微服务保护 Sentinel

Sentinel

什么是雪崩问题？

微服务之间相互调用，因为调用链中的一个服务故障，引起整个链路都无法访问的情况。

可以认为：

限流是对服务的保护，避免因瞬间高并发流量而导致服务故障，进而避免雪崩。是一种预防措施。

超时处理、线程隔离、降级熔断是在部分服务故障时，将故障控制在一定范围，避免雪崩。是一种补救措施。

服务保护技术对比

在SpringCloud当中支持多种服务保护技术：

• Netfix Hystrix
• Sentinel
• Resilience4J

早期比较流行的是Hystrix框架，但目前国内实用最广泛的还是阿里巴巴的Sentinel框架，这里我们做下对比：

Sentinel介绍和安装

初识Sentinel

Sentinel是阿里巴巴开源的一款微服务流量控制组件。

官网地址：https://sentinelguard.io/zh-cn/index.html

Sentinel 具有以下特征:

•丰富的应用场景：Sentinel 承接了阿里巴巴近 10 年的双十一大促流量的核心场景，例如秒杀（即突发流量控制在系统容量可以承受的范围）、消息削峰填谷、集群流量控制、实时熔断下游不可用应用等。

•完备的实时监控：Sentinel 同时提供实时的监控功能。您可以在控制台中看到接入应用的单台机器秒级数据，甚至 500 台以下规模的集群的汇总运行情况。

•广泛的开源生态：Sentinel 提供开箱即用的与其它开源框架/库的整合模块，例如与 Spring Cloud、Dubbo、gRPC 的整合。您只需要引入相应的依赖并进行简单的配置即可快速地接入 Sentinel。

•完善的 SPI 扩展点：Sentinel 提供简单易用、完善的 SPI 扩展接口。您可以通过实现扩展接口来快速地定制逻辑。例如定制规则管理、适配动态数据源等。

安装Sentinel

1）下载

sentinel官方提供了UI控制台，方便我们对系统做限流设置。可以在GitHub下载。

2）运行

将jar包放到任意非中文目录，执行命令：

java -jar sentinel-dashboard-1.8.1.jar

如果要修改Sentinel的默认端口、账户、密码，可以通过下列配置：

例如，修改端口：

java -Dserver.port=8090 -jar sentinel-dashboard-1.8.1.jar

3）访问

访问http://localhost:8080页面，就可以看到sentinel的控制台了：

需要输入账号和密码，默认都是：sentinel

登录后，发现一片空白，什么都没有：

这是因为我们还没有与微服务整合。

微服务整合Sentinel

1）引入sentinel依赖

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

2）配置控制台

修改application.yaml文件，添加下面内容：

spring:
  cloud: 
    sentinel: #配置 sentinel 地址
      transport:
        dashboard: http://localhost:8087

3）访问微服务service的任意接口

例如：打开浏览器，访问http://localhost:8090/order/list，这样才能触发sentinel的监控。

然后再访问sentinel的控制台，查看效果：

流量控制

簇点链路

当请求进入微服务时，首先会访问DispatcherServlet，然后进入Controller、Service、Mapper，这样的一个调用链就叫做簇点链路。簇点链路中被监控的每一个接口就是一个资源。

默认情况下sentinel会监控SpringMVC的每一个端点（Endpoint，也就是controller中的方法），因此SpringMVC的每一个端点（Endpoint）就是调用链路中的一个资源。

例如：

流控、熔断等都是针对簇点链路中的资源来设置的，因此我们可以点击对应资源后面的按钮来设置规则：

• 流控：流量控制
• 降级：降级熔断
• 热点：热点参数限流，是限流的一种
• 授权：请求的权限控制

快速入门

点击资源/order/list后面的流控按钮，就可以弹出表单。

表单中可以填写限流规则，如下：

其含义是限制 /order/list这个资源的单机QPS为1，即每秒只允许1次请求，超出的请求会被拦截并报错。

流控模式

在添加限流规则时，点击高级选项，可以选择三种流控模式：

• 直接：统计当前资源的请求，触发阈值时对当前资源直接限流，也是默认的模式

• 关联：统计与当前资源相关的另一个资源，触发阈值时，对当前资源限流

• 链路：统计从指定链路访问到本资源的请求，触发阈值时，对指定链路限流

默认的就是直接模式。

关联模式

链路模式

链路模式中，是对不同来源的两个链路做监控。但是sentinel默认会给进入SpringMVC的所有请求设置同一个root资源，会导致链路模式失效。

我们需要关闭这种对SpringMVC的资源聚合，修改order-service服务的application.yml文件：

sentinel: #配置 sentinel 地址
	transport:
		dashboard: http://localhost:8087
	web-context-unify: false # 关闭context整合

流控效果

流控效果是指请求达到流控阈值时应该采取的措施，包括三种：

• 快速失败：达到阈值后，新的请求会被立即拒绝并抛出FlowException异常。是默认的处理方式。

• warm up：预热模式，对超出阈值的请求同样是拒绝并抛出异常。但这种模式阈值会动态变化，从一个较小值逐渐增加到最大阈值。

• 排队等待：让所有的请求按照先后次序排队执行，两个请求的间隔不能小于指定时长

warm up

阈值一般是一个微服务能承担的最大QPS，但是一个服务刚刚启动时，一切资源尚未初始化（冷启动），如果直接将QPS跑到最大值，可能导致服务瞬间宕机。

warm up也叫预热模式，是应对服务冷启动的一种方案。请求阈值初始值是 maxThreshold / coldFactor，持续指定时长后，逐渐提高到maxThreshold值。而coldFactor的默认值是3.

