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深入 Hystrix 断路器执行原理

状态机

Hystrix 断路器有三种状态,分别是关闭(Closed)、打开(Open)与半开(Half-Open),三种状态转化关系如下:

hystrix-circuit-breaker-state-machine.png

  1. Closed 断路器关闭:调用下游的请求正常通过
  2. Open 断路器打开:阻断对下游服务的调用,直接走 Fallback 逻辑
  3. Half-Open 断路器处于半开状态:SleepWindowInMilliseconds

Enabled

HystrixCommandProperties.Setter()
    .withCircuitBreakerEnabled(boolean)

控制断路器是否工作,包括跟踪依赖服务调用的健康状况,以及对异常情况过多时是否允许触发断路。默认值 true

circuitBreaker.requestVolumeThreshold

HystrixCommandProperties.Setter()
    .withCircuitBreakerRequestVolumeThreshold(int)

表示在一次统计的时间滑动窗口中(这个参数也很重要,下面有说到),至少经过多少个请求,才可能触发断路,默认值 20。经过 Hystrix 断路器的流量只有在超过了一定阈值后,才有可能触发断路。比如说,要求在 10s 内经过断路器的流量必须达到 20 个,而实际经过断路器的请求有 19 个,即使这 19 个请求全都失败,也不会去判断要不要断路。

circuitBreaker.errorThresholdPercentage

HystrixCommandProperties.Setter()
    .withCircuitBreakerErrorThresholdPercentage(int)

表示异常比例达到多少,才会触发断路,默认值是 50(%)。

circuitBreaker.sleepWindowInMilliseconds

HystrixCommandProperties.Setter()
    .withCircuitBreakerSleepWindowInMilliseconds(int)

断路器状态由 Close 转换到 Open,在之后 SleepWindowInMilliseconds 时间内,所有经过该断路器的请求会被断路,不调用后端服务,直接走 Fallback 降级机制,默认值 5000(ms)。

而在该参数时间过后,断路器会变为 Half-Open 半开闭状态,尝试让一条请求经过断路器,看能不能正常调用。如果调用成功了,那么就自动恢复,断路器转为 Close 状态。

ForceOpen

HystrixCommandProperties.Setter()
    .withCircuitBreakerForceOpen(boolean)

如果设置为 true 的话,直接强迫打开断路器,相当于是手动断路了,手动降级,默认值是 false

ForceClosed

HystrixCommandProperties.Setter()
    .withCircuitBreakerForceClosed(boolean)

如果设置为 true,直接强迫关闭断路器,相当于手动停止断路了,手动升级,默认值是 false

Metrics 统计器

与 Hystrix 断路器紧密协作的,还有另一个重要组件 —— 统计器(Metrics)。统计器中最重要的参数要数滑动窗口(metrics.rollingStats.timeInMilliseconds)以及桶(metrics.rollingStats.numBuckets)了,滑动窗口(默认值是 10000 ms):

一位乘客坐在正在行驶的列车的靠窗座位上,列车行驶的公路两侧种着一排挺拔的白杨树,随着列车的前进,路边的白杨树迅速从窗口滑过。我们用每棵树来代表一个请求,用列车的行驶代表时间的流逝,那么,列车上的这个窗口就是一个典型的滑动窗口,这个乘客能通过窗口看到的白杨树就是 Hystrix 要统计的数据。

Hystrix 并不是只要有一条请求经过就去统计,而是将整个滑动窗口均分为 numBuckets 份,时间每经过一份就去统计一次。在经过一个时间窗口后,才会判断断路器状态要不要开启,请看下面的例子。

实例 Demo

HystrixCommand 配置参数

在 GetProductInfoCommand 中配置 Setter 断路器相关参数。

  • 滑动窗口中,最少 20 个请求,才可能触发断路。
  • 异常比例达到 40% 时,才触发断路。
  • 断路后 3000ms 内,所有请求都被 reject,直接走 fallback 降级,不会调用 run() 方法。3000ms 过后,变为 half-open 状态。

run() 方法中,我们判断一下 productId 是否为 -1,是的话,直接抛出异常。这么写,我们之后测试的时候就可以传入 productId=-1,模拟服务执行异常了。

