Sentinel篇:线程隔离和熔断降级

书接上回:微服务:Sentinel篇

3. 隔离和降级

限流是一种预防措施,虽然限流可以尽量避免因高并发而引起的服务故障,但服务还会因为其它原因而故障。

而要将这些故障控制在一定范围,避免雪崩,就要靠线程隔离(舱壁模式)和熔断降级手段了。

线程隔离之前讲到过:调用者在调用服务提供者时,给每个调用的请求分配独立线程池,出现故障时,最多消耗这个线程池内资源,避免把调用者的所有资源耗尽。

        

熔断降级:是在调用方这边加入断路器,统计对服务提供者的调用,如果调用的失败比例过高,则熔断该业务,不允许访问该服务的提供者了。

         

可以看到,不管是线程隔离还是熔断降级,都是对客户端(调用方)的保护。需要在调用方 发起远程调用时做线程隔离、或者服务熔断。

而我们的微服务远程调用都是基于Feign来完成的,因此我们需要将Feign与Sentinel整合,在Feign里面实现线程隔离和服务熔断。

3.1.FeignClient整合Sentinel

SpringCloud中,微服务调用都是通过Feign来实现的,因此做客户端保护必须整合Feign和Sentinel。

3.1.1.修改配置,开启sentinel功能

修改OrderService的application.yml文件,开启Feign的Sentinel功能:

feign:
  sentinel:
    enabled: true # 开启feign对sentinel的支持

3.1.2.编写失败降级逻辑

业务失败后,不能直接报错,而应该返回用户一个友好提示或者默认结果,这个就是失败降级逻辑。

给FeignClient编写失败后的降级逻辑

①方式一:FallbackClass,无法对远程调用的异常做处理

②方式二:FallbackFactory,可以对远程调用的异常做处理,我们选择这种

这里我们演示方式二的失败降级处理。

步骤一:在feing-api项目中定义类,实现FallbackFactory:

         

代码:

package cn.itcast.feign.clients.fallback;

import cn.itcast.feign.clients.UserClient;
import cn.itcast.feign.pojo.User;
import feign.hystrix.FallbackFactory;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class UserClientFallbackFactory implements FallbackFactory<UserClient> {
    @Override
    public UserClient create(Throwable throwable) {
        return new UserClient() {
            @Override
            public User findById(Long id) {
                log.error("查询用户异常", throwable);
                return new User();
            }
        };
    }
}

步骤二:在feing-api项目中的DefaultFeignConfiguration类中将UserClientFallbackFactory注册为一个Bean:

@Bean
    public UserClientFallbackFactory userClientFallbackFactory(){
        return new UserClientFallbackFactory();
    }

步骤三:在feing-api项目中的UserClient接口中使用UserClientFallbackFactory:

import cn.itcast.feign.clients.fallback.UserClientFallbackFactory;
import cn.itcast.feign.pojo.User;
import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;

@FeignClient(value = "userservice", fallbackFactory = UserClientFallbackFactory.class)
public interface UserClient {

    @GetMapping("/user/{id}")
    User findById(@PathVariable("id") Long id);
}

 重启后,访问一次订单查询业务,然后查看sentinel控制台,可以看到新的簇点链路:

3.1.3.总结

Sentinel支持的雪崩解决方案:

  • 线程隔离(仓壁模式)

  • 降级熔断

Feign整合Sentinel的步骤:

  • 在application.yml中配置:feign.sentienl.enable=true

  • 给FeignClient编写FallbackFactory并注册为Bean

  • 将FallbackFactory配置到FeignClient

3.2.线程隔离(舱壁模式)

3.2.1.线程隔离的实现方式

线程隔离有两种方式实现:

  • 线程池隔离

  • 信号量隔离(Sentinel默认采用)

如图:

        

