白话SpringCloud | 第五章：服务容错保护(Hystrix) - oKong | 趔趄的猿 - 开源中国

安宇雨 - 随手采集
2018-10-13 16:17:58
随手采集
0000-未整理-等待研究

前言

前一章节，我们知道了如何利用RestTemplate+Ribbon和Feign的方式进行服务的调用。在微服务架构中，一个服务可能会调用很多的其他微服务应用，虽然做了多集群部署，但可能还会存在诸如网络原因或者服务提供者自身处理的原因，或多或少都会出现请求失败或者请求延迟问题，若服务提供者长期未对请求做出回应，服务消费者又不断的请求下，可能就会造成服务提供者服务崩溃，进而服务消费者也一起跟着不可用，严重的时候就发生了系统雪崩了。鉴于此，产生了断路器等一系列的服务保护机制。本章节，就来说下如何利用Hystrix进行容错处理。

一点知识

按照此系列的惯例，我们先来了解下一些相关的知识。

注：以下部分内容转至大佬纯洁的微笑：熔断器Hystrix。

容错处理手段

容错处理是指软件运行时，能对由非正常因素引起的运行错误给出适当的处理或信息提示，使软件运行正常结束——百度百科

从百度百科的解释中可以看出，简单理解，所谓的容错处理其实就是捕获异常了，不让异常影响系统的正常运行，正如java中的try catch一样。

而在微服务调用中，自身异常可自行处理外，对于依赖的服务若发生错误，或者调用异常，或者调用时间过长等原因时，避免长时间等待，造成系统资源耗尽。一般上都会通过设置请求的超时时间，如http请求中的ConnectTimeout和ReadTimeout；再或者就是使用熔断器模式，隔离问题服务，防止级联错误等。

雪崩效应

在微服务架构中，存在很多的微服务单元，各个微服务之间通过网络进行通讯，难免出现依赖关系，若某一个单元出现故障，就很容易因依赖关系而引发故障的蔓延，产生“雪崩效应”，最终导致整个系统的瘫痪。

下面这张图，相比大家都有看过了。

雪崩效应

如图所示：A作为服务提供者，B为A的服务消费者，C和D是B的服务消费者。A不可用引起了B的不可用，并将不可用像滚雪球一样放大到C和D时，雪崩效应就形成了。也就应了那句话：星星之火，可以燎原！

熔断器

熔断器，和现实生活中的空气开关作用很像。它可以实现快速失败，如果它在一段时间内侦测到许多类似的错误，会强迫其以后的多个调用快速失败，不再访问远程服务器，从而防止应用程序不断地尝试执行可能会失败的操作，使得应用程序继续执行而不用等待修正错误，或者浪费CPU时间去等到长时间的超时产生。熔断器也可以使应用程序能够诊断错误是否已经修正，如果已经修正，应用程序会再次尝试调用操作。

熔断器模式就像是那些容易导致错误的操作的一种代理。这种代理能够记录最近调用发生错误的次数，然后决定使用允许操作继续，或者立即返回错误。

熔断器状态转换图

可以看出，熔断器一共有三种状态，之间转换关系如下：

关闭状态 当熔断器处于关闭状态时，请求是可以被放行的；当熔断器统计的失败次数触发开关时，转为打开状态。
打开状态 当熔断器处于打开状态时，所有请求都是不被放行的，直接返回失败；只有在经过一个设定的时间窗口周期后，熔断器才会转换到半开状态
半开状态 当熔断器处于半开状态时，当前只能有一个请求被放行；这个被放行的请求获得远端服务的响应后，假如是成功的，熔断器转换为关闭状态，否则转换到打开状态。

个人觉得，主要还是快速失败，避免请求堆积，压垮服务器。进而起到保护服务高可用的目的。

Hystrix实践

何为Hystrix

Hystrix是一个实现了超时机制和断路器模式的工具类库。

Hystrix是有Netflix开源的一个延迟和容错库，用于隔离访问远程系统、服务或第三方库，防止级联失败，从而提升系统的可用性和容错性。

Hystrix容错机制：

包裹请求：使用HystrixCommand包裹对依赖的调用逻辑，每个命令在独立线程中执行，这是用到了设计模式“命令模式”。
跳闸机制：当某服务的错误率超过一定阈值时，Hystrix可以自动或手动跳闸，停止请求该服务一段时间。
资源隔离：Hystrix为每个依赖都维护了一个小型的线程池，如果该线程池已满，发往该依赖的请求就被立即拒绝，而不是排队等候，从而加速判定失败。
监控：Hystrix可以近乎实时的监控运行指标和配置的变化。如成功、失败、超时、被拒绝的请求等。
回退机制：当请求失败、超时、被拒绝，或当断路器打开时，执行回退逻辑。回退逻辑可自定义。
自我修复：断路器打开一段时间后，会自动进入半开状态，断路器打开、关闭、半开的逻辑转换。

