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【Hystrix技术指南】（4）故障切换的运作流程

发布时间 2023-08-08 12:27:39作者: 程序分享

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[每日一句]

也许你度过了很糟糕的一天，但这并不代表你会因此度过糟糕的一生。

[背景介绍]

  • 分布式系统的规模和复杂度不断增加，随着而来的是对分布式系统可用性的要求越来越高。在各种高可用设计模式中，【熔断、隔离、降级、限流】是经常被使用的。而相关的技术，Hystrix本身早已算不上什么新技术，但它却是最经典的技术体系！。
  • Hystrix以实现熔断降级的设计，从而提高了系统的可用性。
  • Hystrix是一个在调用端上，实现断路器模式，以及隔舱模式，通过避免级联故障，提高系统容错能力，从而实现高可用设计的一个Java服务组件库。
  • *Hystrix实现了资源隔离机制

背景介绍

目前对于一些非核心操作，如增减库存后保存操作日志发送异步消息时（具体业务流程），一旦出现MQ服务异常时，会导致接口响应超时，因此可以考虑对非核心操作引入服务降级、服务隔离。

Hystrix说明

官方文档

Hystrix是Netflix开源的一个容灾框架，解决当外部依赖故障时拖垮业务系统、甚至引起雪崩的问题。

为什么需要Hystrix?

  • 在大中型分布式系统中，通常系统很多依赖(HTTP,hession,Netty,Dubbo等)，在高并发访问下,这些依赖的稳定性与否对系统的影响非常大,但是依赖有很多不可控问题：如网络连接缓慢，资源繁忙，暂时不可用，服务脱机等。
  • *当依赖阻塞时,大多数服务器的线程池就出现阻塞(BLOCK),影响整个线上服务的稳定性，在复杂的分布式架构的应用程序有很多的依赖，都会不可避免地在某些时候失败。高并发的依赖失败时如果没有隔离措施，当前应用服务就有被拖垮的风险。
例如:一个依赖30个SOA服务的系统,每个服务99.99

99.99

0.3

换算成时间大约每月有2个小时服务不稳定.

随着服务依赖数量的变多，服务不稳定的概率会成指数性提高.

解决问题方案：对依赖做隔离。
复制代码

Hystrix设计理念

想要知道如何使用，必须先明白其核心设计理念，Hystrix基于命令模式，通过UML图先直观的认识一下这一设计模式。

  • 可见，Command是在 Receiver和 Invoker之间添加的中间层， Command实现了对Receiver的封装。
  • API既可以是Invoker又可以是reciever，通过继承Hystrix核心类HystrixCommand来封装这些API（例如，远程接口调用，数据库查询之类可能会产生延时的操作）。
  • *就可以为API提供弹性保护了。

Hystrix如何解决依赖隔离

  1. Hystrix使用命令模式HystrixCommand(Command)包装依赖调用逻辑，每个命令在单独线程中/信号授权下执行。
  2. 可配置依赖调用超时时间，超时时间一般设为比99.5%平均时间略高即可。当调用超时时，直接返回或执行fallback逻辑。
  3. 为每个依赖提供一个小的线程池（或信号），如果线程池已满调用将被立即拒绝，默认不采用排队，加速失败判定时间。
  4. 依赖调用结果分，成功，失败（抛出异常），超时，线程拒绝，短路。 请求失败(异常，拒绝，超时，短路)时执行fallback(降级)逻辑。
  5. 提供熔断器组件，可以自动运行或手动调用，停止当前依赖一段时间(10秒)，熔断器默认错误率阈值为50%，超过将自动运行。
  6. 提供近实时依赖的统计和监控

Hystrix流程结构解析

、

流程说明:

  1. 每次调用构建HystrixCommand或者HystrixObservableCommand对象，把依赖调用封装在run()方法中.
  2. 结果是否有缓存如果没有执行execute()/queue做sync或async调用，对应真正的run()/construct()
  3. 判断熔断器(circuit-breaker)是否打开，如果打开跳到步骤8，进行降级策略，如果关闭进入步骤.
  4. 判断线程池/队列/信号量是否跑满，如果跑满进入降级步骤8，否则继续后续步骤.
  5. 使用HystrixObservableCommand.construct()还是HystrixCommand.run()，运行依赖逻辑
  6. 依赖逻辑调用超时，进入步骤8
  7. 判断逻辑是否调用成功
  • 6a 返回成功调用结果
  • 6b 调用出错，进入步骤8.
  1. 计算熔断器状态,所有的运行状态(成功, 失败, 拒绝,超时)上报给熔断器，用于统计从而判断熔断器状态.
  2. getFallback()降级逻辑. a. 没有实现getFallback的Command将直接抛出异常 b. fallback降级逻辑调用成功直接返回 c. 降级逻辑调用失败抛出异常
  3. 返回执行成功结果

以下四种情况将触发getFallback调用：

  1. run()方法抛出非HystrixBadRequestException异常。
  2. run()方法调用超时
  3. 熔断器开启短路调用
  4. 线程池/队列/信号量是否跑满

熔断器:Circuit Breaker

每个熔断器默认维护10个bucket，每秒一个bucket，每个bucket记录成功，失败,超时,拒绝的状态，默认错误超过50%且10秒内超过20个请求进行中断短路。

Hystrix隔离分析

Hystrix隔离方式采用线程/信号的方式,通过隔离限制依赖的并发量和阻塞扩散.

线程隔离

  • 执行依赖代码的线程与请求线程(如:jetty线程)分离，请求线程可以自由控制离开的时间(异步过程)。
  • 通过线程池大小可以控制并发量，当线程池饱和时可以提前拒绝服务,防止依赖问题扩散。
  • *线上建议线程池不要设置过大，否则大量堵塞线程有可能会拖慢服务器。
实际案例：

Netflix公司内部认为线程隔离开销足够小，不会造成重大的成本或性能的影响。Netflix 内部API 每天100亿的HystrixCommand依赖请求使用线程隔，每个应用大约40多个线程池，每个线程池大约5-20个线程。

信号隔离

信号隔离也可以用于限制并发访问，防止阻塞扩散, 与线程隔离最大不同在于执行依赖代码的线程依然是请求线程（该线程需要通过信号申请）,如果客户端是可信的且可以快速返回，可以使用信号隔离替换线程隔离,降低开销。

信号量的大小可以动态调整, 线程池大小不可以。

线程隔离与信号隔离区别如下图:

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