例如，我设置QPS的maxThreshold为10，预热时间为5秒，那么初始阈值就是 10 / 3 ，也就是3，然后在5秒后逐渐增长到10.

排队等待

当请求超过QPS阈值时，快速失败和warm up 会拒绝新的请求并抛出异常。

而排队等待则是让所有请求进入一个队列中，然后按照阈值允许的时间间隔依次执行。后来的请求必须等待前面执行完成，如果请求预期的等待时间超出最大时长，则会被拒绝。

热点参数限流

之前的限流是统计访问某个资源的所有请求，判断是否超过QPS阈值。而热点参数限流是分别统计参数值相同的请求，判断是否超过QPS阈值。

全局参数限流

当id=1的请求触发阈值被限流时，id值不为1的请求不受影响。

热点参数限流

刚才的配置中，对查询商品这个接口的所有商品一视同仁，QPS都限定为1.

而在实际开发中，可能部分商品是热点商品，例如秒杀商品，我们希望这部分商品的QPS限制与其它商品不一样，高一些。那就需要配置热点参数限流的高级选项了。

案例

隔离和降级

限流是一种预防措施，虽然限流可以尽量避免因高并发而引起的服务故障，但服务还会因为其它原因而故障。

而要将这些故障控制在一定范围，避免雪崩，就要靠线程隔离（舱壁模式）和熔断降级手段了。

线程隔离之前讲到过：调用者在调用服务提供者时，给每个调用的请求分配独立线程池，出现故障时，最多消耗这个线程池内资源，避免把调用者的所有资源耗尽。

熔断降级：是在调用方这边加入断路器，统计对服务提供者的调用，如果调用的失败比例过高，则熔断该业务，不允许访问该服务的提供者了。

可以看到，不管是线程隔离还是熔断降级，都是对客户端（调用方）的保护。需要在调用方 发起远程调用时做线程隔离、或者服务熔断。

而我们的微服务远程调用都是基于Feign来完成的，因此我们需要将Feign与Sentinel整合，在Feign里面实现线程隔离和服务熔断。

FeignClient整合Sentinel

SpringCloud中，微服务调用都是通过Feign来实现的，因此做客户端保护必须整合Feign和Sentinel。

修改配置

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

编写失败降级逻辑

业务失败后，不能直接报错，而应该返回用户一个友好提示或者默认结果，这个就是失败降级逻辑。

给FeignClient编写失败后的降级逻辑

①方式一：FallbackClass，无法对远程调用的异常做处理

②方式二：FallbackFactory，可以对远程调用的异常做处理，我们选择这种

这里演示方式二的失败降级处理。

步骤一：实现FallbackFactory：

@Slf4j
public class UserClientFallbackFactory implements FallbackFactory<UserClient> {

    @Override
    public UserClient create(Throwable throwable) {
        return new UserClient() {
            @Override
            public User selectById(Integer id) {
                log.error("查询用户异常", throwable);
                return new User();
            }
        };
    }
}

步骤二：创建DefaultFeignConfiguration类中将UserClientFallbackFactory注册为一个Bean：

@Configuration
public class DefaultFeignConfiguration {

    @Bean
    public UserClientFallbackFactory userClientFallbackFactory(){
        return new UserClientFallbackFactory();
    }
}

步骤三：在项目中的UserClient接口中使用UserClientFallbackFactory：

重启后，访问一次订单查询业务，然后查看sentinel控制台，可以看到新的簇点链路：

线程隔离（舱壁模式）

线程隔离有两种方式实现：

• 线程池隔离

• 信号量隔离（Sentinel默认采用）

线程池隔离：给每个服务调用业务分配一个线程池，利用线程池本身实现隔离效果

信号量隔离：不创建线程池，而是计数器模式，记录业务使用的线程数量，达到信号量上限时，禁止新的请求。

配置隔离规则

选择feign接口后面的流控按钮：

填写表单：

一次发生10个请求，有较大概率并发线程数超过1，而超出的请求会走之前定义的失败降级逻辑。

测试结果：

发现虽然结果都是通过了，不过部分请求得到的响应是降级返回的null信息。

熔断降级

熔断降级是解决雪崩问题的重要手段。其思路是由断路器统计服务调用的异常比例、慢请求比例，如果超出阈值则会熔断该服务。即拦截访问该服务的一切请求；而当服务恢复时，断路器会放行访问该服务的请求。

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5秒后会进入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

