Spring Cloud – 熔断（Hystrix）

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熔断

小铭同学最近正在学Spring Cloud，最近学到熔断这块的知识点，不是很理解，于是请教了公司的大佬老王。

小铭趁空闲时间找到老王：“王哥，我最近在学习Spring Cloud，看到所有书上都说熔断是微服务必须的，可我不用熔断，系统好像也能正常工作。那为什么说它是必须的呢？”

“正常工作是没问题，那发生异常了呢？某个服务挂了或者网络不通的时候会发生什么？”老王反问小铭。

“让我思考一下，如果一个微服务不可用了，那调用它的微服务这个服务就会抛异常，一直到最上层。可这跟熔断又有什么关系？”小铭心中还是有一些疑惑。

老王笑了笑，解释道：“可不只是抛异常怎么简单。在Java中，每一个HTTP请求都会开启一个新线程。而下游服务挂了或者网络不可达，通常线程会阻塞住，直到Timeout。你想想看，如果并发量多一点，这些阻塞的线程就会占用大量的资源，很有可能把自己本身这个微服务所在的机器资源耗尽，导致自己也挂掉。”

小铭有些明白了，追问道：“那是不是最终所有上游微服务都有可能挂掉？”

“是的，这也是称为‘雪崩效应’。最开始是一个微服务挂掉了。随着时间地推移，可能会导致整个系统都不可用。”老王一边回答，一边快速地在电脑上搜出了下面这个图：

“那熔断具体是怎么解决这个问题的？”小铭点点头，然后继续追问。

老王见小铭似乎有些明悟，但知识点还没有串联起来，便一步一步地引导他：“那你知道Spring Cloud断路器的三种状态吗？”

似乎终于到了小铭自己比较熟悉的知识点，自信地说到：“这个我知道，Spring Cloud一般使用Hystrix来做断路器。就跟电路上的闸差不多。它有三种状态：关闭，开启和半开。最开始是关闭状态的，这个时候所有请求都可以通过；如果错误请求达到一定的阈值，就会变成开启状态，就会让所有请求短路，直接返回失败的响应；一段时间后，断路器会变成半开状态，如果下一个请求成功了，就关闭断路器，反之就开启断路器。”

“那这个阈值具体是什么？”

“这里主要就要用到三个属性了：”小铭快速答道

1. hystrix.command.default.circuitBreaker.requestVolumeThreshold（当在配置时间窗口内达到此数量的失败后，进行短路。默认20个）简言之，10s内请求失败数量达到20个，断路器就会变成打开状态。
2. hystrix.command.default.circuitBreaker.sleepWindowInMilliseconds（短路多久以后开始尝试是否恢复，默认5s）
3. hystrix.command.default.circuitBreaker.errorThresholdPercentage（出错百分比阈值，当达到此阈值后，开始短路。默认50%）

资源隔离

“非常正确！你知道Hystrix的底层原理吗？”

于是小铭祭出了官方的图：

Hystrix整个工作流如下:

1. 构造一个 HystrixCommand或HystrixObservableCommand对象，用于封装请求，并在构造方法 配置请求被执行需要的参数;
2. 执行命令，Hystrix提供了4种执行命令的方法，后面详述;
3. 判断是否使用缓存响应请求，若启用了缓存，且缓存可用，直接使用缓存响应请求。Hystrix支持
   请求缓存，但需要用户自定义启动;
4. 判断熔断器是否打开，如果打开，跳到第8步;
5. 判断线程池/队列/信号量是否已满，已满则跳到第8步;
6. 执行HystrixObservableCommand.construct()或HystrixCommand.run()，如果执行失败或者超
   时，跳到第8步;否则，跳到第9步;
7. 统计熔断器监控指标;
8. 走Fallback备用逻辑
9. 返回请求响应
   从流程图上可知道，第5步线程池/队列/信号量已满时，还会执行第7步逻辑，更新熔断器统计信息，而 第6步无论成功与否，都会更新熔断器统计信息。

“Hystrix主要使用的是RxJava来做异步请求，RxJava是一个异步框架，是对观察者模式的一个应用。Hystrix会把对每个微服务的请求放到线程池里面，具体分配到哪个线程池可以使用HystrixThreadPoolKey来指定”：

@HystrixCommand(threadPoolKey = "user-hello")
String getUserHello();

老王继续问：“那你知道为什么要有这个key吗？它是用来干嘛的？”小铭摇了摇头，表示自己还不知道。

“你看源码就知道了，Hystrix使用了一个ConcurrentHashMap来保存线程池。”

ConcurrentHashMap<String, HystrixThreadPool> threadPools

小铭心中出现了一个新的问题：那为什么我们需要多个线程池呢？

此时老王继续说道：“这个其实叫资源隔离。应用程序会被完全保护起来，即使依赖的一个服务出问题了，也不会影响到应用程序的其他部分。使用多个线程池就是一种资源隔离方式，也是默认的隔离方式。而且Hystrix底层是使用的RxJava，使用线程池可以让你很方便地实现异步操作。”

“那除了线程池隔离，还有其它隔离方式吗？”

“有的，Hystrix提供了两种隔离方式：线程池隔离和信号量（Semaphore）隔离。”

“是的，线程池隔离就是上面说的那样。信号量主要起一个限流的作用。如果信号量耗尽了，它就直接走fallback流程所以也能防止雪崩。但大多数情况，我们更倾向于使用线程池。”

