Sentinel 微服务保护

目录

1 雪崩问题

2 认识Sentinel 

3 安装Sentinel控制台 

4 引入cloud-demo 

5 簇点链路

 6 快速入门

7 流控模式 

 7.1 流控模式-关联

7.2 流控模式-链路

 8 流控效果

8.1 流控效果-warm up 

8.2 流控效果-排队等待 

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1 雪崩问题

微服务调用链路中的某个服务故障，引起整个链路中的所有微服务都不可用，这就是雪崩。

解决雪崩问题的常见方式有四种：

超时处理：设定超时时间，请求超过一定时间没有响应就返回错误信息，不会无休止等待。

舱壁模式：限定每个业务能使用的线程数，避免耗尽整个tomcat的资源，因此也叫线程隔离。

 

 熔断降级：由断路器统计业务执行的异常比例，如果超出阈值则会熔断该业务，拦截访问该业务的一切请求。

流量控制：限制业务访问的QPS，避免服务因流量的突增而故障。 

什么是雪崩问题？

如何避免因瞬间高并发流量而导致服务故障？

如何避免因服务故障引起的雪崩问题？

服务保护技术对比

2 认识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：home

Sentinel 具有以下特征:

3 安装Sentinel控制台 

sentinel官方提供了UI控制台，方便我们对系统做限流设置。大家可以在GitHub下载。课前资料提供了下载好的jar包：

 如果要修改Sentinel的默认端口、账户、密码，可以通过下列配置：

4 引入cloud-demo 

要使用Sentinel肯定要结合微服务，这里我们使用SpringCloud实用篇中的cloud-demo工程。没有的小伙伴可以在课前资料中找到：

项目结构如下：

我们在order-service中整合Sentinel，并且连接Sentinel的控制台，步骤如下：

1.引入sentinel依赖：

    com.alibaba.cloud
    spring-cloud-starter-alibaba-sentinel

 2.配置控制台地址：

spring.cloud.sentinel.transport.dashboard=localhost:8080

3.访问微服务的任意端点，触发sentinel监控 

5 簇点链路

簇点链路：就是项目内的调用链路，链路中被监控的每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），因此SpringMVC的每一个端点（Endpoint）就是调用链路中的一个资源。

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：

 6 快速入门

点击资源/order/{orderId}后面的流控按钮，就可以弹出表单。表单中可以添加流控规则，如下图所示：

 其含义是限制 /order/{orderId}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。

需求：给 /order/{orderId}这个资源设置流控规则，QPS不能超过 5。然后利用jemeter测试。

7 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：

 7.1 流控模式-关联

关联模式：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

使用场景：比如用户支付时需要修改订单状态，同时用户要查询订单。查询和修改操作会争抢数据库锁，产生竞争。

业务需求是有限支付和更新订单的业务，因此当修改订单业务触发阈值时，需要对查询订单业务限流。

当/write资源访问量触发阈值时，就会对/read资源限流，避免影响/write资源。 

需求：

7.2 流控模式-链路

需求：有查询订单和创建订单业务，两者都需要查询商品。针对从查询订单进入到查询商品的请求统计，并设置限流。

步骤：

 Sentinel默认只标记Controller中的方法为资源，如果要标记其它方法，需要利用@SentinelResource注解，示例：

 Sentinel默认会将Controller方法做context整合，导致链路模式的流控失效，需要修改application.yml，添加配置：

#关闭context整合
spring.cloud.sentinel.web-context-unify=false

 8 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：

8.1 流控效果-warm up 

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 threshold / coldFactor，持续指定时长后，逐渐提高到threshold值。而coldFactor的默认值是3.

例如，我设置QPS的threshold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.

8.2 流控效果-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。

例如：QPS = 5，意味着每200ms处理一个队列中的请求；timeout = 2000，意味着预期等待超过2000ms的请求会被拒绝并抛出异常

9 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。

 配置示例：

代表的含义是：对hot这个资源的0号参数（第一个参数）做统计，每1秒相同参数值的请求数不能超过5

在热点参数限流的高级选项中，可以对部分参数设置例外配置：

 

