Gateway之限流、熔断，Sentinel--服务容错

目录

高并发带来的问题

1.编写java代码

2.修改配置文件中tomcat的并发数

 3.接下来使用压测工具,对请求进行压力测试

压测工具

服务雪崩效应

常见容错方案

常见的容错组件

Sentinel入门

 什么是Sentinel

Sentinel 具有以下特征:

Sentinel 分为两个部分:

sentinel简单模式之流控QPS

1 在订单模块(shop-order)的pom.xml中加入下面依赖

安装Sentinel控制台

1 下载jar包,解压到文件夹 Releases · alibaba/Sentinel · GitHub​编辑

2 启动控制台  

3 修改shop-order ,在里面加入有关控制台的配置  

Sentinel的概念和功能

 基本概念

重要功能

   sentinel流控简单模式之并发线程数

sentinel流控之关联模式&链路模式

关联模式

链路模式

sentinel降级之平均响应时间&异常比例模式

降级规则

 刷新被限流​编辑  异常比例

自定义异常返回

---

高并发带来的问题

在微服务架构中，我们将业务拆分成一个个的服务，服务与服务之间可以相互调用，但是由于网络 原因或者自身的原因，服务并不能保证服务的100%可用，如果单个服务出现问题，调用这个服务就会 出现网络延迟，此时若有大量的网络涌入，会形成任务堆积，最终导致服务瘫痪。 接下来，我们来模拟一个高并发的场景

1.编写java代码

@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {
 
    @Autowired
    private IFeignProductService feignProductService;
 
    @RequestMapping("/findByParameter")
    public String findByParameter(String name,Double price){
        log.info("服务消费者日志：name={},price={}",name,price);
        return feignProductService.findByParameter(name,price);
    }
}

2.修改配置文件中tomcat的并发数

1秒钟20个请求，最大连接数10，最大等待数10，最大线程数2，相当于一个线程1s能处理5个请求（2个处理10个请求）

server:
  port: 8091
  tomcat:
    max-threads: 2     #最大线程数
  max-connections: 10  #最大连接数
  accept-count: 10     #最大线程等待数

 3.接下来使用压测工具,对请求进行压力测试

压测工具

下载地址Apache JMeter - Apache JMeter™

第一步：修改配置，并启动软件

进入bin目录,修改jmeter.properties文件中的语言支持为language=zh_CN，然后点击jmeter.bat，启动软件。

 为了下次启动不进入文件找启动文件，我们直接将启动文件发送到桌面快捷方式

启动压测工具

第二步：添加线程组

第三步：配置线程并发数

第四步：添加监听 

 第五步：添加Http取样

第六步：配置取样，并启动测试

结论: 此时会发现, 由于order方法囤积了大量请求, 导致ｍessage方法的访问出现了问题，这就是服务雪崩的雏形。

服务雪崩效应

在分布式系统中,由于网络原因或自身的原因,服务一般无法保证 100% 可用。如果一个服务出现了 问题，调用这个服务就会出现线程阻塞的情况，此时若有大量的请求涌入，就会出现多条线程阻塞等 待，进而导致服务瘫痪。 由于服务与服务之间的依赖性，故障会传播，会对整个微服务系统造成灾难性的严重后果，这就是 服务故障的 “雪崩效应” 。

雪崩发生的原因多种多样，有不合理的容量设计，或者是高并发下某一个方法响应变慢，亦或是某 台机器的资源耗尽。我们无法完全杜绝雪崩源头的发生，只有做好足够的容错，保证在一个服务发生问 题，不会影响到其它服务的正常运行。也就是＂雪落而不雪崩＂。

常见容错方案

要防止雪崩的扩散，我们就要做好服务的容错，容错说白了就是保护自己不被猪队友拖垮的一些措 施, 下面介绍常见的服务容错思路和组件。 常见的容错思路 常见的容错思路有隔离、超时、限流、熔断、降级这几种，下面分别介绍一下。

• 隔离

 它是指将系统按照一定的原则划分为若干个服务模块，各个模块之间相对独立，无强依赖。当有故 障发生时，能将问题和影响隔离在某个模块内部，而不扩散风险，不波及其它模块，不影响整体的 系统服务。常见的隔离方式有：线程池隔离和信号量隔离．

