SpringCloud学习6（Spring Cloud Alibaba）断路器Sentinel熔断降级

Posted 2023-04-09 Huathy-雨落江南，浮生若梦

文章目录

• 服务熔断降级Sentinel
• • 高并发请求模拟（这里我们使用contiperf来进行测试）
  • • 修改tomcat配置最大线程数
    • 引入测试依赖
    • 编写测试代码
• 服务雪崩
• • 服务雪崩的容错方案（隔离、超时、限流、熔断、降级）
  • • 隔离机制：
    • 超时机制：
    • 限流机制：
    • 熔断机制：
    • 降级机制：
  • 常见的容错组件
  • • Sentinel
    • • Sentinel特征
      • Sentinel俩大部分
• 项目集成Sentinel与Sentinel控制面板
• • 项目集成Sentinel
  • • 引入依赖
    • 增加配置
  • 安装Sentinel控制台
  • • 下载
    • 启动
    • 访问：地址[localhost:8080]()（默认用户/密码：sentinel/sentinel）
• Sentinel功能使用
• • 流控规则限制
  • • 流控维度
    • Sentinel规则种类
    • Sentinel控制实现原理AOP（热插拔、责任链模式）
    • 流控模式
    • • 关联流控模式
      • 链路流控模式
      • • 案例
    • 流控效果
  • 熔断降级规则
  • • 慢调用比例
    • 异常比例
    • 异常数
  • 热点规则（注意加上注解 @SentinelResource）
  • 授权规则
  • 系统规则
• 自定义Sentinel返回值
• @SentinelResource 使用了解
• Feign集成Sentinel走降级
• • 在配置文件开启支持
  • 编写降级容错类
  • 为feign客户端配置降级容错类

SpringCloud、SpringCloudAlibaba、SpringBoot版本选择。为了避免各种千奇百怪的bug，我们还是采用官方推荐的毕业版本。

服务熔断降级Sentinel

高并发请求模拟（这里我们使用contiperf来进行测试）

修改tomcat配置最大线程数

server:
  port: 8882
#  为了模拟高并发请求，将tomcat最大并发数修改为10
  tomcat:
    threads:
      max: 10

引入测试依赖

<dependency>
    <groupId>junit</groupId>
    <artifactId>junit</artifactId>
    <version>4.7</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.databene</groupId>
    <artifactId>contiperf</artifactId>
    <version>2.1.0</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

编写测试代码

@RequestMapping("/thread")
public String thread() throws InterruptedException 
    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    return "Cloud2OrderApp  thread";

public class ContiPerfTest 
    @Rule
    public ContiPerfRule i = new ContiPerfRule();
	// invocations 并发数     threads 线程数
    @Test
    @PerfTest(invocations = 100, threads = 200)
//    @Required(max = 100000, average = 250, totalTime = 100000)
    public void test1() throws Exception 
        RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();
        String result = restTemplate.getForObject("http://localhost:8882/thread", String.class);
        System.out.println(result);
    

这里同时我们在浏览器去请求该地址，响应会变得很慢
测试结论：此时会发现由于thread接口囤积大量请求，导致index方法访问出现问题，这就是服务雪崩的雏形。

服务雪崩

当一个接口高频访问耗费完资源会影响到其他接口的正常访问，这个场景扩展到不同的微服务会导致服务雪崩
由于服务与服务之间的依赖性，故障会传播，对整个微服务系统早长城灾难性的严重后果，这就是故障的雪崩效应。

雪崩发生的原因是多样的，可能是设计的容量不合理，或者是高并发下某一个方法相应很慢，或者某台机器的资源消耗殆尽。我们无法完全杜绝雪崩源头的发生，只有做好足够的容错机制，保证在一个服务发生问题，不会影响其他服务的正常运作。