 结合上一个配置，这里的含义是对0号的long类型参数限流，每1秒相同参数的QPS不能超过5，有两个例外：

给/order/{orderId}这个资源添加热点参数限流，规则如下：

10 隔离和降级 

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。

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。

11 Feign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。

1.修改OrderService的application.yml文件，开启Feign的Sentinel功能

feign.sentinel.enabled=true

2.给FeignClient编写失败后的降级逻辑 

步骤一：在order项目中定义类，实现FallbackFactory： 

步骤二：在feing-api项目中的DefaultFeignConfiguration类中将UserClientFallbackFactory注册为一个Bean：

package com.xzj.order.feigin;
 
import com.xzj.entity.Product;
import feign.hystrix.FallbackFactory;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.stereotype.Component;
 
/**
 * @author xuan
 */
@Slf4j
@Component
public class ProductFeiginFactory implements FallbackFactory {
    @Override
    public ProductFeigin create(Throwable throwable) {
        // 创建UserClient接口实现类，实现其中的方法，编写失败降级的处理逻辑
        ProductFeigin productFeigin = new ProductFeigin() {
            @Override
            public Product getById(Integer pid) {
                Product product = new Product();
                product.setPname("服务器正忙");
                return product;
            }
        };
 
        return productFeigin;
    }
}

步骤三：在feing-api项目中的UserClient接口中使用UserClientFallbackFactory：

package com.xzj.order.feigin;
 
import com.xzj.entity.Product;
import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClient;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
 
@FeignClient(value = "nacos-product",fallbackFactory =ProductFeiginFactory.class)
public interface ProductFeigin {
    @GetMapping("product/getById/{pid}")
    public Product getById (@PathVariable Integer pid);
}

12 线程隔离

线程隔离有两种方式实现：

优缺点

在添加限流规则时，可以选择两种阈值类型：

13 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。

13.1 熔断策略-慢调用

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。例如：

 解读：RT超过500ms的调用是慢调用，统计最近10000ms内的请求，如果请求量超过10次，并且慢调用比例不低于0.5，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。

需求：给 UserClient的查询用户接口设置降级规则，慢调用的RT阈值为50ms，统计时间为1秒，最小请求数量为5，失败阈值比例为0.4，熔断时长为5

提示：为了触发慢调用规则，我们需要修改UserService中的业务，增加业务耗时：

 13.2 熔断策略-异常比例、异常数

断路器熔断策略有三种：慢调用、异常比例或异常数

解读：统计最近1000ms内的请求，如果请求量超过10次，并且异常比例不低于0.5，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。

13.3 熔断策略-异常比例

需求：给 UserClient的查询用户接口设置降级规则，统计时间为1秒，最小请求数量为5，失败阈值比例为0.4，熔断时长为5s

提示：为了触发异常统计，我们需要修改UserService中的业务，抛出异常：

 14 授权规则

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。

例如，我们限定只允许从网关来的请求访问order-service，那么流控应用中就填写网关的名称

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

例如，我们尝试从request中获取一个名为origin的请求头，作为origin的值：

@Component
public class HeaderOriginParser implements RequestOriginParser {
    @Override
    public String parseOrigin(HttpServletRequest request) {
        String origin = request.getHeader("origin");
        if(StringUtils.isEmpty(origin)){
            return "blank";
        }
        return origin;
    }
}

 

我们还需要在gateway服务中，利用网关的过滤器添加名为gateway的origin头：

spring:
  cloud:
    gateway:
      default-filters:
        - AddRequestHeader=origin,gateway # 添加名为origin的请求头，值为gateway

给/order/{orderId} 配置授权规则

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

而BlockException包含很多个子类，分别对应不同的场景：

 我们在order-service中定义类，实现BlockExceptionHandler接口：

package com.xzj.order.hander;

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.authority.AuthorityException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowException;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.param.ParamFlowException;
import org.springframework.stereotype.Component;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

@Component
public class SentinelBlockHandler implements BlockExceptionHandler {
    @Override
    public void handle(HttpServletRequest httpServletRequest,HttpServletResponse httpServletResponse, 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 DegradeException) {
          msg = "请求被降级了！";
      } else if (e instanceof ParamFlowException) {
          msg = "热点参数限流！";
      } else if (e instanceof AuthorityException) {
          msg = "请求没有权限！";status = 401;
      }   httpServletResponse.setContentType("application/json;charset=utf-8");
     httpServletResponse.setStatus(status);
        httpServletResponse.getWriter().println("{\"message\": \"" + msg + "\", \"status\": " + status + "}");
    }
}

