Node.js中斷路器機制是怎么樣的

這篇文章將為大家詳細講解有關Node.js中斷路器機制是怎么樣的，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

架構演變帶來的問題

當我們使用傳統的 CS 架構時，服務端由于故障等原因將請求堵塞，可能會導致客戶端的請求失去響應，進而在一段時間后導致一批用戶無法獲得服務。而這種情況可能影響范圍是有限，可以預估的。

然而，在微服務體系下，您的服務器可能依賴了若干其他微服務，而這些微服務又依賴其它更多的微服務，這種情況下，某個服務對于下游的堵塞，可能會瞬間（數秒內）因為級聯的資源消耗造成整條鏈路上災難性的后果，我們稱之為“服務血崩”。【推薦學習：《nodejs 教程》】

解決問題的幾種方式

• 熔斷模式：顧名思義，就如同家用電路一樣，如果一條線路電壓過高，保險絲會熔斷，防止火災。在使用熔斷模式的系統中，如果發現上游服務調用慢，或者有大量超時的時候，直接中止對于該服務的調用，直接返回信息，快速釋放資源。直至上游服務好轉時再恢復調用。

• 隔離模式：將不同的資源或者服務的調用分割成幾個不同的請求池，一個池子的資源被耗盡并不會影響其它資源的請求，防止某個單點的故障消耗完全部的資源。這是非常傳統的一種容災設計。

• 限流模式：熔斷和隔離都是一種事后處置的方式，限流模式則可以在問題出現之前降低問題出現的概率。限流模式可以對某些服務的請求設置一個最高的 QPS 閾值，超出閾值的請求直接返回，不再占用資源處理。但是限流模式，并不能解決服務血崩的問題，因為往往引起血崩并不是因為請求的數量大，而是因為多個級聯層數的放大。

斷路器的機制和實現

斷路器的存在，相當于給了我們一層保障，在調用穩定性欠佳，或者說很可能會調用失敗的服務和資源時，斷路器可以監視這些錯誤并且在達到一定閾值之后讓請求失敗，防止過度消耗資源。并且，斷路器還擁有自動識別服務狀態并恢復的功能，當上游服務恢復正常時，斷路器可以自動判斷并恢復正常請求。

讓我們看一下一個沒有斷路器的請求過程： 用戶依賴 ServiceA 來提供服務，ServiceA 又依賴 ServiceB 提供的服務，假設 ServiceB 此時出現了故障，在 10 分鐘內，對于每個請求都會延遲 10 秒響應。

那么假設我們有 N 個 User 在請求 ServiceA 的服務時，幾秒鐘內，ServiceA 的資源就會因為對 ServiceB 發起的請求被掛起而消耗一空，從而拒絕 User 之后的任何請求。對于用戶來說，這就等于 ServiceA 和 ServiceB 同時都出現了故障，引起了整條服務鏈路的崩潰。

而當我們在 ServiceA 上裝上一個斷路器后會怎么樣呢？

• 斷路器在失敗次數達到一定閾值后會發現對 ServiceB 的請求已經無效，那么此時 ServiceA 就不需要繼續對 ServiceB 進行請求，而是直接返回失敗，或者使用其他Fallback 的備份數據。此時，斷路器處于 開路 狀態。

• 在一段時間過后，斷路器會開始定時查詢 ServiceB 是否已經恢復，此時，斷路器處于 半開 狀態。

• 如果 ServiceB 已經恢復，那么斷路器會置于 關閉 狀態，此時 ServiceA 會正常調用 ServiceB 并且返回結果。

斷路器的狀態圖如下：

由此可見，斷路器的幾個核心要點如下：

• 超時時間：請求達到多久，算引起了一次失敗

• 失敗閾值：即斷路器觸發開路之前，需要達到的失敗次數

• 重試超時：當斷路器處于開路狀態后，隔多久開始重新嘗試請求，即進入半開狀態

有了這些知識，我們可以嘗試創建一個斷路器：

class CircuitBreaker {
  constructor(timeout, failureThreshold, retryTimePeriod) {
    // We start in a closed state hoping that everything is fine
    this.state = 'CLOSED';
    // Number of failures we receive from the depended service before we change the state to 'OPEN'
    this.failureThreshold = failureThreshold;
    // Timeout for the API request.
    this.timeout = timeout;
    // Time period after which a fresh request be made to the dependent
    // service to check if service is up.
    this.retryTimePeriod = retryTimePeriod;
    this.lastFailureTime = null;
    this.failureCount = 0;
  }
}

構造斷路器的狀態機：

async call(urlToCall) {
    // Determine the current state of the circuit.
    this.setState();
    switch (this.state) {
      case 'OPEN':
      // return  cached response if no the circuit is in OPEN state
        return { data: 'this is stale response' };
      // Make the API request if the circuit is not OPEN
      case 'HALF-OPEN':
      case 'CLOSED':
        try {
          const response = await axios({
            url: urlToCall,
            timeout: this.timeout,
            method: 'get',
          });
          // Yay!! the API responded fine. Lets reset everything.
          this.reset();
          return response;
        } catch (err) {
          // Uh-oh!! the call still failed. Lets update that in our records.
          this.recordFailure();
          throw new Error(err);
        }
      default:
        console.log('This state should never be reached');
        return 'unexpected state in the state machine';
    }
  }

補充剩余功能：

// reset all the parameters to the initial state when circuit is initialized
  reset() {
    this.failureCount = 0;
    this.lastFailureTime = null;
    this.state = 'CLOSED';
  }

  // Set the current state of our circuit breaker.
  setState() {
    if (this.failureCount > this.failureThreshold) {
      if ((Date.now() - this.lastFailureTime) > this.retryTimePeriod) {
        this.state = 'HALF-OPEN';
      } else {
        this.state = 'OPEN';
      }
    } else {
      this.state = 'CLOSED';
    }
  }

  recordFailure() {
    this.failureCount += 1;
    this.lastFailureTime = Date.now();
  }

使用斷路器時，只需要將請求包裹在斷路器實例中的 Call 方法里調用即可：

...
const circuitBreaker = new CircuitBreaker(3000, 5, 2000);

const response = await circuitBreaker.call('http://0.0.0.0:8000/flakycall');

成熟的 Node.js 斷路器庫

Red Hat 很早就創建了一個名叫 Opossum 的成熟 Node.js 斷路器實現，鏈接在此：Opossum 。對于分布式系統來說，使用這個庫可以極大提升你的服務的容錯能力，從根本上解決服務血崩的問題。

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