Spring Cloud Alibaba之Sentinel實(shí)現熔斷限流功能

微服務(wù)中為了防止某個(gè)服務(wù)出現問(wèn)題，導致影響整個(gè)服務(wù)集群無(wú)法提供服務(wù)的情況，我們在系統訪(fǎng)問(wèn)量和業(yè)務(wù)量高起來(lái)了后非常有必要對服務(wù)進(jìn)行熔斷限流處理。 其中熔斷即服務(wù)發(fā)生異常時(shí)能夠更好的處理；限流是限制每個(gè)服務(wù)的資源（比如說(shuō)訪(fǎng)問(wèn)量）。
spring-cloud中很多使用的是Hystrix組件來(lái)進(jìn)行限流的，現在我們這里使用阿里的sentinel來(lái)實(shí)現熔斷限流功能。

sentinel簡(jiǎn)介

這個(gè)在阿里云有企業(yè)級的商用版本 ；現在有免費的入門(mén)級可以先體驗下，之后再決定是否使用付費的專(zhuān)業(yè)版或者是自己搭建。

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(gè)資源出現不穩定的表現，如請求響應時(shí)間長(cháng)或者異常比例升高的時(shí)候，則對此資源的調用進(jìn)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(lián)故障。 采用的手段：1.并發(fā)線(xiàn)程數的限制；2.通過(guò)響應時(shí)間進(jìn)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(shí)，自動(dòng)將流量轉發(fā)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(gè)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(gè)資源出現問(wèn)題時(shí)，讓其快速失敗，不波及到其它服務(wù)。
• Hystrix采用的是線(xiàn)程池隔離的方式，優(yōu)點(diǎn)是做到了資源之間的隔離，缺點(diǎn)是增加了線(xiàn)程切換的成本
• Sentinel采用的是通過(guò)并發(fā)線(xiàn)程的數量和響應時(shí)間來(lái)對資源限制。

Sentinel規則

Sentinel默認定義如下規則：

流控規則

通過(guò)QPS或并發(fā)線(xiàn)程數來(lái)做限制，里面的針對來(lái)源可以對某個(gè)微服務(wù)做限制，默認是都限制。

• 流控模式：
• 直接：接口達到限流條件，開(kāi)啟限流；
• 關(guān)聯(lián)：當關(guān)聯(lián)的資源達到限流條件時(shí)，開(kāi)啟限流（適合做應用讓步）
• 鏈路：當從某個(gè)接口過(guò)來(lái)的資源達到限流條件時(shí)，開(kāi)啟限流（限制更細致）

關(guān)于配置規則：可以直接使用url地址來(lái)配置，也可以通過(guò)自定義名稱(chēng)來(lái)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(wèn)題：由于sentinel基于filter開(kāi)發(fā)的攔截使用的鏈路收斂的模式，因此需要設置關(guān)閉鏈路收斂使鏈路收斂能夠生效，

spring:
   cloud:
     sentinel:
       filter:
         # 關(guān)閉鏈路收斂使鏈路收斂能夠生效
         enabled: false

降級規則

當滿(mǎn)足設置的條件，對服務(wù)進(jìn)行降級。

根據平均響應時(shí)間：當資源的平均響應時(shí)間超過(guò)閥值（以ms為單位）之后，資源進(jìn)入準降級狀態(tài)。
如果接下來(lái)1秒持續進(jìn)入的n個(gè)請求的RT都持續超過(guò)這個(gè)閥值，則在接下來(lái)的時(shí)間窗口（單位s）之內就會(huì )使這個(gè)方法進(jìn)行服務(wù)降級。

注意Sentinel默認的最大時(shí)間為4900ms，超過(guò)這個(gè)時(shí)間將被默認設置為4900ms；可以通過(guò)啟動(dòng)配置 -Dcsp.sentinel.statistic.max.rt=xxx來(lái)修改。

異常降級：通過(guò)設置異常數或者異常比例來(lái)進(jìn)行服務(wù)降級。

熱點(diǎn)規則

必須使用@SentinelResource("order")注解來(lái)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(gè)值時(shí)不做限流。

授權規則

通過(guò)配置黑白名單來(lái)設置是否允許通過(guò)。

自定義來(lái)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(lái)源獲取規則 </p>
*/
@Component
public class RequestOriginParserDefinition implements RequestOriginParser {