服务雪崩的容错方案（隔离、超时、限流、熔断、降级）

要防止雪崩扩散，就要做好服务的容错机制。
常见的容错思路：隔离、超时、限流、熔断、降级

隔离机制：

超时机制：

上有服务调用下游服务的时候，设置一个最大响应时间，如果超时，下游未做出响应则自动断开请求，释放线程。

限流机制：

限制系统输入输出流量以达到保护系统目的。为了保证系统稳定运行，一旦达到阈值，就需要限流采取措施来完成限流目的。

熔断机制：

当下游服务因为访问压力过大而响应变慢或者失败，上游服务为保证系统整体可用，暂时切断对下游服务调用。牺牲局部来保证整体可用性。
熔断一般有三种状态：

• 熔断关闭状态（Close）：服务没有故障时，断路器的状态，对调用方不做任何限制
• 熔断开启状态（Open）：后续对该服务接口调用不再经过网络，直接执行本地fallback方法
• 半熔断状态（Half-Open）：尝试恢复服务调用，允许有限的流量调用该服务，并监控调用成功率。如果成功率达到预期，说明服务已经恢复，进入熔断关闭状态。如果成功率仍然很低，则重新进入熔断开启状态。

降级机制：

降级就是给服务提供一个最低的兜底方案，一旦服务无法正常调用，则使用该兜底方案。

常见的容错组件

Hystrix：Netflix开源的延迟容错库。隔离访问远程系统、服务，防止级联失败，提高系统可用性与容错性。
Resilience4J：轻量、简单、文档清晰、丰富的熔断工具。Hystrix官方推荐替代方案。支持SpringBoot1/2，支持Prometheus监控。
Sentinel：alibaba开源断路器实现。稳定。分布式系统的流量防卫兵。

Sentinel

一套用于服务容错的综合性解决方案。以流量为切入点，从流量控制、熔断降级、系统负载保护等多维度来保护系统稳定性。

Sentinel特征

• 丰富的应用场景：秒杀、消息削峰、集群流量控制、实时熔断下游不可用应用等
• 完备的实时监控：可以看到应用的单台机器秒级数据，500台以下规模的集群汇总运行情况。
• 广泛的开源生态：开箱即用的与其他开源库整合模块。引入依赖即可使用。

Sentinel俩大部分

• 核心库（Client）：不依赖任何框架，可以运行于所有Java运行时环境。同时对Dubbo/SpringCloud等框架有较好支持。
• 控制台（Dashboard）：基于SpringBoot开发，打包可以直接运行，无需tomcat容器。

项目集成Sentinel与Sentinel控制面板

项目集成Sentinel

引入依赖

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
    <version>$spring-cloud-alibaba.version</version>
</dependency>

增加配置

spring:
  cloud:
    sentinel:
      transport:
        port: 8719  # 与控制台交流的端口，随意指定一个未使用的端口即可
        dashboard: localhost:8080 	# 指定控制台服务的地址

安装Sentinel控制台

下载

下载安装包：https://github.com/alibaba/Sentinel/releases/tag

sentinel-dashboard-2.0.0-alpha-preview.jar ：https://github.com/alibaba/Sentinel/releases/tag/2.0.0-alpha

启动

# 直接使用java -jar命令启动项目（控制台本身是一个SpringBoot项目）
# -Dserver.port=8080 指定端口。
# -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 指定控制台地址和端口，会自动向该地址发送心跳包。地址格式为：hostIp:port  配置成localhost:8080即监控自己
# -Dproject.name=sentinel-dashboard  指定Sentinel控制台程序显示名称
java -Dserver.port=8080 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard.jar

