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微服务架构 --- 使用Sentinel来处理请求限流+线程隔离+服务熔断

article 2024/10/21 7:30:27

一.什么是Sentinel？

二.Sentinel的核心概念：

三.Sentinel的使用：

1.在本地运行Sentinel控制台：

2.在微服务模块导入依赖以及配置文件：

（1）导入依赖：

（2）配置文件：

（3）访问模块的任意端点：

什么是簇点链路？

1. 簇点（Cluster Head）

2. 簇点链路

四.请求限流：

五. 线程隔离：

1.整合Sentinel：

2.配置线程隔离：

六.服务熔断：

1.降级处理：

（1）在hm-api模块中给ItemClient定义降级处理类，实现FallbackFactory：

（2）在hm-api模块中的com.hmall.api.config.DefaultFeignConfig类中将ItemClientFallback注册为一个Bean：

（3）在hm-api模块中的ItemClient接口中使用ItemClientFallbackFactory：

2.服务熔断：

一.什么是Sentinel？

Sentinel 是阿里巴巴开源的面向分布式系统的流量防护组件，专注于流量控制、熔断降级、系统负载保护等。在微服务架构中，合理使用 Sentinel，可以避免单个服务故障引发系统级崩溃。本文详细讲解如何使用 Sentinel 实现线程隔离和服务熔断。

二.Sentinel的核心概念：

线程隔离：
通过将某些耗时、可能阻塞的操作放到独立线程池中执行，避免因为某个任务阻塞而影响主线程或其他服务调用。
熔断降级：
当系统检测到请求失败率过高或响应时间过长时，自动开启熔断机制，暂时阻断某些请求，避免系统崩溃。
限流：
控制流量的输入速率，防止因流量过大导致系统崩溃。

三.Sentinel的使用：

1.在本地运行Sentinel控制台：

下面是官网：https://github.com/alibaba/Sentinel/releases

在官网下载Sentinel Dashboard，随后运行下面命令启动控制台：

（将jar包放在任意非中文、不包含特殊字符的目录下，重命名为sentinel-dashboard.jar）

java -Dserver.port=8090 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8090 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard.jar

打开浏览器访问：http://localhost:8090
选择对应的服务进行限流、熔断等规则配置。

2.在微服务模块导入依赖以及配置文件：

我们在模块中整合sentinel，连接sentinel-dashboard控制台

（1）导入依赖：

<!--sentinel-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId> 
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
</dependency>

（2）配置文件：

修改application.yaml文件，添加下面内容：

spring:
  cloud: 
    sentinel:
      transport:
        dashboard: localhost:8090

（3）访问模块的任意端点：

访问查询购物车接口，sentinel的客户端就会将服务访问的信息提交到sentinel-dashboard控制台。

点击簇点链路菜单，会看到下面的页面：

什么是簇点链路？

1. 簇点（Cluster Head）

网络中的节点被划分为多个簇，每个簇中选出一个节点作为簇头（簇点）。簇头负责管理簇内的通信，并与其他簇头通信或与基站通信。
簇头节点通常比普通节点有更多的计算和通信能力，起到数据汇聚、路由的作用。

2. 簇点链路

簇点链路是指簇头节点之间的通信链路，这些链路通过无线电通信方式建立，簇头通过这些链路传递簇内数据到其他簇或中央节点。
簇点链路使得数据能够从一个簇传递到另一个簇，最终到达数据汇聚中心（如基站或控制节点）。

所谓簇点链路，就是单机调用链路，是一次请求进入服务后经过的每一个被Sentinel监控的资源。默认情况下，Sentinel会监控SpringMVC的每一个Endpoint（接口）。

因此，我们看到/carts这个接口路径就是其中一个簇点，也就是说我们可以对其进行限流、熔断、隔离等保护措施。

不过，需要注意的是，我们的SpringMVC接口是按照Restful风格设计，因此购物车的查询、删除、修改等接口全部都是/carts路径：

默认情况下Sentinel会把路径作为簇点资源的名称，无法区分路径相同但请求方式不同的接口，查询、删除、修改等都被识别为一个簇点资源，这显然是不合适的。

所以我们可以选择打开Sentinel的请求方式前缀，把请求方式 + 请求路径作为簇点资源名：

首先，在cart-service的application.yml中添加下面的配置：

spring:
  cloud:
    sentinel:
      transport:
        dashboard: localhost:8090
      http-method-specify: true # 开启请求方式前缀