线程池隔离优缺点

• 优点:
  • 保护应用程序以免受来自依赖故障的影响，指定依赖线程池饱和不会影响应用程序的其余部分。
  • 当引入新客户端lib时，即使发生问题，也是在本lib中，并不会影响到其他内容。
  • 当依赖从故障恢复正常时，应用程序会立即恢复正常的性能。
  • 当应用程序一些配置参数错误时，线程池的运行状况会很快检测到这一点(通过增加错误，延迟， 超时，拒绝等)，同时可以通过动态属性进行实时纠正错误的参数配置。
  • 如果服务的性能有变化，需要实时调整，比如增加或者减少超时时间，更改重试次数，可以通过线 程池指标动态属性修改，而且不会影响到其他调用请求。
  • 除了隔离优势外，hystrix拥有专门的线程池可提供内置的并发功能，使得可以在同步调用之上构 建异步门面(外观模式)，为异步编程提供了支持(Hystrix引入了Rxjava异步框架)。

注意：尽管线程池提供了线程隔离，我们的客户端底层代码也必须要有超时设置或响应线程中断，不能 无限制的阻塞以致线程池一直饱和。

• 缺点:
  • 线程池的主要缺点是增加了计算开销。每个命令的执行都在单独的线程完成，增加了排队、调度和上下文切换的开销。因此，要使用Hystrix，就必须接受它带来的开销，以换取它所提供的好处。
  • 通常情况下，线程池引入的开销足够小，不会有重大的成本或性能影响。但对于一些访问延迟极低的服 务，如只依赖内存缓存，线程池引入的开销就比较明显了，这时候使用线程池隔离技术就不适合了，我 们需要考虑更轻量级的方式，如信号量隔离。

fallback

“刚刚你提到了一个词叫‘fallback流程’？”

“是的，fallback翻译过来是‘回退’的意思，有时候我们也会称它‘服务降级’。”

“那什么时候会触发fallback呢？”

“其实你应该已经可以总结出来了，主要这五种情况会触发fallback：”

• 执行超时
• 执行过程抛出异常
• 断路器打开状态
• 线程池拒绝（池满后的拒绝策略）
• 信号量拒绝（信号量耗完）

“那触发fallback后会发生什么？”

老王熟练的打开源码，并快速敲下了一个Demo。“这个你得看HystrixCommand这个类的源码和使用方式。”

class AuthCommand extends HystrixCommand<Boolean> {
  public Boolean run() {
    return authService.authenticate(user);
  }
  
  protected Boolean getFallback() {
    return true;
  }
}

“我们在使用Hystrix的时候，一般是继承HystrixCommand这个类，重写run和getFallback这两个方法。正常情况它是走run方法的。如果发生了fallback，它就会调用getFallback方法。”

小铭看着这段代码，问到：“这看起来有点麻烦，在Spring Cloud中，有更简单的使用方式吗？”

“当然。在Spring Cloud中，Hystrix可以和OpenFeign无缝集成。OpenFeign接口上的每个方法都会被Hystrix断路器包裹（这也是一种典型的AOP实现）。你可以在注解上配置fallback方法：”

@HystrixCommand(fallbackMethod = "getByIdFallback")
public String getById(String id) {...}

private String getByIdFallback(String id) {...}

感觉熔断这一块的知识点差不多理通了，小铭认真道谢，回到自己的位置继续撸代码……

Feign中使用断路器

Feign是自带断路器的，在D版本的Spring Cloud之后，它没有默认打开。需要在配置文件中配置打开它，在配置文件加以下代码：

feign:
    hystrix:
        enabled: true

基于service-feign工程进行改造

• 实现UserClient 接口，并注入到Ioc容器中，代码如下：

@Component
public class UserClientHystrix implements UserClient {

    @Override
    public String sayHello(String name) {
        return "sorry " + name + " 上游服务断开, 服务降级";
    }

    @Override
    public String timeOut() throws InterruptedException {
        return "链接超时，服务降级";
    }

    @Override
    public String exception() throws Exception {
        return "发生异常，服务降级";
    }
}

• 在FeignClient的UserClient接口的注解中加上fallback的指定类

@FeignClient(value = "service-client", fallback = UserClientHystrix.class)
public interface UserClient {

    @GetMapping("/client")
    String sayHello(@RequestParam(value = "name") String name);

    @GetMapping("/timeOut")
    String timeOut() throws InterruptedException;

    @GetMapping("/exception")
    String exception() throws Exception;
}

• 启动eureka-server，然后再启动service-client，最后启动service-feign，在浏览器输入http://localhost:8765/sayHello?name=Beck Wang，会看如下效果
  
• 接下来我关掉service-client，就会看到如下效果：浏览器上显示了sorry Beck Wang，上游服务断开, 服务降级，就证明我们的熔断器起作用了，否则就会报500。

• 比较常见的还有timeout，如果上游服务timeout，hystrix也是可以做出处理，首先要配置超时时间

# 设置超时时间
feign:
    httpclient:
        connection-timeout: 5000

• 还有就是上游服务抛出exception，hystrix也是可以处理
  
• 那么熔断之后，到底要怎么做呢？
  • 检查日志，修好它。
  • fallback就写你业务上可以返回的默认值

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