访问：地址localhost:8080（默认用户/密码：sentinel/sentinel）

如果出不来这个监控项，要多访问几次项目

Sentinel功能使用

流控规则限制

资源名称：唯一名称，默认是请求路径，可以自定义
针对来源：针对哪个微服务进行限流，默认default不区分，全部限制
是否集群：
阈值类型/单机阈值：

• QPS（每秒请求数）：当调用你接口QPS达到阈值，进行限流
• 线程数：当调用接口线程数达到阈值，进行限流

多访问几次就会被流控

流控维度

Sentinel规则种类

流控规则、降级规则、热点规则、系统规则、授权规则

Sentinel控制实现原理AOP（热插拔、责任链模式）

流量控制的原理：监控应用流量的QPS或并发线程数等指标，当达到指定阈值时对流量进行控制，以避免被瞬时流量高峰冲垮，从而保证应用的高可用。

流控模式

• 直接（默认）：当接口达到限流条件时，开启限流
• 关联：当关联的资源达到限流条件时，开启限流（适合做应用让步）
• 链路：当从某个接口过来的资源达到限流条件时，开启限流

关联流控模式

数据库读写操作相互影响。如果写操作过多，会造成读的性能下降。
或者比如下单接口后调用支付接口，如果下单访问过多占用支付接口性能。

链路流控模式

链路流控模式是指，当某个接口过来的资源达到限流条件时，开启限流。

案例

1. 在配置文件中关闭sentinel的web-context-unify

spring:
  cloud:
    sentinel:
      transport:
      web-context-unify: false

流控效果

• 快速失败（默认）：直接失败，抛出异常，不做任何额外处理，是最简单的结果。
• WarmUp：从开始阈值到最大QPS会有一个缓冲阶段，一开始的阈值是最大QPS的1/3，然后慢慢增长，知道最大阈值，适用于突然增大的流量转换为缓慢增长的场景
• 排队等待：让请求以均匀的速度通过，单机阈值以每秒通过数量，其余的排队等待，会让设置一个超时时间，当请求超过时间还未处理则会被丢弃。

熔断降级规则

• 慢调用比例：响应时间超长的请求数比例
• 异常比例：请求异常比例
• 异常数：请求异常数量

慢调用比例

下面配置表示在1秒内超过5个请求，且这些请求中的响应时间大于最大RT时间的10%就触发熔断。在接下来的10秒内都不调用真实方法处理。直接走降级方法。

异常比例

下面配置表示在1秒内有超过1个请求的10%就触发熔断，熔断时间间隔5秒。

异常数

下面配置表示1秒内5个请求中，有三次异常就触发熔断。熔断间隔时间5秒。

热点规则（注意加上注解 @SentinelResource）

热点是指经常访问的数据。很多时候我们希望统计某个热点数据中访问频次最高的top n条数据，并推起进行访问控制。
如：统计一段时间内最常购买的商品ID并进行限制。对一段时间内频繁访问的用户ID进行限制。防止刷赞等。

热点参数限流会统计传入参数中的热点参数，并根据配置的限流阈值与模式，对包含热点参数

授权规则

很多时候，需要根据调用来源来判断你请求是否允许放行，这时候可以使用sentinel的来源访问控制（黑白名单）功能。来源访问控制根据资源的请求（origin）限制资源是否通过，若配置白名单则只有请求来源位于白名单内时可以通过，若配置黑名单，则请求来源位于黑名单时不通过，其余可以通过。

系统规则

• Load自适应（仅对Linux/Unix机器有效）：系统load1作为启发指标，进行自适应系统保护，当系统load1超过设定的阈值，且系统当前并发线程数超过估算的系统容量才会触发系统保护（BBR阶段）。
  系统容量由系统的maxQPS * minRT估算。设定参考值一般是CPU cores * 2.5.
• CPU usage：当系统cpu使用率超过阈值就触发保护。（取值0.0-1.0）比较灵敏。
• 平均RT：当单台机器上所有入口流量的平均RT达到阈值就触发系统保护，单位是毫秒。
• 并发线程数：当单台机器上所有入口流量的并发线程数达到阈值就触发系统保护。
• 入口QPS：当单台机器上所有入口流量的QPS达到阈值就触发系统保护。
  

