微服务容错框架：Hystrix实现服务熔断、降级、限流

• Z时代
• 2024-01-10
• 分类：技术分享

业务背景

在微服务架构" title="微服务架构">微服务架构体系下，服务间不可避免地会发生依赖关系，一般来说会通过REST Api来进行通信，这里先盗一个图来举例说明一个具体的业务场景（逃）：

比如一个商城系统的微服务化结构，订单、商品、库存这三个服务是紧密依赖的，在理想情况下，什么问题都不发生当然是最好的。但服务运行期间难免会出现各种问题，如网络阻塞，延迟过高（比如因为内存泄露导致的Full GC次数飙高） ，甚至服务直接挂掉（比如流量激增把服务打挂了）等情况都是很有可能发生的。倘若库存服务挂掉了，那对于所有对库存服务有依赖关系的服务都会受到很大影响，最终甚至会扩散到整个微服务体系，这种就称之为雪崩效应。

因此，在某一个服务发生故障时，我们要及时对该服务的故障进行隔离，不能让其扩散到整个微服务体系中。因为，为了搭建一个稳定且可靠的微服务系统，我们就需要给系统加上自我保护，出现故障自动隔离的能力。而Hystrix就能做到这一点

什么是Hystrix

Hystrix是Netflix开源的一款分布式容错框架，Netflix旗下还有Eureka,Zuul等优秀的分布式开源项目，Spring Cloud也提供了对Netflix中部门项目的支持，成为了SpringCloud下的一些子项目 。

Hystrix的功能：

• 阻止故障的连锁反应，实现熔断
• 快速失败，实现优雅降级
• 提供实时的监控和告警

Hystrix简单实现

publicclassQueryUserIdCommandextendsHystrixCommand<Integer> {
privatefinalstatic Logger logger = LoggerFactory.getLogger(QueryUserIdCommand.class);
private UserServiceProvider userServiceProvider;
publicQueryUserAgeCommand(UserServiceProvider userServiceProvider){
super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("userService"))
.andCommandKey(HystrixCommandKey.Factory.asKey("queryByUserId"))
.andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter()
.withCircuitBreakerRequestVolumeThreshold(10)//至少有10个请求，熔断器才会开始进行错误率计算
.withCircuitBreakerSleepWindowInMilliseconds(5000)//熔断器中断请求，5秒后会进入一个半打开状态,放开部分请求去进行重试
.withCircuitBreakerErrorThresholdPercentage(50)//错误率达到50%就开启熔断保护
.withExecutionTimeoutEnabled(true))
.andThreadPoolPropertiesDefaults(HystrixThreadPoolProperties
.Setter().withCoreSize(10)));
this.userServiceProvider = userServiceProvider;
}
@Override
protected Integer run(){
return userServiceProvider.queryByUserId();
}
@Override
protected Integer getFallback(){
return -1;
}
}

发起请求

Integer res = new QueryUserIdCommand(userServiceProvider).execute();
log.info("result:{}", res);

访问接口，正常情况下，会返回正确的信息，当把UserServiceProvider所依赖的服务的接口改为直接抛出一个异常，就会发现总是返回-1了。这样就做到了对错误进行隔离。

Hystrix容错

那接下来从三个角度来聊一下Hystrix提供的容错功能，分别是资源隔离，熔断和降级

资源隔离

我们之前也讨论过，微服务体系中，各个服务之间都通过REST Api来进行调用，从而建立依赖关系。倘若该服务调用和业务代码在同一个线程会中执行的话，如果 api在调用的时候出现了网络堵塞等情况，那么不仅会对业务代码进行阻塞，也会对后面的请求造成阻塞，因为线程池的线程数是额定的。所以，Hystrix也提供了资源隔离的机制，主要是线程隔离和信号量隔离

资源隔离-线程池

刚才我们简单地应用了一下Hystrix，很明显看到我们得先实现一个自己的HystrixCommand，然后把服务调用的操作封装在这个类里面。而实际上，线程级别的资源隔离就是在HystrixCommand中实现。Hystrix会给每一个Command分配一个单独的线程池，这样在进行单个服务调用的时候，就可以在独立的线程池里面进行，而不会对其他线程池造成影响。

Hystrix通过一个ConcurrentHashMap来维护这些线程池：

finalstatic ConcurrentHashMap<String, HystrixThreadPool> threadPools = new ConcurrentHashMap<String, HystrixThreadPool>();
//其他代码
if (!threadPools.containsKey(key)) {
threadPools.put(key, new HystrixThreadPoolDefault(threadPoolKey, propertiesBuilder));
}