• 超时

在上游服务调用下游服务的时候，设置一个最大响应时间，如果超过这个时间，下游未作出反应， 就断开请求，释放掉线程。

•  限流

限流就是限制系统的输入和输出流量已达到保护系统的目的。为了保证系统的稳固运行,一旦达到 的需要限制的阈值,就需要限制流量并采取少量措施以完成限制流量的目的。

• 熔断

在互联网系统中，当下游服务因访问压力过大而响应变慢或失败，上游服务为了保护系统整 体的可用性，可以暂时切断对下游服务的调用。这种牺牲局部，保全整体的措施就叫做熔断。   服务熔断一般有三种状态：  

• 熔断关闭状态（Closed） 服务没有故障时，熔断器所处的状态，对调用方的调用不做任何限制

• 熔断开启状态（Open） 后续对该服务接口的调用不再经过网络，直接执行本地的fallback方法

• 半熔断状态（Half-Open） 尝试恢复服务调用，允许有限的流量调用该服务，并监控调用成功率。如果成功率达到预 期，则说明服务已恢复，进入熔断关闭状态；如果成功率仍旧很低，则重新进入熔断关闭状 态。

• 降级 降级其实就是为服务提供一个托底方案，一旦服务无法正常调用，就使用托底方案。

常见的容错组件

• Hystrix Hystrix是由Netflix开源的一个延迟和容错库，用于隔离访问远程系统、服务或者第三方库，防止 级联失败，从而提升系统的可用性与容错性。

• Resilience4J Resilicence4J一款非常轻量、简单，并且文档非常清晰、丰富的熔断工具，这也是Hystrix官方推 荐的替代产品。不仅如此，Resilicence4j还原生支持Spring Boot 1.x/2.x，而且监控也支持和 prometheus等多款主流产品进行整合。

• Sentinel Sentinel 是阿里巴巴开源的一款断路器实现，本身在阿里内部已经被大规模采用，非常稳定。

  下面是三个组件在各方面的对比：

Sentinel入门

 什么是Sentinel

Sentinel (分布式系统的流量防卫兵) 是阿里开源的一套用于服务容错的综合性解决方案。它以流量 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保护服务的稳定性。

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 提供了实时的监控功能。通过控制台可以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。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。

Sentinel 分为两个部分:

• 核心库（Java 客户端）不依赖任何框架/库,能够运行于所有 Java 运行时环境，同时对 Dubbo / Spring Cloud 等框架也有较好的支持。

• 控制台（Dashboard）基于 Spring Boot 开发，打包后可以直接运行，不需要额外的 Tomcat 等 应用容器。

sentinel简单模式之流控QPS

微服务集成Sentinel

为微服务集成Sentinel非常简单, 只需要加入Sentinel的依赖即可

1 在订单模块(shop-order)的pom.xml中加入下面依赖

<dependency>
	<groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
	<artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinelartifactId>
dependency>

网关gateway集成sentinel,需还另添加以下依赖（本篇用不上网关，可以不导）

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cloudgroupId>
    <artifactId>spring-cloud-alibaba-sentinel-gatewayartifactId>
dependency>

2 编写一个Controller测试使用  

安装Sentinel控制台

Sentinel 提供一个轻量级的控制台, 它提供机器发现、单机资源实时监控以及规则管理等功能。

1 下载jar包,解压到文件夹 Releases · alibaba/Sentinel · GitHub

2 启动控制台  

# 直接使用jar命令启动项目(控制台本身是一个SpringBoot项目)
java -Dserver.port=8080 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard-1.7.0.jar

#参考1
java -jar sentinel-dashboard-1.8.4.jar --server.port=8080

#参考2
java -Dserver.port=8080 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard-1.8.1.jar

 

启动完了之后，我们访问一下 流控的监控平台账号和密码都是sentinel

补充：了解控制台的使用原理 Sentinel的控制台其实就是一个SpringBoot编写的程序。我们需要将我们的微服务程序注册到控制台上, 即在微服务中指定控制台的地址, 并且还要开启一个跟控制台传递数据的端口, 控制台也可以通过此端口 调用微服务中的监控程序获取微服务的各种信息。

 

