Spring Cloud Alibaba之Sentinel實現熔斷限流功能的方法

這篇文章主要介紹Spring Cloud Alibaba之Sentinel實現熔斷限流功能的方法，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

sentinel簡介

這個在阿里云有企業級的商用版本 應用高可用服務 AHAS；現在有免費的入門級可以先體驗下，之后再決定是否使用付費的專業版或者是自己搭建。

官方文檔地址

Sentinel的github

本文示例代碼

sentinel功能概述

• 流量控制：將隨機的請求調整為合適的形狀。即限制請求數量；

• 熔斷降級：當檢測到調用鏈路中某個資源出現不穩定的表現，如請求響應時間長或者異常比例升高的時候，則對此資源的調用進行限制，讓請求快速失敗，避免影響到其它的資源而導致級聯故障。 采用的手段：1.并發線程數的限制；2.通過響應時間進行降級

• 系統負載保護：Sentinel提供系統維度的自適應保護能力。即在系統負載較高時，自動將流量轉發到其它集群中的機器上去， 使系統的入口流量和系統的負載達到一個平衡，保護系統能力范圍內處理最多的請求。

sentinel和Hystrix的區別

• 兩者的原則是一致的，都是當一個資源出現問題時，讓其快速失敗，不波及到其它服務。

• Hystrix采用的是線程池隔離的方式，優點是做到了資源之間的隔離，缺點是增加了線程切換的成本

• Sentinel采用的是通過并發線程的數量和響應時間來對資源限制。

Sentinel規則

Sentinel默認定義如下規則：

流控規則

通過QPS或并發線程數來做限制，里面的針對來源可以對某個微服務做限制，默認是都限制。

• 流控模式：

• 直接：接口達到限流條件，開啟限流；

• 關聯：當關聯的資源達到限流條件時，開啟限流（適合做應用讓步）

• 鏈路：當從某個接口過來的資源達到限流條件時，開啟限流（限制更細致）

關于配置規則：可以直接使用url地址來配置，也可以通過自定義名稱來配置（需要在方法上添加@SentinelResource("order")注解才能達到效果，可以重復）

鏈路限流不生效的問題：由于sentinel基于filter開發的攔截使用的鏈路收斂的模式，因此需要設置關閉鏈路收斂使鏈路收斂能夠生效，

spring:
   cloud:
     sentinel:
       filter:
         # 關閉鏈路收斂使鏈路收斂能夠生效
         enabled: false

降級規則

當滿足設置的條件，對服務進行降級。

根據平均響應時間：當資源的平均響應時間超過閥值（以ms為單位）之后，資源進入準降級狀態。
如果接下來1秒持續進入的n個請求的RT都持續超過這個閥值，則在接下來的時間窗口（單位s）之內就會使這個方法進行服務降級。

注意Sentinel默認的最大時間為4900ms，超過這個時間將被默認設置為4900ms；可以通過啟動配置 -Dcsp.sentinel.statistic.max.rt=xxx來修改。

異常降級：通過設置異常數或者異常比例來進行服務降級。

熱點規則

必須使用@SentinelResource("order")注解來做標記，將限流做到參數級別上去，并且可以配置排除參數值等于某個值時不做限流。

授權規則

通過配置黑白名單來設置是否允許通過。

自定義來源獲取規則：

import com.alibaba.csp.sentinel.adapter.servlet.callback.RequestOriginParser;
import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;

/**
* <p> sentinel自定義授權來源獲取規則 </p>
*/
@Component
public class RequestOriginParserDefinition implements RequestOriginParser {

  /**
   * 定義區分來源的規則：本質上是通過獲取request域中獲取來源標識，然后交給流控應用來進行匹配處理
   *
   * @param request request域
   * @return 返回區分來源的值
   */
  @Override
  public String parseOrigin(HttpServletRequest request) {
      String client = request.getHeader("client");
      if(StringUtils.isNotBlank(client)){
          return "NONE";
      }
      return client;
  }
}

系統規則

系統保護規則是從應用級別的入口流量進行控制，從單臺機器的總體Load、RT、入口QPS、CPU使用率和線程數五個維度來監控整個應用數據，讓系統跑到最大吞吐量的同時保證系統穩定性。

• Load（僅對 Linux/Unix-like 機器生效）：當系統 load1 超過閾值，且系統當前的并發線程數超過系統容量時才會觸發系統保護。系統容量由系統的 maxQps * minRt 計算得出。設定參考值一般是 CPU cores * 2.5。

• RT：當單臺機器上所有入口流量的平均 RT 達到閾值即觸發系統保護，單位是毫秒。

• 線程數：當單臺機器上所有入口流量的并發線程數達到閾值即觸發系統保護。

• 入口 QPS：當單臺機器上所有入口流量的 QPS 達到閾值即觸發系統保護。

• CPU使用率：當單臺機器上所有入口流量的 CPU使用率達到閾值即觸發系統保護。

sentinel的使用

下面我們通過一些簡單的示例來快速了解sentinel的使用。

安裝控制臺界面工具

在Sentinel的Github上下載安裝包https://github.com/alibaba/Sentinel/releases；就是一個jar包直接使用命令啟動即可。

java -Dserver.port=9080 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:9080 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard.jar