线程隔离的优点：

• 保护当前应用免受来自其他服务故障的影响，最终提高整个微服务体系的稳定性

• 可以对一个Command里面的线程调用参数进行单独设置，而不影响其他Command，如果使用Spring Cloud Hystrix的话，那就是：

@HystrixCommand(groupKey="UserGroup", commandKey = "GetUserByIdCommand"，
commandProperties = {
@HystrixProperty(name = "execution.isolation.thread.timeoutInMilliseconds", value = "100"),//超时时间，单位毫秒。超时进fallback
@HystrixProperty(name = "circuitBreaker.requestVolumeThreshold", value = "10"),//判断熔断的最少请求数，默认是10；只有在一定时间内请求数量达到该值，才会进行成功率的计算
@HystrixProperty(name = "circuitBreaker.errorThresholdPercentage", value = "10"),//熔断的阈值默认值50，表示在一定时间内有50%的请求处理失败，会触发熔断
},
threadPoolProperties = {
@HystrixProperty(name = "coreSize", value = "30"),
@HystrixProperty(name = "maxQueueSize", value = "101"),
@HystrixProperty(name = "keepAliveTimeMinutes", value = "2"),
@HystrixProperty(name = "queueSizeRejectionThreshold", value = "15"),
@HystrixProperty(name = "metrics.rollingStats.numBuckets", value = "12"),
@HystrixProperty(name = "metrics.rollingStats.timeInMilliseconds", value = "1440")
})

• 线程池如果处于饱和态，还往其中添加请求的话，会直接触发fallback，所以还有限流的作用

而为每一个Command配置一个线程池的缺点就是增加开销，线程一多起来，就增加了调度，上下文切换等额外的开销。但通常情况下，引入线程池的开销是很小的，相对于它带来的好处，大多数情况还是非常乐于进行这样的交换，但如果是一些耗时非常低的请求，比如直接从缓存中获取数据然后返回，引入线程池带来的影响可能会显得比较大，这种时候可以用另一种方法，就是信号量隔离

资源隔离-信号量隔离

信号量隔离本质上并没有做到资源隔离，只是起到了限流的作用，从而防止出现线程大面积阻塞，功能和JUC下的那个Semaphare类差不多，但区别就是，没有执行条件的线程在这里会直接调用fallback，而不是阻塞。启用方法也很简单，在实现Hystrix的时候声明一下即可：

publicclassQueryUserIdCommandextendsHystrixCommand<Integer> {
privatefinalstatic Logger logger = LoggerFactory.getLogger(QueryUserIdCommand.class);
private UserServiceProvider userServiceProvider;
publicQueryUserAgeCommand(UserServiceProvider userServiceProvider){
super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("userService"))
.andCommandKey(HystrixCommandKey.Factory.asKey("queryByUserId"))
.andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter()
.withCircuitBreakerRequestVolumeThreshold(10)//至少有10个请求，熔断器才会开始进行错误率计算
.withCircuitBreakerSleepWindowInMilliseconds(5000)//熔断器中断请求，5秒后会进入一个半打开状态,放开部分请求去进行重试
.withCircuitBreakerErrorThresholdPercentage(50)//错误率达到50%就开启熔断保护                       			 
.withExecutionIsolationStrategy(HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy.SEMAPHORE) //here!!!!! 
.withExecutionTimeoutEnabled(true))
.andThreadPoolPropertiesDefaults(HystrixThreadPoolProperties
.Setter().withCoreSize(10)));
this.userServiceProvider = userServiceProvider;
}
@Override
protected Integer run(){
return userServiceProvider.queryByUserId();
}
@Override
protected Integer getFallback(){
return -1;
}
}

总结一下，资源隔离就大概是这两种了，大多数情况用的还是线程隔离居多，毕竟它才是真正意义上的资源隔离，而信号量隔离只是起到一个限流的作用而已

熔断

一个服务出现故障之后，防止这个故障蔓延到所有依赖它的服务，这就是熔断。一开始的时候我们也已经写过代码来简单实现熔断了，所以直接介绍几个重要的熔断相关的参数：

• circuitBreaker.enabled：是否启用熔断器，默认true

• circuitBreaker.forceOpen：强制打开熔断器，默认false。

• circuitBreaker.forceClosed：强制关闭熔断器，默认false。

• circuitBreaker.errorThresholdPercentage：错误率，默认50%。在一段时间内，服务调用超时或者失败率超过50%，则打开熔断器