断路器熔断策略有三种：慢调用、异常比例、异常数

慢调用

业务的响应时长（RT）大于指定时长的请求认定为慢调用请求。在指定时间内，如果请求数量超过设定的最小数量，慢调用比例大于设定的阈值，则触发熔断。

1）设置慢调用

修改user-service中的/user/{id}这个接口的业务。通过休眠模拟一个延迟时间：

2）设置熔断规则

给feign接口设置降级规则：

解读：RT超过50ms的调用是慢调用，统计最近1000ms内的请求，如果请求量超过5次，并且慢调用比例不低于0.4，则触发熔断，熔断时长为5秒。然后进入half-open状态，放行一次请求做测试。

3）测试结果

在浏览器访问：http://localhost:8090/order/101，快速刷新5次，可以发现：

触发了熔断，请求时长缩短至5ms，快速失败了，并且走降级逻辑，返回的null

异常比例、异常数

统计指定时间内的调用，如果调用次数超过指定请求数，并且出现异常的比例达到设定的比例阈值（或超过指定异常数），则触发熔断。

1）设置异常请求

修改user-service中的/user/{id}这个接口的业务。手动抛出异常，以触发异常比例的熔断：

2）设置熔断规则

给feign接口设置降级规则：

在5次请求中，只要异常比例超过0.4，也就是有2次以上的异常，就会触发熔断。

3）测试结果

在浏览器访问：http://localhost:8090/order/102，快速刷新5次，可以发现：

授权规则

授权规则

1）基本规则

授权规则可以对调用方的来源做控制，有白名单和黑名单两种方式。

• 白名单：来源（origin）在白名单内的调用者允许访问

• 黑名单：来源（origin）在黑名单内的调用者不允许访问

• 资源名：就是受保护的资源，例如/order/{orderId}

• 流控应用：是来源者的名单，

  • 如果是勾选白名单，则名单中的来源被许可访问。
  • 如果是勾选黑名单，则名单中的来源被禁止访问。

2）如何获取origin

Sentinel是通过RequestOriginParser这个接口的parseOrigin来获取请求的来源的。

这个方法的作用就是从request对象中，获取请求者的origin值并返回。

默认情况下，sentinel不管请求者从哪里来，返回值永远是default，也就是说一切请求的来源都被认为是一样的值default。

因此，我们需要自定义这个接口的实现，让不同的请求，返回不同的origin。

例如order-service服务中，我们定义一个RequestOriginParser的实现类：

@Component
public class HeaderOriginParser implements RequestOriginParser {
    @Override
    public String parseOrigin(HttpServletRequest request) {
        // 1.获取请求头
        String origin = request.getHeader("origin");
        // 2.非空判断
        if (StringUtils.isEmpty(origin)) {
            origin = "blank";
        }
        return origin;
    }
}

既然获取请求origin的方式是从reques-header中获取origin值，我们必须让所有从gateway路由到微服务的请求都带上origin头。

这个需要利用之前学习的一个GatewayFilter来实现，AddRequestHeaderGatewayFilter。

修改gateway服务中的application.yml，添加一个defaultFilter：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
        - AddRequestHeader=origin,gateway
      routes:
       # ...略

这样，从gateway路由的所有请求都会带上origin头，值为gateway。而从其它地方到达微服务的请求则没有这个头。

3）配置授权规则

现在，我们直接跳过网关，访问order-service服务：

通过网关访问：

自定义异常结果

默认情况下，发生限流、降级、授权拦截时，都会抛出异常到调用方。异常结果都是flow limmiting（限流）。这样不够友好，无法得知是限流还是降级还是授权拦截。

1）异常类型

而如果要自定义异常时的返回结果，需要实现BlockExceptionHandler接口。

这个方法有三个参数：

• HttpServletRequest request：request对象
• HttpServletResponse response：response对象
• BlockException e：被sentinel拦截时抛出的异常

这里的BlockException包含多个不同的子类：

2）自定义异常处理

@Component
public class SentinelExceptionHandler implements BlockExceptionHandler {
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception {
        String msg = "未知异常";
        int status = 429;

        if (e instanceof FlowException) {
            msg = "请求被限流了";
        } else if (e instanceof ParamFlowException) {
            msg = "请求被热点参数限流";
        } else if (e instanceof DegradeException) {
            msg = "请求被降级了";
        } else if (e instanceof AuthorityException) {
            msg = "没有权限访问";
            status = 401;
        }

        response.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        response.setStatus(status);
        response.getWriter().println("{\"msg\": "   msg   ", \"status\": "   status   "}");
    }
}

规则持久化

现在，sentinel的所有规则都是内存存储，重启后所有规则都会丢失。在生产环境下，我们必须确保这些规则的持久化，避免丢失。

规则管理模式

规则是否能持久化，取决于规则管理模式，sentinel支持三种规则管理模式：

• 原始模式：Sentinel的默认模式，将规则保存在内存，重启服务会丢失。
• pull模式
• push模式

pull模式：控制台将配置的规则推送到Sentinel客户端，而客户端会将配置规则保存在本地文件或数据库中。以后会定时去本地文件或数据库中查询，更新本地规则。

push模式：控制台将配置规则推送到远程配置中心，例如Nacos。Sentinel客户端监听Nacos，获取配置变更的推送消息，完成本地配置更新。

学习视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1LQ4y127n4/?spm_id_from=333.999.0.0

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