-go 提供的一套机制，主要由以下部分组成：

• Reflector：负责从 API Server 监听资源变化，并更新本地缓存。
• Delta FIFO：一个队列，存储资源的变化事件（新增、更新、删除）。
• Indexer：本地缓存，基于键值对存储资源的最新状态。
• Controller：协调 Reflector 和 Informer 的工作，处理事件并触发回调。
• Callbacks（回调函数）：用户定义的函数，当资源变化时被调用（比如 OnAdd、OnUpdate、OnDelete）。

这些组件一起形成了一个高效的事件驱动系统。

2.工作流程

以监听 Pod 资源为例，来说明 Informer 的机制：

1. 初始化：
   用户通过 client-go 创建一个 Informer（比如 NewSharedInformerFactory），指定要监听的资源类型（Pod）和命名空间。
   Informer 启动时，通过 List 请求从 API Server 获取所有 Pod 的初始状态，存入 Indexer（本地缓存）。
2. 监听变化：
   Reflector 通过 HTTP 长连接（Watch 机制）监听 API Server，获取 Pod 的实时变化。
   Watch 返回的是增量事件（Added、Modified、Deleted），每次变化会被放入 Delta FIFO 队列。
3. 处理事件：
   Controller 从 Delta FIFO 取出事件，更新 Indexer 中的缓存。
   根据事件类型，触发用户注册的回调函数：
   OnAdd：新 Pod 创建。
   OnUpdate：Pod 状态更新。
   OnDelete：Pod 被删除。
   
4. 本地查询：
   用户代码无需直接访问 API Server，可以通过 Informer 的 Lister 或 Indexer 从本地缓存查询资源状态。
5. 同步与重试：
   如果 Watch 连接断开，Reflector 会重新建立连接，并通过 ResourceVersion 确保不漏掉任何变化。
   Delta FIFO 支持重试机制，确保事件处理可靠。

三、Informer 的设计原理和实现细节

1.缓存与事件驱动

Informer 的核心优势在于“缓存 + 事件”：

• 缓存：初始通过 List 获取全量数据，之后用 Watch 增量更新，减少对 API Server 的压力。
• 事件驱动：不轮询，而是被动接收变化通知，实时性强且高效。

2.ResourceVersion

Kubernetes 用 ResourceVersion（资源的版本号）来追踪变化：

• Informer 启动时记录当前的 ResourceVersion。
• Watch 从这个版本号开始监听，确保不遗漏事件。
• 如果缓存和 API Server 不同步（比如长时间断连），Informer 会重新全量同步。

3.SharedInformer

在实际使用中，通常用 SharedInformer，允许多个客户端共享同一个 Informer：

• 减少重复的 Watch 连接，节省资源。
• 多个控制器可以注册不同的回调，监听同一资源的不同逻辑。

4.Indexer 的作用

Indexer 是一个键值存储，默认用资源的 namespace/name 作为 key，支持自定义索引函数：

• 比如按标签（label）索引 Pod，方便快速查询特定条件的资源。

四、实际例子

假设你写一个控制器，监听所有 Pod 的变化，用 Go 语言和 client-go 实现：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
	"k8s.io/client-go/informers"
	"k8s.io/client-go/kubernetes"
	"k8s.io/client-go/tools/clientcmd"
)

func main() {
	// 加载 kubeconfig 文件（通常是 ~/.kube/config）
	config, err := clientcmd.BuildConfigFromFlags("", "/path/to/kubeconfig")
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	// 创建 Kubernetes 客户端
	clientset, err := kubernetes.NewForConfig(config)
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	// 创建 SharedInformerFactory，监听所有命名空间的 Pod
	factory := informers.NewSharedInformerFactory(clientset, time.Minute*30) // 每30分钟全量同步一次
	podInformer := factory.Core().V1().Pods().Informer()

	// 注册回调函数
	podInformer.AddEventHandler(&cache.ResourceEventHandlerFuncs{
		AddFunc: func(obj interface{}) {
			pod := obj.(*v1.Pod)
			fmt.Printf("Pod Added: %s/%s\n", pod.Namespace, pod.Name)
		},
		UpdateFunc: func(oldObj, newObj interface{}) {
			pod := newObj.(*v1.Pod)
			fmt.Printf("Pod Updated: %s/%s\n", pod.Namespace, pod.Name)
		},
		DeleteFunc: func(obj interface{}) {
			pod := obj.(*v1.Pod)
			fmt.Printf("Pod Deleted: %s/%s\n", pod.Namespace, pod.Name)
		},
	})

	// 启动 Informer
	stopCh := make(chan struct{})
	factory.Start(stopCh)
	factory.WaitForCacheSync(stopCh) // 等待缓存同步完成

	// 保持程序运行
	<-stopCh
}

运行这个代码后：

• Informer 会先从 API Server 获取所有 Pod 的初始状态，存入缓存。
• 然后通过 Watch 监听 Pod 的变化，触发对应的回调函数。
• 你会在终端看到类似输出：

Pod Added: default/my-pod
Pod Updated: default/my-pod
Pod Deleted: default/my-pod

五、Informer 的优势

1. 高效性：通过缓存和 Watch，避免频繁请求 API Server。
2. 实时性：事件驱动，资源变化立刻通知。
3. 共享性：SharedInformer 允许多个控制器复用，减少资源浪费。
4. 可靠性：通过 ResourceVersion 和重试机制，保证数据一致性。

六、背后的挑战与优化

1. 缓存一致性：
   如果 Watch 断连时间过长，缓存可能落后，Informer 会重新全量同步。
   为避免同步风暴，可以调整 resyncPeriod（全量同步周期）。
2. 性能开销：
   大规模集群中，监听所有资源可能导致内存占用高。可以限制命名空间或用 Label Selector 过滤。
3. 错误处理：
   Delta FIFO 队列满时会丢弃老事件，需确保回调逻辑足够快。

七、总结

Informer 是 Kubernetes 控制器开发中的“得力助手”，通过缓存和事件机制，把复杂的 API Server 交互简化成了本地查询和回调。它就像一个“资源监听器”，默默帮你跟踪集群状态，让自定义控制器开发变得高效而优雅。