• circuitBreaker.requestVolumeThreshold：默认20。意思为在一段时间内要有20个及以上的请求才会去计算错误率。比如只来了19个请求，就算全失败了，那也不算错误率100%

• circuitBreaker.sleepWindowInMilliseconds：半开状态试探睡眠时间，默认为5000ms。也就是熔断器打开5s后，开始半打开状态，放出一点请求去调用服务，试探一下能否成功

来写代码测试一下其中几个参数：

@HystrixCommand(groupKey = "productStockOpLog", commandKey = "addProductStockOpLog", fallbackMethod = "addProductStockOpLogFallback",
commandProperties = {
@HystrixProperty(name = "execution.isolation.thread.timeoutInMilliseconds", value = "400"),//指定多久超时，单位毫秒。超时进fallback
@HystrixProperty(name = "circuitBreaker.requestVolumeThreshold", value = "10"),//判断熔断的最少请求数，默认是10；只有在一个统计窗口内处理的请求数量达到这个阈值，才会进行熔断与否的判断
@HystrixProperty(name = "circuitBreaker.errorThresholdPercentage", value = "10"),//判断熔断的阈值，默认值50，表示在一个统计窗口内有50%的请求处理失败，会触发熔断
}
)

我先设置了超时时间为400ms。然后在服务提供接口方法改成这样：

@Service
publicclassServiceProviderImplimplementsServiceProvider{
privateint c = 0;
@Override
public Integer service(){
if (c < 10) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
return c;
}
}

实现也很简单，前十次调用都睡500ms，也就是说，前十次调用肯定是超时的。

而在客户端，实现如下：

@Test
publicvoidtest()throws InterruptedException {
for (int i = 1; i < 15; i++) {
HystrixCommand<Integer> command = new QueryByUserIdCommand(userServiceProvider);
Integer r = command.execute();
String res = r == -1 ? "fallback" : "success";
System.out.println("第"i+"次调用，结果为"+ method);
}
//等待5.5s，让熔断器进入半打开状态
Thread.sleep(5500);
for (int i = 15; i < 20; i++) {
HystrixCommand<Integer> command = new UserByOrderIdCommand(userServiceProvider);
Integer r = command.execute();
String method = r == -1 ? "fallback" : "success";
System.out.println("第"i+"次调用，结果为"+ method);
}
}

查看执行结果：

第1次调用，结果为fallback
第2次调用，结果为fallback
第3次调用，结果为fallback
第4次调用，结果为fallback
第5次调用，结果为fallback
第6次调用，结果为fallback
第7次调用，结果为fallback
第8次调用，结果为fallback
第9次调用，结果为fallback
第10次调用，结果为fallback
第11次调用，结果为fallback
第12次调用，结果为fallback
第13次调用，结果为fallback
第14次调用，结果为fallback
第15次调用，结果为success
第16次调用，结果为success
第17次调用，结果为success
第18次调用，结果为success
第19次调用，结果为success
第20次调用，结果为success

分析可得，1-10次触发fallback的原因是超时，而11-14次的fallback，是因为满足了“请求次数到达10次”和“失败率超过了50%”而触发了熔断器，所以直接快速失败。待沉睡了5.5秒后，熔断器进入了半打开状态，此时熔断器放开第15个请求去调用服务，发现成功了，此时熔断器关闭，后续都成功了。

降级

熔断和降级其实它们的原理都相似，都是服务调用失败后的进行一些快速失败措施。但它们的出发点不一样，熔断是为了防止异常不扩散，保证系统的稳定性

而降级则是人为操作。在一些流量顶峰期，为了保证某些热门接口的正常运作，有时候会牺牲一些非核心接口，把资源全都让给热点接口，这就是服务降级。每年12306抢票的时候，大家都集中抢购那几个热门车次的车票，而如果此时有其他用户去查询几天后的非热门车票，有可能会查不出来。这就是降级的表现，在秒杀期间，其他不参与秒杀的接口停止服务，把资源都让给参与秒杀的接口。

所以降级的操作其实也很简单，和前面的熔断一样，编写好调用失败的补救逻辑，然后对其他的服务直接停止运行，这样这些接口就无法正常调用，但又不至于直接报错，只是服务水平下降了。

@FeignClient(value = "microservicecloud-test", fallbackFactory = UserServiceFallbackFactory.class)
publicinterfaceUserService
{
publicbooleanadd(User user);
public User queryUserByUserId(Long id);
}