下图就是Hystrix的回退策略，防止级联故障。

Hystrix fallback prevents cascading failures

常规方式整合Hystrix

创建个工程spring-cloud-hystrix工程。 0.引入POM依赖。

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix</artifactId>
    </dependency>

1.启动类，加入注解@EnableHystrix,同时申明一个实现负载均衡的RestTemplate。(关于消费者服务可查看：第四章：服务消费者(RestTemple+Ribbon+Feign)")，这里不再阐述了。)

/**
 * 熔断器示例
 * @author oKong
 *
 */
@SpringBootApplication
@EnableHystrix
@EnableDiscoveryClient
@Slf4j
public class HystrixApplication {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SpringApplication.run(HystrixApplication.class, args);
        log.info("sprign-cloud-hystrix启动!");
    }

    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplat() {
        return new RestTemplate();
    }
    
}

2.编写一个测试类，加入@HystrixCommand，指定fallbackMethod方法。

RibbonController.java

/**
 * ribbon 常规方式-示例
 * @author oKong
 *
 */
@RestController
@Slf4j
public class RibbonController {

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;
    
    @GetMapping("/ribbon")
    @HystrixCommand(fallbackMethod="fallback")
    public String hello(String name) {
        log.info("使用restTemplate调用服务，参数name:{}", name);
        return restTemplate.getForObject("http://eureka-client/hello?name=" + name, String.class);
    }
    
    /**
     * 发生熔断时调用的方法
     * @param name
     * @param throwable 发生异常时的异常信息
     * @return
     */
    public String fallback(String name,Throwable throwable) {
        log.error("熔断发生了：{}", throwable);
        log.warn("restTemplate调用服务发生熔断，参数name:{}", name);
        return "restTemplate调用服务发生熔断，参数name：" + name;
    }
}

注意：这里fallback方法加入了一个参数throwable，当发生熔断时，可以获悉发生熔断的异常信息，便于定位问题和原因。

3.启动应用，访问：http://127.0.0.1:8038/ribbon?name=oKong 。正常情况下，spring-cloud-eureka-client应用正常运行时，返回正常结果：

正常情况

现在我们停止提供者服务，再次访问，可以看见已经进入熔断方法了：

异常情况

控制台可以看见异常输出：

异常信息

由于实例尚未被剔除注册中心的服务列表，所以提示是连接超时，等待一段时间后，再次访问服务，可以看见是提示实例不存在了：

No instances available for eureka-client

注意：对于@HystrixCommand注解，我们可以放在任何一个调用函数里面，以此实现调用方法发生异常或者错误时，可以快速返回，避免持续请求，造成资源的耗尽。

Feign整合Hystrix

如上小节说示例的，当我们方法很多时，要是分别编写一个fallback估计也是崩溃的，虽然可以使用一个通用的fallback，但未进行特殊设置下，也是无法知道具体是哪个方法发生熔断的。

而对于Feign，我们可以使用一种更加优雅的形式进行。我们可以指定@FeignClient注解的fallback属性，或者是fallbackFactory属性，后者可以获取异常信息的。

修改spring-cloud-hystrix工程。

0.引入Feigin的POM依赖。

     <!-- feign -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
        </dependency>

1.启动类，加入@EnableFeignClients启用Feign.