-Dserver.port 是設置訪問的端口號；
sentinel-dashboard.jar 就是剛剛下載的jar包名稱；
為方便使用可以創建一個bat啟動文件，在里面輸入上面的命令行，后面啟動直接點擊這個bat文件即可。

從 Sentinel 1.6.0 起，Sentinel 控制臺引入基本的登錄功能，默認用戶名和密碼都是 sentinel；啟動成功后瀏覽器輸入http://127.0.0.1:9080 即可訪問控制臺。
注意這個控制臺不是必須接入的，同時只有你的接口方法被訪問過后控制臺里面才會顯示。

服務中使用

添加如下依賴包

<!--由于我們使用的spring-cloud,因此這里因此 sentinel的集成包來簡化我們的配置 -->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
</dependency>
<!--sentinel 對dubbo的支持-->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-apache-dubbo-adapter</artifactId>
</dependency>

注意如果沒有使用dubbo那么無需引入sentinel-apache-dubbo-adapter; 比如之前使用的是feign和Hystrix搭配的，只需要將Hystrix的相關配置和依賴去掉，然后加入sentinel的依賴即可。

代碼中的使用示例1，如果我們只需對相關的http方法進行限流，直接引入依賴的包即可；下面是我們向對某個方法進行限流，因此使用使用@SentinelResource注解來配置。

@Service
public class SentinelDemoServiceImpl implements SentinelDemoService {

    /**
     * sentinel 熔斷限流示例1
     */
    @SentinelResource(value = "SentinelDemoService#sentinelDemo1", defaultFallback = "sentinelDemo1Fallback")
    @Override
    public String sentinelDemo1() {
        return "sentinel 示例1";
    }

    /**
     * 失敗的時候會調用此方法
     */
    public String sentinelDemo1Fallback(Throwable t) {
        if (BlockException.isBlockException(t)) {
            return "Blocked by Sentinel: " + t.getClass().getSimpleName();
        }
        return "Oops, failed: " + t.getClass().getCanonicalName();
    }

}

然后在控制臺配置相關的策略規則即可。

自定義Sentinel的異常返回

通過實現BlockExceptionHandler接口來自定義異常返回；注意之前的UrlBlockHandler 視乎已經在新版中移除了。

@Component
public class SentinelExceptionHandler implements BlockExceptionHandler {

    /**
     * 異常處理
     *
     * @param request  請求
     * @param response 響應
     * @param e        BlockException異常接口，包含Sentinel的五個異常
     *                 FlowException  限流異常
     *                 DegradeException  降級異常
     *                 ParamFlowException  參數限流異常
     *                 AuthorityException  授權異常
     *                 SystemBlockException  系統負載異常
     * @throws IOException IO異常
     */
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception {
        JSONObject responseData = new JSONObject();
        if (e instanceof FlowException) {
            responseData.put("message", "限流異常");
            responseData.put("code", "C5001");
        } else if (e instanceof DegradeException) {
            responseData.put("message", "降級異常");
            responseData.put("code", "C5002");
        } else if (e instanceof ParamFlowException) {
            responseData.put("message", "參數限流異常");
            responseData.put("code", "C5003");
        } else if (e instanceof AuthorityException) {
            responseData.put("message", "授權異常");
            responseData.put("code", "C5004");
        } else if (e instanceof SystemBlockException) {
            responseData.put("message", "系統負載異常");
            responseData.put("code", "C5005");
        }
        response.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        response.getWriter().write(responseData.toJSONString());
    }
}

基于文件實現Sentinel規則的持久化

Sentinel 控制臺通過 API 將規則推送至客戶端并更新到內存中，接著注冊的寫數據源會將新的規則保存到本地的文件中。

編寫一個實現InitFunc接口的類，在里面定義持久化的方式，這里使用文件

public class FilePersistence implements InitFunc {

  @Value("spring.application.name")
  private String applicationName;

  @Override
  public void init() throws Exception {
      String ruleDir = System.getProperty("user.home") + "/sentinel-rules/" + applicationName;
      String flowRulePath = ruleDir + "/flow-rule.json";
      String degradeRulePath = ruleDir + "/degrade-rule.json";
      String systemRulePath = ruleDir + "/system-rule.json";
      String authorityRulePath = ruleDir + "/authority-rule.json";
      String paramFlowRulePath = ruleDir + "/param-flow-rule.json";

      this.mkdirIfNotExits(ruleDir);
      this.createFileIfNotExits(flowRulePath);
      this.createFileIfNotExits(degradeRulePath);
      this.createFileIfNotExits(systemRulePath);
      this.createFileIfNotExits(authorityRulePath);
      this.createFileIfNotExits(paramFlowRulePath);

      // 流控規則
      ReadableDataSource<String, List<FlowRule>> flowRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
              flowRulePath,
              flowRuleListParser
      );
      FlowRuleManager.register2Property(flowRuleRDS.getProperty());
      WritableDataSource<List<FlowRule>> flowRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
              flowRulePath,
              this::encodeJson
      );
      WritableDataSourceRegistry.registerFlowDataSource(flowRuleWDS);