然后，重启服务，通过页面访问购物车的相关接口，可以看到sentinel控制台的簇点链路发生了变化：

四.请求限流：

导致服务故障最重要原因就是因为并发太高！解决了这个问题，就能避免大部分故障。当然，接口的并发不是一直很高，而是突发的。因此请求限流就是限制或控制接口访问的并发流量，避免服务因流量激增而出现故障。

请求限流往往会有一个限流器，数量高低起伏的并发请求曲线，经过限流器就变的非常平稳。这就像是水电站的大坝，起到蓄水的作用，可以通过开关控制水流出的大小，让下游水流始终维持在一个平稳的量。

在簇点链路后面点击流控按钮，即可对其做限流配置：

在弹出的菜单中这样填写：

资源名：

指定需要限流的资源，比如该配置中的 GET:/carts，表示针对 GET 请求访问 /carts 资源时设置限流规则。

针对来源：

表示限流策略应用于哪个调用者来源。默认是 default，表示对所有调用者生效。可以根据业务需求配置不同来源的限流规则。

阈值类型：

QPS：表示每秒查询次数（Queries Per Second）。如果选择 QPS，表示设置的限流规则是基于每秒允许的最大请求数量。
并发线程数：如果选择该选项，表示限制的是同一时间内并发执行的线程数量。
本例中选择了 QPS，并设置了单机阈值为 6，意味着每秒最多允许 6 次请求通过该资源。

单机阈值：

这是针对单台机器的限流阈值。在此配置中，设置为 6，表示每秒最多处理 6 个请求。如果请求数量超过 6 个，将触发限流策略。

是否集群：

用于确定限流规则是否针对集群中的多个节点进行一致的限流。如果勾选此选项，意味着整个集群将共享同一限流规则。
此选项没有被勾选，表示当前规则只针对单机生效。

五. 线程隔离：

当一个业务接口响应时间长，而且并发高时，就可能耗尽服务器的线程资源，导致服务内的其它接口受到影响。所以我们必须把这种影响降低，或者缩减影响的范围。线程隔离正是解决这个问题的好办法。为了避免某个接口故障或压力过大导致整个服务不可用，我们可以限定每个接口可以使用的资源范围，也就是将其“隔离”起来。

限流虽然可以降低服务器压力，尽量减少因并发流量引起的服务故障的概率，但并不能完全避免服务故障。一旦某个服务出现故障，我们必须隔离对这个服务的调用，避免发生雪崩。

比如，查询购物车的时候需要查询商品，为了避免因商品服务出现故障导致购物车服务级联失败，我们可以把购物车业务中查询商品的部分隔离起来，限制可用的线程资源：

如图所示，我们给查询购物车业务限定可用线程数量上限为20，这样即便查询购物车的请求因为查询商品服务而出现故障，也不会导致服务器的线程资源被耗尽，不会影响到其它接口。这样，即便商品服务出现故障，最多导致查询购物车业务故障，并且可用的线程资源也被限定在一定范围，不会导致整个购物车服务崩溃。

所以，我们要对查询商品的FeignClient接口做线程隔离。在上面文章讲述了OpenFeign的使用，为我们提到使用FeignClient来进行远程调用。所以需要给OpenFeign整合Sentinel进行线程隔离。

1.整合Sentinel：

修改cart-service模块的application.yml文件，开启Feign的sentinel功能：

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

需要注意的是，默认情况下SpringBoot项目的tomcat最大线程数是200，允许的最大连接是8492，单机测试很难打满。所以我们需要配置一下cart-service模块的application.yml文件，修改tomcat连接：（开发可以不用配置这步对tomcat的限制）

server:
  port: 8082
  tomcat:
    threads:
      max: 50 # 允许的最大线程数
    accept-count: 50 # 最大排队等待数量
    max-connections: 100 # 允许的最大连接

然后重启cart-service服务，可以看到查询商品的FeignClient自动变成了一个簇点资源：

2.配置线程隔离：

接下来，点击查询商品的FeignClient对应的簇点资源后面的流控按钮：

在弹出的表单中填写下面内容：

因为需要分配线程，所以在这步需要选并发线程数，以此来设定该接口最多使用5个线程。如果查询商品的接口每秒处理2个请求，则5个线程的实际QPS在10左右，而超出的请求自然会被拒绝。

六.服务熔断：

线程隔离虽然避免了雪崩问题，但故障服务（商品服务）依然会拖慢购物车服务（服务调用方）的接口响应速度。而且商品查询的故障依然会导致查询购物车功能出现故障，购物车业务也变的不可用了。