3 修改shop-order ,在里面加入有关控制台的配置  

spring:
    application:
        name: shop-order
    cloud:
        nacos:
            discovery:
                server-addr: localhost:8848
        sentinel:
            transport:
                port: 9999 #跟控制台交流的端口,随意指定一个未使用的端口即可
                dashboard: localhost:8080 # 指定控制台服务的地址

 再重启一下shop-order，刚进sentinel界面是空的，我们刷新一下订单微服务(加了流控依赖)

在sentinel里面做限流 

通过控制台快速频繁访问, 观察效果

Sentinel的概念和功能

 基本概念

• 资源就是Sentinel要保护的东西 资源是 Sentinel 的关键概念。它可以是 Java 应用程序中的任何内容，可以是一个服务，也可以是 一个方法，甚至可以是一段代码。

  • 我们入门案例中的方法就可以认为是一个资源

• 规则 规则就是用来定义如何进行保护资源的 作用在资源之上, 定义以什么样的方式保护资源，主要包括流量控制规则、熔断降级规则以及系统 保护规则。

  • 我们入门案例中就是为资源设置了一种流控规则, 限制了进入的流量

重要功能

 Sentinel的主要功能就是容错，主要体现为下面这三个：

• 流量控制 流量控制在网络传输中是一个常用的概念，它用于调整网络包的数据。任意时间到来的请求往往是 随机不可控的，而系统的处理能力是有限的。我们需要根据系统的处理能力对流量进行控制。 Sentinel 作为一个调配器，可以根据需要把随机的请求调整成合适的形状。

• 熔断降级 当检测到调用链路中某个资源出现不稳定的表现，例如请求响应时间长或异常比例升高的时候，则 对这个资源的调用进行限制，让请求快速失败，避免影响到其它的资源而导致级联故障。

Sentinel 对这个问题采取了两种手段:

• 通过并发线程数进行限制 Sentinel 通过限制资源并发线程的数量，来减少不稳定资源对其它资源的影响。当某个资源 出现不稳定的情况下，例如响应时间变长，对资源的直接影响就是会造成线程数的逐步堆 积。当线程数在特定资源上堆积到一定的数量之后，对该资源的新请求就会被拒绝。堆积的 线程完成任务后才开始继续接收请求。

• 通过响应时间对资源进行降级 除了对并发线程数进行控制以外，Sentinel 还可以通过响应时间来快速降级不稳定的资源。 当依赖的资源出现响应时间过长后，所有对该资源的访问都会被直接拒绝，直到过了指定的 时间窗口之后才重新恢复。

Sentinel 和 Hystrix 的区别 两者的原则是一致的, 都是当一个资源出现问题时, 让其快速失败, 不要波及到其它服务 但是在限制的手段上, 确采取了完全不一样的方法: Hystrix 采用的是线程池隔离的方式, 优点是做到了资源之间的隔离, 缺点是增加了线程 切换的成本。 Sentinel 采用的是通过并发线程的数量和响应时间来对资源做限制。

系统负载保护 Sentinel 同时提供系统维度的自适应保护能力。当系统负载较高的时候，如果还持续让 请求进入可能会导致系统崩溃，无法响应。在集群环境下，会把本应这台机器承载的流量转发到其 它的机器上去。如果这个时候其它的机器也处在一个边缘状态的时候，Sentinel 提供了对应的保 护机制，让系统的入口流量和系统的负载达到一个平衡，保证系统在能力范围之内处理最多的请 求。 总之一句话: 我们需要做的事情，就是在Sentinel的资源上配置各种各样的规则，来实现各种容错的功 能。  

   sentinel流控简单模式之并发线程数

我们将刚刚创建的删除

再新增一个流控 小编刚刚测试访问多次了，不会生效，因为并发线程数跟QPS不一样，没有达到1的阈值

阈值类型/单机阈值：

• QPS（每秒请求数量）: 当调用该接口的QPS达到阈值的时候，进行限流

• 线程数：当调用该接口的线程数达到阈值的时候，进行限流

是否集群：暂不需要集群 接下来我们以QPS为例来研究限流规则的配置。

 我们使用压测工具

 前台刷新

 由此可见，并发线程数的门槛相对来说要高于QPS

sentinel流控之关联模式&链路模式

关联模式

关联流控模式指的是，当指定接口关联的接口达到限流条件时，开启对指定接口开启限流。

将刚刚的流控删除掉

 OrderCtroller  

 

package com.oyang.shoporder.controller;
 
import com.oyang.model.Order;
import com.oyang.model.Product;
import com.oyang.model.User;
import com.oyang.shoporder.service.ProductService;
import org.apache.http.HttpRequest;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.cloud.client.discovery.DiscoveryClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;
 