这里有一个Service接口，可以看到在注解的地方给它配置了一个fallbackFactory

@Component
publicclassUserServiceFallbackFactoryimplementsFallbackFactory<UserService>
{
@Override
public UserService create(Throwable throwable)
{
returnnew UserService() {
@Override
publicbooleanadd(User user)
{
returnfalse;
}
@Override
public User queryUserByUserId(Long id)
{
User user = new User();
return user;
}
};
}
}

这样就大概完成了一个降级配置了。（其实也可以当熔断来用，是吧？没有任何问题）

Hystrix执行调用的几个方法

Hystrix一共有四种调用方法：

execute

还记得一开始的时候，写了一个简单使用Hystrix的demo，其中调用的代码是：

Integer res = new QueryUserIdCommand(userServiceProvider).execute();
log.info("result:{}", res);

调用的是execute方法，它将以同步的方式调用run方法。

那问题来了，如果我系统它以异步的方式执行怎么办？我还得自己封装Callable吗？哈，其实Hystrix已经考虑到这一点了，那就是使用queue方法

queue

这个调用也挺简单的，我直接贴代码

Future<Integer> future = new QueryUserIdCommand(userServiceProvider).queue();
return future.get();

虽然Future.get()方法依然是阻塞的，但是服务调用总是不阻塞了嘛~

observe

接下里又来了一个新的需求了，我需要发多个请求，并且每请求得到一个结果，就要做一下相关的处理 。这个无论用queue还是execute都不太方便。那此时我们可以选择使用observe。如果使用observe的话，那么就不再是使用HystrixCommand了，而是HystrixObservableCommand

publicclassUserServiceObserveCommandextendsHystrixObservableCommand<String>{
private RestTemplate restTemplate;
protectedHelloServiceObserveCommand(String commandGroupKey, RestTemplate restTemplate){
super(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey(commandGroupKey));
this.restTemplate = restTemplate;
}
@Override
protected Observable<String> construct(){&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;
return Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() {
@Override
publicvoidcall(Subscriber<? super String> subscriber){
try {
if (!subscriber.isUnsubscribed()){
System.out.println("服务调用开始!");
String result = restTemplate.getForEntity("http://your-url1", String.class).getBody();&emsp;
//触发监听
subscriber.onNext(result);
String result1 = restTemplate.getForEntity("http://your-url2", String.class).getBody();
//触发监听
subscriber.onNext(result1);
subscriber.onCompleted();
}
} catch (Exception e) {
subscriber.onError(e);
}
}
});
}
&emsp;&emsp;//降级Fallback
@Override
protected Observable<String> resumeWithFallback(){
return Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() {
@Override
publicvoidcall(Subscriber<? super String> subscriber){
try {
if (!subscriber.isUnsubscribed()) {
subscriber.onNext("fallback");
subscriber.onCompleted();
}
} catch (Exception e) {
subscriber.onError(e);
}
}
});
}
}

可以看到，每调用完一个方法，就调用一次subscriber.onNext来触发监听。那具体的监听实现怎么写呢？

@Test
publicvoidtest()throws ExecutionException, InterruptedException {
UserServiceObserveCommand command = new HelloServiceObserveCommand("user",restTemplate);
//observe调用
Observable<String> observable = command.observe();
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;//注册监听
observable.subscribe(new Observer<String>() {&emsp;
//onCompleted监听
@Override
publicvoidonCompleted(){
System.out.println("调用完毕！");
}
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;
@Override
publicvoidonError(Throwable t){
t.printStackTrace();
}
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;
&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp; //onNext监听
@Override
publicvoidonNext(String s){
System.out.println("调用完了一个服务！");
}
});
}

通过以上代码应该大概能知道observe的作用了

toObservable

observe叫做热执行，而toObservable叫做冷执行。有啥区别呢？

observe热执行，无需等客户端注册监听，就可以直接执行call方法里面的内容。相当于：你监听

不监听是你的事情，反正我该调用的都调用了，要是你不想监听我也没办法（逃）

toObservable冷执行，需要等客户端注册监听，才可以执行call方法里面的内容。相当于：你要是不监听的话，那我就不会执行call方法，直到你注册监听，我才开始执行调用

Hystrix作为熔断降级限流的主要功能和用法就是这些。其实Hystrix还能起到监控的功能：Hystrix-DashBorad，这个以后有机会再聊~

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