  /**
   * 定義區分來(lái)源的規則：本質(zhì)上是通過(guò)獲取request域中獲取來(lái)源標識，然后交給流控應用來(lái)進(jìn)行匹配處理
   *
   * @param request request域
   * @return 返回區分來(lái)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(jìn)行控制，從單臺機器的總體Load、RT、入口QPS、CPU使用率和線(xiàn)程數五個(gè)維度來(lái)監控整個(gè)應用數據，讓系統跑到最大吞吐量的同時(shí)保證系統穩定性。

• Load（僅對 Linux/Unix-like 機器生效）：當系統 load1 超過(guò)閾值，且系統當前的并發(fā)線(xiàn)程數超過(guò)系統容量時(shí)才會(huì )觸發(fā)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(fā)系統保護，單位是毫秒。
• 線(xiàn)程數：當單臺機器上所有入口流量的并發(fā)線(xiàn)程數達到閾值即觸發(fā)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(fā)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(fā)系統保護。

sentinel的使用

下面我們通過(guò)一些簡(jiǎn)單的示例來(lái)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；就是一個(gè)jar包直接使用命令啟動(dòng)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(fǎng)問(wèn)的端口號；
sentinel-dashboard.jar 就是剛剛下載的jar包名稱(chēng)；
為方便使用可以創(chuàng )建一個(gè)bat啟動(dòng)文件，在里面輸入上面的命令行，后面啟動(dòng)直接點(diǎn)擊這個(gè)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(hù)名和密碼都是 sentinel；啟動(dòng)成功后瀏覽器輸入 即可訪(fǎng)問(wèn)控制臺。
注意這個(gè)控制臺不是必須接入的，同時(shí)只有你的接口方法被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)后控制臺里面才會(huì )顯示。

服務(wù)中使用

添加如下依賴(lài)包

<!--由于我們使用的spring-cloud,因此這里因此 sentinel的集成包來(lái)簡(jiǎn)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(méi)有使用dubbo那么無(wú)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(guān)配置和依賴(lài)去掉，然后加入sentinel的依賴(lài)即可。

代碼中的使用示例1，如果我們只需對相關(guān)的http方法進(jìn)行限流，直接引入依賴(lài)的包即可；下面是我們向對某個(gè)方法進(jìn)行限流，因此使用使用@SentinelResource注解來(lái)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(shí)候會(huì )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(guān)的策略規則即可。

自定義Sentinel的異常返回

通過(guò)實(shí)現BlockExceptionHandler接口來(lái)自定義異常返回；注意之前的UrlBlockHandler 視乎已經(jīng)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(gè)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(shí)現Sentinel規則的持久化

Sentinel 控制臺通過(guò) API 將規則推送至客戶(hù)端并更新到內存中，接著(zhù)注冊的寫(xiě)數據源會(huì )將新的規則保存到本地的文件中。

編寫(xiě)一個(gè)實(shí)現InitFunc接口的類(lèi)，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(diǎn)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(chuàng )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(xiě)的配置類(lèi)的全路徑top.vchar.order.config.FilePersistence

使用Nacos實(shí)現動(dòng)態(tài)規則配置

添加如下依賴(lài)

<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(lèi)）：

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(chuàng )建一個(gè)配置文件 dubbo-customer-demo-sentinel.rule，類(lèi)型為text; 具體配置參數見(jiàn)官網(wǎng)說(shuō)明；下面是一個(gè)示例：

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

實(shí)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(shí)，nacos的時(shí)候會(huì )瘋狂的拉取數據，同時(shí)只支持一個(gè)規則的配置；因此要么自己去基于nacos實(shí)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(lái)實(shí)現，或者是對接其rest api接口，在實(shí)際操作中還是建議使用界面化的操作。

關(guān)于熔斷降級是如何實(shí)現自動(dòng)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(lèi)，具體查看com.alibaba.csp.sentinel.annotation.aspectj.SentinelResourceAspect類(lèi)，在執行實(shí)際的方法時(shí)使用try-catch進(jìn)行異常捕獲，
如果異常是BlockException的時(shí)候會(huì )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(gè)方法），通過(guò)反射執行配置的Fallback方法。

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