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
/**
 * @author oyang
 * @site https://blog.csdn.net
 * @qq 1828190940
 * @create  2022-11-24 16:07
 */
@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {
 
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;
    @Autowired
    public ProductService productService;
 
    @RequestMapping("/get/{uid}/{pid}")
    public Order get(@PathVariable("uid") Integer uid
                    , @PathVariable("pid") Integer pid
                    , HttpServletRequest request){
        String url = "shop-product";
        String url2 ="shop-user";
 
        /**
         * 要在订单微服务中调用 用户微服务、商品微服务--也就意味着跨项目调用
         * httpClients
         */
        //得到用户对象
        User user = restTemplate.getForObject("http://"+url2+"/user/get/" + uid, User.class);
        //得到商品对象
//        Product product = restTemplate.getForObject("http://"+url+"/product/get/" + pid, Product.class);
        //通过restTemplate调用商品微服务
        Product product = productService.findByPid(pid);
        Order order = new Order();
        order.setUsername(user.getUsername());
        order.setUid(user.getUid());
        order.setPprice(product.getPprice());
        order.setPname(product.getPname());
        order.setPid(product.getPid());
        order.setOid(System.currentTimeMillis());//随机生成id
        order.setNumber(product.getStock());
        return order;
    }
 
 
    //    流控模式：关联模式
    @RequestMapping("/message1")
    public String message1(){
        System.out.println("message1........");
        return "message1...";
    }
 
 
//    sentinel中的熔断降级：平均响应时间
//    预测的结果：平均时间大于0.22s，那么会出现降级处理结果
//    如果平均时间小于0.22s，就正常响应结果
    @RequestMapping("/message2")
    public String message2() {
        try {
//        代表当前方法至少需要执行0.22s
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(220);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "message2";
    }
 
}

添加关联模式 修改压测工具 

 启动压测工具

 非正常也不受影响

 受影响

链路模式

链路流控模式指的是，当从某个接口过来的资源达到限流条件时，开启限流。它的功能有点类似于针对 来源配置项，区别在于：针对来源是针对上级微服务，而链路流控是针对上级接口，也就是说它的粒度 更细。 

 第1步： 编写一个service，在里面添加一个方法message

OrderServiceImpl2 

package com.oyang.shoporder.service;
 
import com.alibaba.csp.sentinel.annotation.SentinelResource;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.BlockException;
import org.springframework.stereotype.Service;
 
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
 
@Service
public class OrderServiceImpl2 {
    @SentinelResource(value = "message", blockHandler = "failBlockHandler")
    public Map message() {
        Map map = new HashMap();
        map.put("code", "200");
        map.put("msg", "正常响应成功");
        return map;
    }
 
    public Map failBlockHandler(BlockException be) {
        Map map = new HashMap();
        map.put("code", "-1");
        map.put("msg", "接口被限流了...");
        return map;
    }
}

 第2步： 在Controller中声明两个方法，分别调用service中的方法message

package com.oyang.shoporder.controller;
 
import com.oyang.model.Order;
import com.oyang.model.Product;
import com.oyang.model.User;
import com.oyang.shoporder.service.OrderServiceImpl2;
import com.oyang.shoporder.service.ProductService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;
 
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
/**
 * @author oyang
 * @site https://blog.csdn.net
 * @qq 1828190940
 * @create  2022-11-24 16:07
 */
@RestController
@RequestMapping("/order")
public class OrderController {
 
    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;
    @Autowired
    public ProductService productService;
 
    @RequestMapping("/get/{uid}/{pid}")
    public Order get(@PathVariable("uid") Integer uid
                    , @PathVariable("pid") Integer pid
                    , HttpServletRequest request){
        String url = "shop-product";
        String url2 ="shop-user";
 
