【SpringCloudAlibaba】Sentinel熔断限流工具的使用

一、前言

随着微服务的流行，服务和服务之间的稳定性变得越来越重要。Sentinel 是面向分布式、多语言异构化服务架构的流量治理组件，主要以流量为切入点，从流量路由、流量控制、流量整形、熔断降级、系统自适应过载保护、热点流量防护等多个维度来帮助开发者保障微服务的稳定性。

Sentinel 的历史：

  • 2012 年，Sentinel 诞生，主要功能为入口流量控制。
  • 2013-2017 年，Sentinel 在阿里巴巴集团内部迅速发展，成为基础技术模块，覆盖了所有的核心场景。Sentinel 也因此积累了大量的流量归整场景以及生产实践。
  • 2018 年，Sentinel 开源，并持续演进。
  • 2019 年，Sentinel 朝着多语言扩展的方向不断探索，推出 C++ 原生版本，同时针对 Service Mesh 场景也推出了 Envoy 集群流量控制支持，以解决 Service Mesh 架构下多语言限流的问题。
  • 2020 年，推出 Sentinel Go 版本，继续朝着云原生方向演进。
  • 2021 年，Sentinel 正在朝着 2.0 云原生高可用决策中心组件进行演进；同时推出了 Sentinel Rust 原生版本。同时我们也在 Rust 社区进行了 Envoy WASM extension 及 eBPF extension 等场景探索。
  • 2022 年，Sentinel 品牌升级为流量治理，领域涵盖流量路由/调度、流量染色、流控降级、过载保护/实例摘除等；同时社区将流量治理相关标准抽出到 OpenSergo 标准中，Sentinel 作为流量治理标准实现。

                                                                       --以上来自Sentinel官方文档;introduction | Sentinel

二、Sentinel 基本概念

1、资源

资源是 Sentinel 的关键概念。它可以是 Java 应用程序中的任何内容，例如，由应用程序提供的服务，或由应用程序调用的其它应用提供的服务，甚至可以是一段代码。在接下来的文档中，我们都会用资源来描述代码块。

只要通过 Sentinel API 定义的代码，就是资源，能够被 Sentinel 保护起来。大部分情况下，可以使用方法签名，URL，甚至服务名称作为资源名来标示资源。

2、规则

围绕资源的实时状态设定的规则，可以包括流量控制规则、熔断降级规则以及系统保护规则。所有规则可以动态实时调整。

三、在Linux下安装 Sentinel

1、安装包下载

https://github.com/alibaba/Sentinel/releases

2、拷贝到Linux服务器上并启动服务

 启动命令：（指定端口号 8849）

nohup java -Dserver.port=8849 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8849 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar /home/springcloud/sentinel-dashboard-1.7.0.jar &

浏览器登录sentinel前端页面，地址：IP:8849

 【注】访问失败的解决方法：

  • 查看 8849 端口号是否开放：firewall-cmd --query-port=8849/tcp
  • 打开端口：firewall-cmd --zone=public --add-port=8849/tcp --permanent
  • 重启防火墙：firewall-cmd --reload

3、重新登录，用户名密码都是 sentinel

 四、Springcloud 整合 Sentinel

1、pom.xml中引入依赖包

        <properties>
        <java.version>8</java.version>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <spring.boot.version>2.3.2.RELEASE</spring.boot.version>
        <spring.cloud.version>Hoxton.SR9</spring.cloud.version>
        <spring.cloud.alibaba.version>2.2.1.RELEASE</spring.cloud.alibaba.version>
        </properties>



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

2、在application.yml中添加配置，指定Sentinel的服务地址

spring:
  cloud:
    sentinel:
      transport:
        dashboard: 192.168.1.233:8849

3、创建测试接口

package com.example.springclouduser.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {

    @GetMapping("/queryUserInfoById/{userId}")
    public String queryUserInfoById(@PathVariable Long userId) {
         return "接口名:[queryUserInfoById] 调用成功，用户ID：" + userId;
    }

}

4、浏览器调用接口，在 Sentienl 的簇点链路中就会显示

 到此，证明本地已经和 Sentinel 服务连接上了。

五、Sentinel各个功能的使用

1、流控规则

  • 资源名：唯一名称，默认请求路径。
  • 针对来源：Sentinel可以针对调用者进行限流，填写微服务名，默认default（不区分来源）。
  • 阈值类型/单机阈值：
  •        QPS：每秒钟的请求数量，当调用该API的QPS达到阈值的时候，进行限流。                           线程数：当调用该API的线程数达到阈值的时候，进行限流。
  • 是否集群：不需要集群
  • 流控模式：
  •        直接：API达到限流条件时，直接限流。
           关联：当关联的资源达到阈值时，就限流当前资源。
           链路：只记录指定链路上的流量（指定资源从入口资源进来的流量，如果达到阈值，就进行限流）【API级别的针对来源】。
  • 流控效果：
  •        快速失败：直接失败，抛出异常
           Warm up：根据Code Factor的值（冷加载因子，默认3），从阈值/code Factor，经过预热时长，才达到设置的QPS阈值。
           排队等待：匀速排队，让请求以匀速通过，阈值类型必须设置为QPS，否则无效。