在降级逻辑中,我们直接给它返回降级商品就好了。

public class GetProductInfoCommand extends HystrixCommand<ProductInfo> {

    private Long productId;

    private static final HystrixCommandKey KEY = HystrixCommandKey.Factory.asKey("GetProductInfoCommand");

    public GetProductInfoCommand(Long productId) {
        super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("ProductInfoService"))
                .andCommandKey(KEY)
                .andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter()
                        // 是否允许断路器工作
                        .withCircuitBreakerEnabled(true)
                        // 滑动窗口中,最少有多少个请求,才可能触发断路
                        .withCircuitBreakerRequestVolumeThreshold(20)
                        // 异常比例达到多少,才触发断路,默认50%
                        .withCircuitBreakerErrorThresholdPercentage(40)
                        // 断路后多少时间内直接reject请求,之后进入half-open状态,默认5000ms
                        .withCircuitBreakerSleepWindowInMilliseconds(3000)));
        this.productId = productId;
    }

    @Override
    protected ProductInfo run() throws Exception {
        System.out.println("调用接口查询商品数据,productId=" + productId);

        if (productId == -1L) {
            throw new Exception();
        }

        String url = "http://localhost:8081/getProductInfo?productId=" + productId;
        String response = HttpClientUtils.sendGetRequest(url);
        return JSONObject.parseObject(response, ProductInfo.class);
    }

    @Override
    protected ProductInfo getFallback() {
        ProductInfo productInfo = new ProductInfo();
        productInfo.setName("降级商品");
        return productInfo;
    }
}

断路测试类

我们在测试类中,前 30 次请求,传入 productId=-1,然后休眠 3s,之后 70 次请求,传入 productId=1。

@SpringBootTest
@RunWith(SpringRunner.class)
public class CircuitBreakerTest {

    @Test
    public void testCircuitBreaker() {
        String baseURL = "http://localhost:8080/getProductInfo?productId=";

        for (int i = 0; i < 30; ++i) {
            // 传入-1,会抛出异常,然后走降级逻辑
            HttpClientUtils.sendGetRequest(baseURL + "-1");
        }

        TimeUtils.sleep(3);
        System.out.println("After sleeping...");

        for (int i = 31; i < 100; ++i) {
            // 传入1,走服务正常调用
            HttpClientUtils.sendGetRequest(baseURL + "1");
        }
    }
}

测试结果

测试结果,我们可以明显看出系统断路与恢复的整个过程。

调用接口查询商品数据,productId=-1ProductInfo(id=null, name=降级商品, price=null, pictureList=null, specification=null, service=null, color=null, size=null, shopId=null, modifiedTime=null, cityId=null, cityName=null, brandId=null, brandName=null)// ...// 这里重复打印了 20 次上面的结果ProductInfo(id=null, name=降级商品, price=null, pictureList=null, specification=null, service=null, color=null, size=null, shopId=null, modifiedTime=null, cityId=null, cityName=null, brandId=null, brandName=null)// ...// 这里重复打印了 8 次上面的结果// 休眠 3s 后调用接口查询商品数据,productId=1ProductInfo(id=1, name=iphone7手机, price=5599.0, pictureList=a.jpg,b.jpg, specification=iphone7的规格, service=iphone7的售后服务, color=红色,白色,黑色, size=5.5, shopId=1, modifiedTime=2017-01-01 12:00:00, cityId=1, cityName=null, brandId=1, brandName=null)// ...// 这里重复打印了 69 次上面的结果

前 30 次请求,我们传入的 productId 为 -1,所以服务执行过程中会抛出异常。我们设置了最少 20 次请求通过断路器并且异常比例超出 40% 就触发断路。因此执行了 21 次接口调用,每次都抛异常并且走降级,21 次过后,断路器就被打开了。

之后的 9 次请求,都不会执行 run() 方法,也就不会打印以下信息。

调用接口查询商品数据,productId=-1

而是直接走降级逻辑,调用 getFallback() 执行。

休眠了 3s 后,我们在之后的 70 次请求中,都传入 productId 为 1。由于我们前面设置了 3000ms 过后断路器变为 half-open 状态。因此 Hystrix 会尝试执行请求,发现成功了,那么断路器关闭,之后的所有请求也都能正常调用了。

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