      // 降級規則
      ReadableDataSource<String, List<DegradeRule>> degradeRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
              degradeRulePath,
              degradeRuleListParser
      );
      DegradeRuleManager.register2Property(degradeRuleRDS.getProperty());
      WritableDataSource<List<DegradeRule>> degradeRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
              degradeRulePath,
              this::encodeJson
      );
      WritableDataSourceRegistry.registerDegradeDataSource(degradeRuleWDS);

      // 系統規則
      ReadableDataSource<String, List<SystemRule>> systemRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
              systemRulePath,
              systemRuleListParser
      );
      SystemRuleManager.register2Property(systemRuleRDS.getProperty());
      WritableDataSource<List<SystemRule>> systemRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
              systemRulePath,
              this::encodeJson
      );
      WritableDataSourceRegistry.registerSystemDataSource(systemRuleWDS);

      // 授權規則
      ReadableDataSource<String, List<AuthorityRule>> authorityRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
              authorityRulePath,
              authorityRuleListParser
      );
      AuthorityRuleManager.register2Property(authorityRuleRDS.getProperty());
      WritableDataSource<List<AuthorityRule>> authorityRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
              authorityRulePath,
              this::encodeJson
      );
      WritableDataSourceRegistry.registerAuthorityDataSource(authorityRuleWDS);

      // 熱點參數規則
      ReadableDataSource<String, List<ParamFlowRule>> paramFlowRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
              paramFlowRulePath,
              paramFlowRuleListParser
      );
      ParamFlowRuleManager.register2Property(paramFlowRuleRDS.getProperty());
      WritableDataSource<List<ParamFlowRule>> paramFlowRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
              paramFlowRulePath,
              this::encodeJson
      );
      ModifyParamFlowRulesCommandHandler.setWritableDataSource(paramFlowRuleWDS);
  }

  private Converter<String, List<FlowRule>> flowRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
          source,
          new TypeReference<List<FlowRule>>() {
          }
  );
  private Converter<String, List<DegradeRule>> degradeRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
          source,
          new TypeReference<List<DegradeRule>>() {
          }
  );
  private Converter<String, List<SystemRule>> systemRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
          source,
          new TypeReference<List<SystemRule>>() {
          }
  );

  private Converter<String, List<AuthorityRule>> authorityRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
          source,
          new TypeReference<List<AuthorityRule>>() {
          }
  );

  private Converter<String, List<ParamFlowRule>> paramFlowRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
          source,
          new TypeReference<List<ParamFlowRule>>() {
          }
  );

  private void mkdirIfNotExits(String filePath) throws IOException {
      File file = new File(filePath);
      if (!file.exists()) {
          file.mkdirs();
      }
  }

  private void createFileIfNotExits(String filePath) throws IOException {
      File file = new File(filePath);
      if (!file.exists()) {
          file.createNewFile();
      }
  }

  private <T> String encodeJson(T t) {
      return JSON.toJSONString(t);
  }
}

在resources下創建配置目錄META-INF/services,然后添加文件 com.alibaba.csp.sentinel.init.InitFunc；在文件中添加上面寫的配置類的全路徑top.vchar.order.config.FilePersistence

使用Nacos實現動態規則配置

動態規則擴展文檔

添加如下依賴

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-datasource-nacos</artifactId>
</dependency>

添加如下配置（具體可以參考SentinelProperties 配置類）：

spring:
  cloud:
    sentinel:
      datasource:
        flow:
          # 配置nacos的
          nacos:
            rule-type: FLOW
            server-addr: 127.0.0.1:8848
            namespace: public
            groupId: "DEFAULT_GROUP"
            dataId: dubbo-customer-demo-sentinel.rule
            username: nacos
            password: 123456

然后在nacos中創建一個配置文件 dubbo-customer-demo-sentinel.rule，類型為text; 具體配置參數見官網說明；下面是一個示例：

[
    {
        "resource": "SentinelDemoService#sentinelDemo2",
        "count": 0,
        "grade": 1,
        "limitApp":"default",
        "strategy":0,
        "controlBehavior":0,
        "clusterMode":false
    }
]

實際使用不建議這樣做，還是建議使用控制臺的方式；因為使用官方提供的集成方式時，nacos的時候會瘋狂的拉取數據，同時只支持一個規則的配置；因此要么自己去基于nacos實現，要么使用控制臺的方式；
且配置項很多，因此還是建議使用控制臺的方式來實現，或者是對接其rest api接口，在實際操作中還是建議使用界面化的操作。

關于熔斷降級是如何實現自動調用我們配置的Fallback方法

sentinel使用了spring的AOP切面編程功能攔截有@SentinelResource注解的類，具體查看com.alibaba.csp.sentinel.annotation.aspectj.SentinelResourceAspect類，在執行實際的方法時使用try-catch進行異常捕獲，
如果異常是BlockException的時候會調用handleBlockException方法（注意我們也可以配置自己自定義的異常也走這個方法），通過反射執行配置的Fallback方法。

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