面试官:熔断降级原理是什么?
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2021-07-31 19:31
仅以两张图来初步形容一下 熔断
适用的场景:
雪崩
股灾
什么是熔断
来自 wiki
的 熔断机制
描述:
熔断机制(英语:Circuit breaker / Trading curb)指的是在股票市场的交易时间中,
当价格波动的幅度达到某一个限定的目标(熔断点)时,对其暂停交易一段时间的机制。
此机制如同保险丝在电流过大时候熔断,故而得名。
熔断机制推出的目的是为了防范系统性风险,给市场更多的冷静时间,避免恐慌情绪蔓延导致市场波动,
从而防止大规模股价下跌现象的发生。
然而熔断机制也因切断了资金的流通性,同样会造成市场情绪加大,并令市场风险在熔断期结束后继续扩大。
转换成互联网语言
可以这么理解:
当
异常
幅度达到设定的阀值
后触发的系统保护机制保护机制会将某
部分能力关闭
,以保证大部分能力
的正常
这种机制是有损的,但是
利大于端
熔断机制的特点,在关闭一段时间后,会自动触发恢复检测,如果发现服务正常,则将服务逐渐开放。
1、雪崩效应
在分布式服务部署的架构下,整体链路可以参考为:
如果在大促期间, DB_2
由于 机器负载过高
,sql执行缓慢
,链接数打满
或网络抖动
等情况,导致 DB_2
不可用,那么整体链路的影响就会变成:
服务雪崩
的每个阶段都可能由不同的原因造成, 比如造成 服务不可用 的原因有:
硬件故障
程序Bug
缓存击穿
用户大量请求
2、雪崩处理策略
流量控制:
限流
和削峰
都属于流量控制的一种策略缓存优化:在上述案例中,
DB
由于压力过大导致的雪崩,可以引入缓存
,减轻DB
压力服务降级:通过异常
分支链路
的快速失败
,确保主链路
正常提供服务应用扩容:针对
机器压力过大
,负载过高
,可以通过机器扩容来解决,缓解流量压力
断路器模式
熔断器模式(Circuit Breaker Pattern)
,是一个现代软件开发的设计模式。用以侦测错误,并避免不断地触发相同的错误(如维护时服务不可用、暂时性的系统问题或是未知的系统错误)。
状态描述:
关闭
:熔断器默认处于关闭状态,熔断器本身带有计数能力(如滑动窗口实现
),当失败数量达到预设阀值后,触发状态变更,熔断器被打开
开启
:在一定时间内,所有请求都会被拒绝
,或采用备用链路
处理。半开启
:在刷新时间窗口后,会进入半开启
状态,熔断器
尝试接受请求,如果这阶段出现请求失败
,直接恢复到开启
状态。
隔离策略
1、线程隔离
Hystrix 采用了 Bulkhead Partition
舱壁隔离技术,来将外部依赖进行资源隔离,进而避免任何外部依赖的故障导致本服务崩溃。
舱壁隔离
,是说将船体内部空间区隔划分成若干个隔舱,一旦某几个隔舱发生破损进水,水流不会在其间相互流动,如此一来船舶在受损时,依然能具有足够的浮力和稳定性,进而减低立即沉船的危险。
图片来源:《防雪崩利器:熔断器 Hystrix 的原理与使用》
Hystrix
在线程池隔离实现主要解决一下场景:
在商品详情系统中,如果没有对服务做降级措施
,那么当评论服务
出现异常时,整个商品详情系统
都会受到影响,最终导致用户无法查看商品详情
。
在这个例子中,商品详情服务,从请求入口分配线程处理,对每个服务使用同一个线程进行处理(同步
),在评论服务出现异常时(响应缓慢
,处理超时
,服务异常
等),导致整个线程阻塞,服务端响应超时
,触发用户重试刷新请求
,最终导致服务雪崩,系统崩溃。
Hystrix
线程池隔离方案;
hystrix
把每个依赖都进行隔离,对依赖的调用全部包装成HystrixCommand
或者HystrixObservableCommand
在服务调用时,分配独立的线程池进行资源隔离调用,如下图中的评论服务出现不可用时,商品详情系统还是能够将商品信息
,大促信息
封装好返回给用户。评论服务的异常,并不会影响其他依赖的调用。
线程隔离特点
优点:
一个依赖可以给予一个线程池,这个依赖的异常不会影响其他的依赖。
使用线程可以完全隔离第三方代码,请求线程可以快速放回。
当一个失败的依赖再次变成可用时,线程池将清理,并立即恢复可用,而不是一个长时间的恢复。
可以完全模拟异步调用,方便异步编程。
使用线程池,可以有效的进行实时监控、统计和封装。
缺点:
使用线程池的缺点主要是增加了计算的开销。每一个依赖调用都会涉及到队列,调度,上下文切换,而这些操作都有可能在不同的线程中执行。