16 规则持久化 

规则管理模式

Sentinel的控制台规则管理有三种模式：

 16.1 规则管理模式-原始模式

原始模式：控制台配置的规则直接推送到Sentinel客户端，也就是我们的应用。然后保存在内存中，服务重启则丢失

16.2 规则管理模式-pull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。

首先 Sentinel 控制台通过 API 将规则推送至客户端并更新到内存中，接着注册的写数据源会将新的规则保存到本地的文件中。

步骤一：编写处理类

package com.xzj.order.config;
 
import com.alibaba.csp.sentinel.command.handler.ModifyParamFlowRulesCommandHandler;
import com.alibaba.csp.sentinel.datasource.*;
import com.alibaba.csp.sentinel.init.InitFunc;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.authority.AuthorityRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.authority.AuthorityRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.param.ParamFlowRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.param.ParamFlowRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.system.SystemRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.system.SystemRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.transport.util.WritableDataSourceRegistry;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.TypeReference;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
 
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
 
public class FilePersistence implements InitFunc {
 
    @Value("${spring.application.name}")
    private String appcationName;
 
    @Override
    public void init() throws Exception {
        String ruleDir ="./sentinel-rules/" + appcationName;
        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);
 
        // 流控规则
        ReadableDataSource> flowRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                flowRulePath,
                flowRuleListParser
        );
        FlowRuleManager.register2Property(flowRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> flowRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                flowRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerFlowDataSource(flowRuleWDS);
 
        // 降级规则
        ReadableDataSource> degradeRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                degradeRulePath,
                degradeRuleListParser
        );
        DegradeRuleManager.register2Property(degradeRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> degradeRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                degradeRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerDegradeDataSource(degradeRuleWDS);
 
        // 系统规则
        ReadableDataSource> systemRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                systemRulePath,
                systemRuleListParser
        );
        SystemRuleManager.register2Property(systemRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> systemRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                systemRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerSystemDataSource(systemRuleWDS);
 
        // 授权规则
        ReadableDataSource> authorityRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                authorityRulePath,
                authorityRuleListParser
        );
        AuthorityRuleManager.register2Property(authorityRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> authorityRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                authorityRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerAuthorityDataSource(authorityRuleWDS);
 
        // 热点参数规则
        ReadableDataSource> paramFlowRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                paramFlowRulePath,
                paramFlowRuleListParser
        );
        ParamFlowRuleManager.register2Property(paramFlowRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> paramFlowRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                paramFlowRulePath,
                this::encodeJson
        );
        ModifyParamFlowRulesCommandHandler.setWritableDataSource(paramFlowRuleWDS);
    }
 
    private Converter> flowRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
    private Converter> degradeRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
    private Converter> systemRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
 
    private Converter> authorityRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
 
    private Converter> paramFlowRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
 
    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  String encodeJson(T t) {
        return JSON.toJSONString(t);
    }
}
 

步骤二：添加配置  

在resources下创建配置目录 META-INF/services ,然后添加文件

com.alibaba.csp.sentinel.init.InitFunc

在文件中添加配置类的全路径

com.xzj.order.config.FilePersistence

16.3 规则管理模式-实现push模式

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。

push模式实现最为复杂，依赖于nacos，并且需要改在Sentinel控制台。整体步骤如下：

详细步骤可以参考课前资料的《sentinel规则持久化》：

步骤一：修改order-service服务，使其监听Nacos配置中心

具体步骤如下：

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cspgroupId>
    <artifactId>sentinel-datasource-nacosartifactId>
dependency>

配置nacos地址

spring:
  cloud:
    sentinel:
      datasource:
        flow:
          nacos:
            server-addr: localhost:8848 # nacos地址
            dataId: orderservice-flow-rules
            groupId: SENTINEL_GROUP
            rule-type: flow # 还可以是：degrade、authority、param-flow

步骤二：修改sentinel-dashboard源码，添加nacos数据源

具体步骤如下：

 

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.cspgroupId>
    <artifactId>sentinel-datasource-nacosartifactId>
   
dependency>

 步骤三：修改sentinel-dashboard的源码，配置nacos数据源

具体步骤如下：

 

 3.修改 com.alibaba.csp.sentinel.dashboard.controller.v2包下的FlowControllerV2类：

步骤四：修改sentinel-dashboard的源码，修改前端页面：

修改src/main/webapp/resources/app/scripts/directives/sidebar/目录下的sidebar.html文件：

 

修改src/main/webapp/resources/app/scripts/directives/sidebar/目录下的sidebar.html文件。

将其中的这部分注释打开：

修改其中的文本：