**
 * 熔断器示例
 * @author oKong
 *
 */
@SpringBootApplication
@EnableHystrix
@EnableDiscoveryClient
@EnableFeignClients
@Slf4j
public class HystrixApplication {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SpringApplication.run(HystrixApplication.class, args);
        log.info("sprign-cloud-hystrix启动!");
    }

    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplat() {
        return new RestTemplate();
    }
    
}

创建一个服务接口类IHelloClient.java，同时定义fallback或者fallbackFactory属性值。注意：两者同时设置时，优先调用fallback，fallbackFactory不进行调用了。

@FeignClient(name="eureka-client",/*fallback=HelloClientFailImpl.class,*/ fallbackFactory = HelloClientFallbackFactory.class)
public interface IHelloClient {

    /**
     * 定义接口
     * @param name
     * @return
     */
    @RequestMapping(value="/hello", method=RequestMethod.GET)
    public String hello(@RequestParam("name") String name);
}

创建fallback和fallbackFactory属性对应类。

HelloClientFailImpl.java

@Component("fallback")
@Slf4j
public class HelloClientFailImpl implements IHelloClient{
    
    @Override
    public String hello(String name) {
        log.error("restTemplate调用[hello]服务发生熔断，参数name:{}", name);
        return "restTemplate调用[hello]服务发生熔断，参数name:" + name;
    }
}

HelloClientFallbackFactory/java

@Component
@Slf4j
public class HelloClientFallbackFactory implements FallbackFactory<IHelloClient>{

    @Autowired
    @Qualifier("fallback")
    IHelloClient helloClient;
    
    @Override
    public IHelloClient create(Throwable cause) {
        log.error("feign调用发生异常，触发熔断", cause);
        return helloClient;
    }

}

可以知道，正常fallback就是一个接口的实现类，当发送异常时，会调用此接口实现类进行服务调用。而FallbackFactory是也是一个接口实现类，需要实现feign.hystrix.FallbackFactory<T>接口，在发生熔断时，调用create方法，同时返回被调用接口的实现类，以便进行fallback处理。

3.配置文件开启feign的熔断器功能。

feign.hystrix.enabled=true

或者，申明一个Feign.Builder类也是可以的，我们从org.springframework.cloud.openfeign.FeignClientsConfiguration可以看出，启用feign的条件：

HystrixFeignConfiguration

所以正常，我们只需要在配置文件中加入feign.hystrix.enabled为true即可，注意:此属性在IDE下未进行提示的。 或者就如此类一样，申明一个bean：

@Bean
public Feign.Builder feignHystrixBuilder() {
            return HystrixFeign.builder();
        }

也是可以的。

4.编写一个测试类FeignController：

/**
 * feign 熔断器示例
 * @author oKong
 *
 */
@RestController
@Slf4j
public class FeignController {

    @Autowired
    IHelloClient helloClient;
    
    @GetMapping("/feign")
    public String hello(String name) {
        log.info("使用feign调用服务，参数name:{}", name);
        return helloClient.hello(name);
    }
    
}

5.再次启动应用，访问：http://127.0.0.1:8038/feign?name=oKong ，正常调用如下：

正常调用

关闭服务提供者，再次访问，浏览器返回了错误提示：

fallback

同时，我们使用了FallbackFactory，控制台打印出了具体异常：

异常信息

针对熔断超时时间等相关设置，可以通过@HystrixCommand注解的各属性进行配置，主要还是commandProperties属性值，具体的参数可查看com.netflix.hystrix.HystrixCommandProperties类，也可以针对某个调用方法进行特殊设置。具体的可以看看这篇文章：hystrix的基本介绍和配置属性说明，或者可以去大佬程序员DD博客查阅下关于Hystrix相关知识点：服务容错保护（Hystrix断路器）【Dalston版】、服务容错保护（Hystrix依赖隔离）【Dalston版】，版本虽然是D版的，但原理是差不多的~

参考资料

总结

本章节主要讲解了如何整合Hystrix。本身Hystrix已经包含了服务降级、依赖隔离、熔断器等功能了，我们使用时并没进行特殊设置，默认都是生效的。对于一些关于Hystrix的高级用法，比如信号量隔离、线程池的设置等等，还有一些像超时时间等，由于此方面了解的不多，这里就不班门弄斧了。大家可去官方网站或者谷歌搜索下相关材料下，对于一些业务场景，可进行一些自定义设置。主要还是针对@HystrixCommand注解的相关配置。关于调用统一异常的处理相关实践，比如当提供方异常时，调用方如何进行统一异常处理，或者服务不可用时，进行统一的异常捕获，告知外围调用者服务不可用等信息。这些相关实践部分会在之后的实践篇系列文章中进行阐述的，也许不是最佳的实践，仅希望提供一个参考方案吧。这里就不表了，敬请期待~