线程切换的性能损耗问题
Netflix
在使用过程中详细评估了使用异步线程
和同步线程
带来的性能差异,结果表明在99%
的情况下,异步线程带来的几毫秒延迟
的完全可以接受的
2、信号量隔离
Hystrix
的信号量隔离限制对某个资源调用
的异常比例
。
Sentinel
在信号量隔离的限制上提供了更多的策略选择,基于慢调用比例
、异常比例
和异常数
。
信号量隔离实现原理
Sentinel
底层采用高性能的滑动窗口数据结构 LeapArray
来统计实时的秒级指标数据
,在 信号量隔离的底层实现中, 通过根据不同的策略,如 异常数
策略,统计在 滑动窗口区间内, 异常请求量的比例,来决定对服务进行熔断降级处理。
滑动窗口示意图:
1、慢调用比例 (SLOW_REQUEST_RATIO)
设置允许的慢调用 RT(即最大的响应时间),请求的响应时间大于该值则统计为慢调用。当调用请求数量
大于阀值,触发熔断。阀值设置,100ms响应
,10个请求
如下图所示:
2、异常比例 (ERROR_RATIO
当单位统计时长内请求数目大于设置的最小请求数目,并且异常的比例
大于阈值,则接下来的熔断时长内请求会自动被熔断。阀值设置 20%
如下图所示:
3、异常数 (ERROR_COUNT)
当单位统计时长内的异常数目超过阈值
之后会自动进行熔断
。阀值设置 5
如图所示:
熔断降级组件对比
Sentinel
Sentinel
是阿里中间件团队开源的,面向分布式服务架构的轻量级高可用流量控制组件,主要以流量为切入点,从流量控制、熔断降级、系统负载保护等多个维度来帮助用户保护服务的稳定性。
Sentinel 的侧重点在于:
多样化的流量控制
熔断降级
系统负载保护
实时监控和控制台
Hystrix
Hystrix
是Netflix
开源的一款容错系统,能帮助使用者码出具备强大的容错能力和鲁棒性的程序。提供降级,熔断等功能。在2018年
底,Hystrix在其Github主页宣布,不再开放新功能,推荐开发者使用其他仍然活跃的开源项目。
官方 wiki 描述:
Hystrix is designed to do the following:
Give protection from and control over latency and failure from dependencies accessed (typically over the network) via third-party client libraries.
Stop cascading failures in a complex distributed system.
Fail fast and rapidly recover.
Fallback and gracefully degrade when possible.
Enable near real-time monitoring, alerting, and operational control.
对通过第三方客户端库访问的依赖项(通常是通过网络)的延迟和故障进行保护和控制。
在复杂的分布式系统中阻止级联故障。
快速失败,快速恢复。
回退,尽可能优雅地降级。
启用近实时监控、警报和操作控制。
resilience4j
resilience4j
是一个轻量、易用、可组装的高可用框架,支持熔断、高频控制、隔离、限流、限时、重试等多种高可用机制。Netflix
官方在停止维护Hystrix
后,推荐使用 resilience4j
作为替代方案。
与Hystrix相比,它有以下一些主要的区别:
Hystrix调用必须被封装到HystrixCommand里,而resilience4j以装饰器的方式提供对函数式接口、lambda表达式等的嵌套装饰,因此你可以用简洁的方式组合多种高可用机制
Hystrix的频次统计采用滑动窗口的方式,而resilience4j采用环状缓冲区的方式
关于熔断器在半开状态时的状态转换,Hystrix仅使用一次执行判定是否进行状态转换,而resilience4j则采用可配置的执行次数与阈值,来决定是否进行状态转换,这种方式提高了熔断机制的稳定性
关于隔离机制,Hystrix提供基于线程池和信号量的隔离,而resilience4j只提供基于信号量的隔离
有道无术,术可成;有术无道,止于术
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