线程池隔离:给每个服务调用业务分配一个线程池,利用线程池本身实现隔离效果

信号量隔离:不创建线程池,而是计数器模式,记录业务使用的线程数量,达到信号量上限时,禁止新的请求。

两者的优缺点:        

        

3.2.2.sentinel的线程隔离

用法说明

在添加限流规则时,可以选择两种阈值类型:

 

  • QPS:就是每秒的请求数,在快速入门中已经演示过

  • 线程数:是该资源能使用用的tomcat线程数的最大值。也就是通过限制线程数量,实现线程隔离(舱壁模式)。

案例需求:给 order-service服务中的UserClient的查询用户接口设置流控规则,线程数不能超过 2。然后利用jemeter测试。

1)配置隔离规则

选择feign接口后面的流控按钮:

 填写表单:

2)Jmeter测试

选择《阈值类型-线程数<2》:

 

一次发生10个请求,有较大概率并发线程数超过2,而超出的请求会走之前定义的失败降级逻辑。

查看运行结果:

发现虽然结果都是通过了,不过部分请求得到的响应是降级返回的null信息。

3.2.3.总结

线程隔离的两种手段是?

  • 信号量隔离

  • 线程池隔离

信号量隔离的特点是?

  • 基于计数器模式,简单,开销小

线程池隔离的特点是?

  • 基于线程池模式,有额外开销,但隔离控制更强

3.3.熔断降级

熔断降级是解决雪崩问题的重要手段。其思路是由断路器统计服务调用的异常比例、慢请求比例,如果超出阈值则会熔断该服务。即拦截访问该服务的一切请求;而当服务恢复时,断路器会放行访问该服务的请求。

断路器控制熔断和放行是通过状态机来完成的:

状态机包括三个状态:

  • closed:关闭状态,断路器放行所有请求,并开始统计异常比例、慢请求比例。超过阈值则切换到open状态

  • open:打开状态,服务调用被熔断,访问被熔断服务的请求会被拒绝,快速失败,直接走降级逻辑。Open状态5秒后会进入half-open状态

  • half-open:半开状态,放行一次请求,根据执行结果来判断接下来的操作。

    • 请求成功:则切换到closed状态

    • 请求失败:则切换到open状态

断路器熔断策略有三种:慢调用、异常比例、异常数  

3.3.1.慢调用

慢调用:业务的响应时长(RT)大于指定时长的请求认定为慢调用请求。在指定时间内,如果请求数量超过设定的最小数量,慢调用比例大于设定的阈值,则触发熔断。

例如:

解读:RT超过500ms的调用是慢调用,统计最近10000ms内的请求,如果请求量超过10次,并且慢调用比例不低于0.5,则触发熔断,熔断时长为5秒。然后进入half-open状态,放行一次请求做测试。

案例

需求:给 UserClient的查询用户接口设置降级规则,慢调用的RT阈值为50ms,统计时间为1秒,最小请求数量为5,失败阈值比例为0.4,熔断时长为5

1)设置慢调用

修改user-service中的/user/{id}这个接口的业务。通过休眠模拟一个延迟时间:

 

此时,orderId=101的订单,关联的是id为1的用户,调用时长为60ms:  

orderId=102的订单,关联的是id为2的用户,调用时长为非常短;

2)设置熔断规则

下面,给feign接口设置降级规则:

超过50ms的请求都会被认为是慢请求

3)测试

在浏览器访问:http://localhost:8088/order/101,快速刷新5次,可以发现:

触发了熔断,请求时长缩短至5ms,快速失败了,并且走降级逻辑,返回的null

在浏览器访问:http://localhost:8088/order/102,竟然也被熔断了:

3.3.2.异常比例、异常数

异常比例或异常数:统计指定时间内的调用,如果调用次数超过指定请求数,并且出现异常的比例达到设定的比例阈值(或超过指定异常数),则触发熔断。

例如,一个异常比例设置:

 

解读:统计最近1000ms内的请求,如果请求量超过10次,并且异常比例不低于0.4,则触发熔断。

一个异常数设置:

                

解读:统计最近1000ms内的请求,如果请求量超过10次,并且异常比例不低于2次,则触发熔断。

案例

需求:给 UserClient的查询用户接口设置降级规则,统计时间为1秒,最小请求数量为5,失败阈值比例为0.4,熔断时长为5s

1)设置异常请求

首先,修改user-service中的/user/{id}这个接口的业务。手动抛出异常,以触发异常比例的熔断:

也就是说,id 为 2时,就会触发异常

2)设置熔断规则

下面,给feign接口设置降级规则:

规则:

在5次请求中,只要异常比例超过0.4,也就是有2次以上的异常,就会触发熔断。

3)测试

在浏览器快速访问:http://localhost:8088/order/102,快速刷新5次,触发熔断:

此时,我们去访问本来应该正常的103:  

4.授权规则

授权规则可以对请求方来源做判断和控制。

4.1.授权规则

4.1.1.基本规则

授权规则可以对调用方的来源做控制,有白名单和黑名单两种方式。

  • 白名单:来源(origin)在白名单内的调用者允许访问

  • 黑名单:来源(origin)在黑名单内的调用者不允许访问

点击左侧菜单的授权,可以看到授权规则:

  • 资源名:就是受保护的资源,例如/order/{orderId}

  • 流控应用:是来源者的名单,

    • 如果是勾选白名单,则名单中的来源被许可访问。

    • 如果是勾选黑名单,则名单中的来源被禁止访问。

比如:

我们允许请求从gateway到order-service,不允许浏览器访问order-service,那么白名单中就要填写网关的来源名称(origin)

4.1.2.如何获取origin

Sentinel是通过RequestOriginParser这个接口的parseOrigin来获取请求的来源的。

public interface RequestOriginParser {
    /**
     * 从请求request对象中获取origin,获取方式自定义
     */
    String parseOrigin(HttpServletRequest request);
}

这个方法的作用就是从request对象中,获取请求者的origin值并返回。

默认情况下,sentinel不管请求者从哪里来,返回值永远是default,也就是说一切请求的来源都被认为是一样的值default。

因此,我们需要自定义这个接口的实现,让不同的请求,返回不同的origin

例如order-service服务中,我们定义一个RequestOriginParser的实现类:

package cn.itcast.order.sentinel;

import com.alibaba.csp.sentinel.adapter.spring.webmvc.callback.RequestOriginParser;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.StringUtils;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;

@Component
public class HeaderOriginParser implements RequestOriginParser {
    @Override
    public String parseOrigin(HttpServletRequest request) {
        // 1.获取请求头
        String origin = request.getHeader("origin");
        // 2.非空判断
        if (StringUtils.isEmpty(origin)) {
            origin = "blank";
        }
        return origin;
    }
}

我们会尝试从request-header中获取origin值。

4.1.3.给网关添加请求头

既然获取请求origin的方式是从reques-header中获取origin值,我们必须让所有从gateway路由到微服务的请求都带上origin头

这个需要利用之前学习的一个GatewayFilter来实现,AddRequestHeaderGatewayFilter。

修改gateway服务中的application.yml,添加一个defaultFilter:

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
        - AddRequestHeader=origin,gateway
      routes:
       # ...略

这样,从gateway路由的所有请求都会带上origin头,值为gateway。而从其它地方到达微服务的请求则没有这个头。

4.1.4.配置授权规则

接下来,我们添加一个授权规则,放行origin值为gateway的请求。

现在,我们直接跳过网关,访问order-service服务:

4.2.自定义异常结果

默认情况下,发生限流、降级、授权拦截时,都会抛出异常到调用方。异常结果都是flow limmiting(限流)。这样不够友好,无法得知是限流还是降级还是授权拦截。