自定义Sentinel返回值

当前面设定规则没有满足，可以自定义异常返回。

• FlowException ：限流异常
• DegradeException ：降级异常
• ParamFlowException ： 参数限流异常
• AuthorityException ： 授权异常
• SystemBlockException ： 系统负载异常

package com.hx.sentinel.error;

import com.alibaba.csp.sentinel.adapter.spring.webmvc.callback.BlockExceptionHandler;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.BlockException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.authority.AuthorityException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.param.ParamFlowException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.system.SystemBlockException;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import org.apache.commons.lang.CharSet;
import org.apache.http.Consts;
import org.apache.http.entity.ContentType;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.nio.charset.Charset;

/**
 * @author Huathy
 * @date 2023-04-04 23:58
 * @description
 */
@Component
public class SentinelExceptionHandler implements BlockExceptionHandler 
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception 
        Result result = null;
        if (e instanceof FlowException) 
            result = new Result(500101, "接口限流");
         else if (e instanceof DegradeException) 
            result = new Result(500102, "接口降级");
         else if (e instanceof ParamFlowException) 
            result = new Result(500101, "接口参数限流");
         else if (e instanceof AuthorityException) 
            result = new Result(500101, "授权异常");
         else if (e instanceof SystemBlockException) 
            result = new Result(500101, "系统负载异常");
         else 
            result = new Result(500101, e.getMessage());
        
        response.setCharacterEncoding(Consts.UTF_8.name());
        response.setContentType(ContentType.APPLICATION_JSON.getMimeType());
        response.getWriter().write(JSON.toJSONString(result));
    

    @Data
    @AllArgsConstructor
    @NoArgsConstructor
    class Result 
        int code;
        String msg;
    

@SentinelResource 使用了解

用于定义资源，并提供可选的异常处理和fallback配置项。

@RestController
public class AnnoController 
    // 需求：当触发流控规则后，默认向抛出异常。
    // 此时业务需要在抛出异常前，进行额外业务处理。或返回默认参数
    @RequestMapping("/anno1")
    @SentinelResource(value = "/anno1", blockHandler = "anno1BlockHandler", fallback = "anno1Fallback")
    public Map<String, Object> anno1(String pm) 
        if(pm == null || "".equals(""))
            throw new RuntimeException("参数为空！");
        
        Map<String, Object> res = new HashMap<>();
        res.put("code", 200);
        res.put("msg", "请求成功");
        res.put("param", pm);
        return res;
    

    /**
     * 当触发流控规则之后，立即触发该方法。
     * 需要注意该handler方法的参数列表要与原方法一致，并在最后加上异常参数BlockException ex
     */
    public Map<String, Object> anno1BlockHandler(String param, BlockException e) 
        System.out.println("anno1 流控触发");
        Map<String, Object> res = new HashMap<>();
        res.put("code", 403);
        res.put("msg", "触发流控默认返回方法");
        res.put("param", param);
        res.put("exception", e);
        return res;
    

    /**
     * 当anno1方法执行报错的时候，立即触发该方法
     * @param param
     * @param e
     * @return
     */
    public Map<String, Object> anno1Fallback(String param, Throwable e) 
        Map<String, Object> res = new HashMap<>();
        res.put("code", 500);
        res.put("msg", "处理出错，默认返回");
        res.put("param", param);
        res.put("exception", e);
        return res;
    

Feign集成Sentinel走降级

在配置文件开启支持

feign:
  sentinel:
    enabled: true

编写降级容错类

@Component
public class ProductFallService implements ProductService 
    @Override
    public String index() 
        return "熔断降级了！";
    

为feign客户端配置降级容错类

@FeignClient(value = "cloud2-product-server", fallback = ProductFallService.class)
public interface ProductService 
    @GetMapping("/")
    String index();

SpringCloud学习资料

CSDN博客：http://blog.csdn.net/k21325/article/details/52789829

SpringCloud中文网：https://springcloud.cc/spring-cloud-netflix-zhcn.html

SpringCloud官网：http://projects.spring.io/spring-cloud/#quick-start