编写服务降级逻辑：就是服务调用失败后的处理逻辑，根据业务场景，可以抛出异常，也可以返回友好提示或默认数据。
异常统计和熔断：统计服务提供方的异常比例，当比例过高表明该接口会影响到其它服务，应该拒绝调用该接口，而是直接走降级逻辑。

1.降级处理：

在我们讲述请求限流，通过设定QPS来减缓流量，但如果超出的QPS上限的请求就只能抛出异常，从而导致购物车的查询失败。但从业务角度来说，即便没有查询到最新的商品信息，购物车也应该展示给用户，用户体验更好。也就是给查询失败设置一个降级处理逻辑。

触发限流或熔断后的请求不一定要直接报错，也可以返回一些默认数据或者友好提示，用户体验会更好。

给FeignClient编写失败后的降级逻辑有两种方式：

方式一：FallbackClass，无法对远程调用的异常做处理
方式二：FallbackFactory，可以对远程调用的异常做处理，我们一般选择这种方式。

这里讲述第二种方式:

（1）在hm-api模块中给`ItemClient`定义降级处理类，实现`FallbackFactory`：

在client/fallback包下创建ItemClientFallback：

@Slf4j
public class ItemClientFallback implements FallbackFactory<ItemClient> {
    @Override
    public ItemClient create(Throwable cause) {
        return new ItemClient() {
            @Override
            public List<ItemDTO> queryItemByIds(Collection<Long> ids) {
                log.error("远程调用ItemClient#queryItemByIds方法出现异常，参数：{}", ids, cause);
                // 查询购物车允许失败，查询失败，返回空集合
                return CollUtils.emptyList();
            }

            @Override
            public void deductStock(List<OrderDetailDTO> items) {
                // 库存扣减业务需要触发事务回滚，查询失败，抛出异常
                throw new BizIllegalException(cause);
            }
        };
    }
}

这里展示一下ItemClient的代码：

@FeignClient("item-service")
public interface ItemClient {

    @GetMapping("/item")
    List<ItemDTO> queryItemByIds(@RequestParam("Ids") Collection<Long> ids);
}

（2）在`hm-api`模块中的`com.hmall.api.config.DefaultFeignConfig`类中将`ItemClientFallback`注册为一个`Bean`：

//定义日志级别（FULL级）
public class DefaultFeignConfig {
    @Bean
    public Logger.Level feignLoggerLevel(){
        return Logger.Level.FULL;
    }

    @Bean
    public RequestInterceptor userInfoRequestInterceptor(){
        return new RequestInterceptor() {
            @Override
            public void apply(RequestTemplate requestTemplate) {
                Long userId = UserContext.getUser();
                if(userId != null){
                    requestTemplate.header("user-info",userId.toString());
                }
            }
        };
    }

    @Bean
    public ItemClientFallback itemClientFallback(){
        return new ItemClientFallback();
    }
}

（3）在`hm-api`模块中的`ItemClient`接口中使用`ItemClientFallbackFactory`：

@FeignClient(value = "item-service",
            configuration = DefaultFeignConfig.class,
            fallbackFactory = ItemClientFallback.class)
public interface ItemClient {

    @GetMapping("/item")
    List<ItemDTO> queryItemByIds(@RequestParam("Ids") Collection<Long> ids);
}

value = "item-service": 这表示要调用的微服务的名称为 item-service。Feign 会使用这个名称来查找和调用对应的服务。
configuration = DefaultFeignConfig.class: 这表示使用 DefaultFeignConfig 类中的配置来配置 Feign Client。此配置类可以定义 Feign 的一些自定义设置，如超时、编码、日志级别等。
fallbackFactory = ItemClientFallback.class: 这表示使用 ItemClientFallback 类作为熔断器的工厂。该类用于处理当 Feign 调用失败时的回退逻辑。

2.服务熔断：

由于查询商品的延迟较高（线程休眠模拟的500ms），从而导致查询购物车的响应时间也变的很长。这样不仅拖慢了购物车服务，消耗了购物车服务的更多资源，而且用户体验也很差。对于商品服务这种不太健康的接口，我们应该直接停止调用，直接走降级逻辑，避免影响到当前服务。也就是将商品查询接口熔断。

Sentinel中的断路器不仅可以统计某个接口的慢请求比例，还可以统计异常请求比例。当这些比例超出阈值时，就会熔断该接口，即拦截访问该接口的一切请求，降级处理；当该接口恢复正常时，再放行对于该接口的请求。

断路器的工作状态切换有一个状态机来控制：

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状态持续一段时间后会进入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