4.2.1.异常类型

而如果要自定义异常时的返回结果,需要实现BlockExceptionHandler接口:

public interface BlockExceptionHandler {
    /**
     * 处理请求被限流、降级、授权拦截时抛出的异常:BlockException
     */
    void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception;
}

这个方法有三个参数:

  • HttpServletRequest request:request对象

  • HttpServletResponse response:response对象

  • BlockException e:被sentinel拦截时抛出的异常

这里的BlockException包含多个不同的子类:

异常说明
FlowException限流异常
ParamFlowException热点参数限流的异常
DegradeException降级异常
AuthorityException授权规则异常
SystemBlockException系统规则异常

4.2.2.自定义异常处理

下面,我们就在order-service定义一个自定义异常处理类:  

package cn.itcast.order.sentinel;

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 org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

@Component
public class SentinelExceptionHandler implements BlockExceptionHandler {
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception {
        String msg = "未知异常";
        int status = 429;

        if (e instanceof FlowException) {
            msg = "请求被限流了";
        } else if (e instanceof ParamFlowException) {
            msg = "请求被热点参数限流";
        } else if (e instanceof DegradeException) {
            msg = "请求被降级了";
        } else if (e instanceof AuthorityException) {
            msg = "没有权限访问";
            status = 401;
        }

        response.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        response.setStatus(status);
        response.getWriter().println("{\"msg\": " + msg + ", \"status\": " + status + "}");
    }
}

重启测试,在不同场景下,会返回不同的异常消息.

限流:

授权拦截时:  

5.规则持久化

现在,sentinel的所有规则都是内存存储,重启后所有规则都会丢失。在生产环境下,我们必须确保这些规则的持久化,避免丢失。

5.1.规则管理模式

规则是否能持久化,取决于规则管理模式,sentinel支持三种规则管理模式:

  • 原始模式:Sentinel的默认模式,将规则保存在内存,重启服务会丢失。

  • pull模式

  • push模式

5.1.1.pull模式

pull模式:控制台将配置的规则推送到Sentinel客户端,而客户端会将配置规则保存在本地文件或数据库中。以后会定时去本地文件或数据库中查询,更新本地规则。

5.1.2.push模式

push模式:控制台将配置规则推送到远程配置中心,例如Nacos。Sentinel客户端监听Nacos,获取配置变更的推送消息,完成本地配置更新。

5.2.实现push模式

一、修改order-service服务

修改OrderService,让其监听Nacos中的sentinel规则配置。

具体步骤如下:

1.引入依赖

在order-service中引入sentinel监听nacos的依赖:

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-datasource-nacos</artifactId>
</dependency>

2.配置nacos地址

在order-service中的application.yml文件配置nacos地址及监听的配置信息:

spring:
  cloud:
    sentinel:
      datasource:
        flow:
          nacos:
            server-addr: localhost:8848 # nacos地址
            dataId: orderservice-flow-rules
            groupId: SENTINEL_GROUP
            rule-type: flow # 还可以是:degrade、authority、param-flow

二、修改sentinel-dashboard源码

SentinelDashboard默认不支持nacos的持久化,需要修改源码。

这里我们就不去做修改了(太复杂了)

三:启动

启动方式跟官方一样:

java -jar sentinel-dashboard.jar

如果要修改nacos地址,需要添加参数:

java -jar -Dnacos.addr=localhost:8848 sentinel-dashboard.jar

然后把所有相关的微服务重启一下。 

启动之后,我们进入Sentinel控制台,并且清除缓存

然后随便发送一个请求,刷新一下,就会有:

我们可以看到,左边菜单导航栏多了一个 流控规则-NACOS,这个是改动sentinel的源码加上去的。

在这里新增流控规则

我们测试一下:

                         

添加成功!

我们再测试一下是否真的实现了持久化:

我们重启order-service服务:

        

来到Sentinel控制台刷新一下:

发现流控规则还在

发起一个请求,测试效果:

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

说明依据push模式实现规则持久化成功!

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