        /**
         * 要在订单微服务中调用 用户微服务、商品微服务--也就意味着跨项目调用
         * httpClients
         */
        //得到用户对象
        User user = restTemplate.getForObject("http://"+url2+"/user/get/" + uid, User.class);
        //得到商品对象
//        Product product = restTemplate.getForObject("http://"+url+"/product/get/" + pid, Product.class);
        //通过restTemplate调用商品微服务
        Product product = productService.findByPid(pid);
        Order order = new Order();
        order.setUsername(user.getUsername());
        order.setUid(user.getUid());
        order.setPprice(product.getPprice());
        order.setPname(product.getPname());
        order.setPid(product.getPid());
        order.setOid(System.currentTimeMillis());//随机生成id
        order.setNumber(product.getStock());
        return order;
    }
 
 
    //    流控模式：关联模式
    @RequestMapping("/message1")
    public String message1(){
        System.out.println("message1........");
        return "message1...";
    }
 
 
 
    @Autowired
    private OrderServiceImpl2 orderService;
    //        主要讲解 sentinel 中的 链路流控模式
    @RequestMapping("/message3")
    public Map message3() {
        return orderService.message();
    }
    @RequestMapping("/message4")
    public Map message4() {
        return orderService.message();
    }
}

删除掉之前的关联模式，重启订单的微服务

 

  sentinel控制台

  修改配置application.yml

  第3步: 禁止收敛URL的入口

context 从1.6.3 版本开始，Sentinel Web filter默认收敛所有URL的入口context，因此链路限流不生效。 1.7.0 版本开始（对应SCA的2.1.1.RELEASE)，官方在CommonFilter 引入了 WEB_CONTEXT_UNIFY 参数，用于控制是否收敛context。将其配置为 false 即可根据不同的 URL 进行链路限流。 SCA 2.1.1.RELEASE之后的版本,可以通过配置spring.cloud.sentinel.web-context-unify=false即 可关闭收敛

第4步: 控制台配置限流规则

 

注意：message3和message4调的是同一个方法

sentinel降级之平均响应时间&异常比例模式

降级规则

本质就是一个托底方案

降级规则就是设置当满足什么条件的时候，对服务进行降级。

 在controller中增加一些代码用以证明

//    sentinel中的熔断降级：平均响应时间
//    预测的结果：平均时间大于0.22s，那么会出现降级处理结果
//    如果平均时间小于0.22s，就正常响应结果
    @RequestMapping("/message2")
    public String message2() {
        try {
//        代表当前方法至少需要执行0.22s
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(220);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "message2";
    }
 

点击熔断 解释这个配置： 在1秒钟发送5个请求，其中20%的请求时间是大于200ms，那么就做熔断降级处理

修改压测工具并且启动

 刷新被限流  异常比例

当资源的每秒异常总数占通过量的比值超过阈值之后，资源进入降级状态，即在接下的 时间窗口（以 s 为单位）之内，对这个方法的调用都会自动地返回。异常比率的阈值范围是 [0.0, 1.0]。

在controlle中添加一定的代码

 
 //    sentinel中的熔断降级：异常比例
    int i = 0;
    @RequestMapping("/message5")
    public String message5() {
        i++;
        //异常比例为0.333
        if (i % 3 == 0){
            throw new RuntimeException();
        }
        return "message5";
    }

 

 新增熔断  和之前一样记得修改压测工具并且启动

 当压测工具已经结束运行的时候，再点击刷新就会报页面错误

自定义异常返回

新建一个config的包 直接复制进去

package com.oyang.shoporder.config;
 
import com.alibaba.csp.sentinel.adapter.spring.webmvc.callback.BlockExceptionHandler;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.BlockException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowException;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import org.springframework.stereotype.Component;
 
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 
//异常处理页面
@Component
public class ExceptionHandlerPage implements BlockExceptionHandler {
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception {
        response.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        ResponseData data = null;
        if (e instanceof FlowException) {
            data = new ResponseData(-1, "接口被限流了...");
        } else if (e instanceof DegradeException) {
            data = new ResponseData(-2, "接口被降级了...");
        }
        response.getWriter().write(JSON.toJSONString(data));
    }
}
 
@Data
@AllArgsConstructor//全参构造
@NoArgsConstructor
//无参构造
class ResponseData {
    private int code;
    private String message;
}

 重新启动订单微服务，新增熔断，启动压测工具