1.1 QPS + 直接 + 快速失败

当接口 /user/queryUserInfoById 每秒访问数超过3个，直接报错。

测试结果：

当 QPS 超过阈值，报错：

 1.2 QPS + 关联 + 快速失败

当关联的资源 /user/secondMethod 接口每秒访问数超过3个，会使 /user/queryUserInfoById  接口限流。

测试流程：

（1）使用 Jmeter 压测工具，每秒钟并发发送四个请求

此时 接口 /user/secondMethod 的 QPS 阈值超过 3，再访问接口 /user/queryUserInfoById 时被限流：

1.3 QPS + 链路 + 快速失败

只记录指定链路上的流量（指定资源从入口资源进来的流量，如果达到阈值，就可以限流）[api级别的针对来源]

/user/queryUserInfoById 接口属于 sentinel_spring_web_context 链路下，因为入口资源填写 sentinel_spring_web_context。

再次访问 /user/queryUserInfoById 接口发现被限流：

1.4 QPS + 直接 + Warm Up

请求QPS从设定的阈值/3开始，经预热时长逐渐升至设定的QPS阈值

如下图所示，QPS开始时为 3/coldFactor = 3/3 = 1 （冷因子coldFactor默认为3）

经过5秒后，QPS 达到最终设定的阈值3。

1.5 QPS + 直接 + 排队等待

接口 queryUserInfoById 每秒访问1次，多余的请求排队等待，之后匀速访问接口，超时时间为2秒。

为接口queryUserInfoById加上日志，查看日志打印，是否相隔1秒后调用。

@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {

    @GetMapping("/queryUserInfoById/{userId}")
    public String queryUserInfoById(@PathVariable Long userId) {
         String message = "接口名:[queryUserInfoById] 调用成功，用户ID：" + userId;
         log.info("当前线程:[{}]", Thread.currentThread().getName());
         return message;
    }

}

 测试结果：

 以上每种模式的例子只找了一种，感兴趣的同学可以试试其他的模式；

2、降级规则

2.1 RT：平均响应时间

当资源的平均响应时间超过阈值（DegradeRule 中的 count，以 ms 为单位）之后，资源进入准降级状态。如果接下来 1s 内持续进入 5 个请求（即 QPS >= 5），它们的 RT 都持续超过这个阈值，那么在接下的时间窗口（DegradeRule 中的 timeWindow，以 s 为单位）之内，对这个方法的调用都会自动地熔断（抛出 DegradeException）。

【注】RT默认最大4900ms，超过此阈值的也会算作 4900ms,若需要变更此上限可以通过启动配置项 -Dcsp.sentinel.statistic.max.rt=xxx 来配置

测试过程：

（1）创建降级规则：当RT= 3000ms，时间窗口为 5s 。

（2）修改接口，添加 6s的响应时间

@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/user")
public class UserController {

    @GetMapping("/queryUserInfoById/{userId}")
    public String queryUserInfoById(@PathVariable Long userId) {
        try {
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        String message = "接口名:[queryUserInfoById] 调用成功，用户ID：" + userId;
         log.info("当前线程:[{}]", Thread.currentThread().getName());
         return message;
    }
}

（3）jmeter模拟每秒10个请求的并发环境，调用接口，发现接口返回报错：Blocked by Sentinel(flow limiting)

(4)注释掉响应时间6s，同样使用jmeter调用接口，发现接口返回正常。

 2.2 异常比例

当资源的每秒异常总数占通过量的比值超过阈值（阈值范围是 [0.0, 1.0]，代表 0% - 100%。）之后，资源进入降级状态，即在接下的时间窗口（DegradeRule 中的 timeWindow，以 s 为单位）之内，对这个方法的调用都会自动地返回。

2.3 异常数

当资源近 1 分钟的异常数目超过阈值之后会进行熔断。注意由于统计时间窗口是分钟级别的，若 timeWindow 小于 60s，则结束熔断状态后仍可能再进入熔断状态。

3、热点规则

热点规则限流只支持 QPS 模式，也只有 QPS模式下才叫热点；

参数索引：调用方法所传参数的索引，0代表第一个参数，1代表第二个参数，以此类推；

单机阈值以及统计窗口时长表示在此窗口时间内，访问数超过阈值数量就触发限流。

4、系统规则

 系统保护规则是从应用级别的入口流量进行控制，从单台机器的 load、CPU 使用率、平均 RT、入口 QPS 和并发线程数等几个维度监控应用指标，让系统尽可能跑在最大吞吐量的同时保证系统整体的稳定性。

    系统保护规则是应用整体维度的，而不是资源维度的，并且仅对入口流量生效。入口流量指的是进入应用的流量（EntryType.IN），比如 Web 服务或 Dubbo 服务端接收的请求，都属于入口流量。

    系统规则支持以下的模式：

  • Load 自适应（仅对 Linux/Unix-like 机器生效）：系统的 load1 作为启发指标，进行自适应系统保护。当系统 load1 超过设定的启发值，且系统当前的并发线程数超过估算的系统容量时才会触发系统保护（BBR 阶段）。系统容量由系统的 maxQps * minRt估算得出。设定参考值一般是 CPU cores * 2.5。
  • CPU usage（1.5.0+ 版本）：当系统 CPU 使用率超过阈值即触发系统保护（取值范围 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 达到阈值即触发系统保护，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即触发系统保护。
  • 入口 QPS：当单台机器上所有入口流量的 QPS 达到阈值即触发系统保护。

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