重试利器之Guava Retrying

重试的使用场景

在很多业务场景中，为了排除系统中的各种不稳定因素，以及逻辑上的错误，并最大概率保证获得预期的结果，重试机制都是必不可少的。

尤其是调用远程服务，在高并发场景下，很可能因为服务器响应延迟或者网络原因，造成我们得不到想要的结果，或者根本得不到响应。这个时候，一个优雅的重试调用机制，可以让我们更大概率保证得到预期的响应。

sequenceDiagram
    Client->>Server:{"msg":"hello,server"}
    Note right of Server: busying ......
    Client->>Server:{"msg":"hello,server"}

    Server-->>Client:{"Exception":"500"}
    Note right of Server: busying ......

        loop ServerBlock
            Server -->> Server: Too busy to deal with so many requests...
      end

    Client->>Server:{"msg":"hello,server"}
    activate Server
    Server-->>Client:{"msg":"hello,client"}
    deactivate Server

通常情况下，我们会通过定时任务进行重试。例如某次操作失败，则记录下来，当定时任务再次启动，则将数据放到定时任务的方法中，重新跑一遍。最终直至得到想要的结果为止。

无论是基于定时任务的重试机制，还是我们自己写的简单的重试器，缺点都是重试的机制太单一，而且实现起来不优雅。

如何优雅地设计重试实现

一个完备的重试实现，要很好地解决如下问题：

什么条件下重试
什么条件下停止
如何停止重试
停止重试等待多久
如何等待
请求时间限制
如何结束
如何监听整个重试过程

并且，为了更好地封装性，重试的实现一般分为两步：

使用工厂模式构造重试器
执行重试方法并得到结果

一个完整的重试流程可以简单示意为：

graph LR
    A((Start)) -->|build| B(Retryer)
    B --> C{need call?}
    C -->|continue| D[call]
    D --> Z[call count++]
    Z --> C
    C -->|finished| E[result]
    E --> F((success))
    E --> G((failed ))

guava-retrying基础用法

guava-retrying是基于谷歌的核心类库guava的重试机制实现，可以说是一个重试利器。

下面就快速看一下它的用法。

1.Maven配置

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.github.rholder/guava-retrying -->
<dependency>
    <groupId>com.github.rholder</groupId>
    <artifactId>guava-retrying</artifactId>
    <version>2.0.0</version>
</dependency>

需要注意的是，此版本依赖的是27.0.1版本的guava。如果你项目中的guava低几个版本没问题，但是低太多就不兼容了。这个时候你需要升级你项目的guava版本，或者直接去掉你自己的guava依赖，使用guava-retrying传递过来的guava依赖。

2.实现Callable

Callable<Boolean> callable = new Callable<Boolean>() {
    public Boolean call() throws Exception {
        return true; // do something useful here
    }
};

Callable的call方法中是你自己实际的业务调用。

通过RetryerBuilder构造Retryer

Retryer<Boolean> retryer = RetryerBuilder.<Boolean>newBuilder()
        .retryIfResult(Predicates.<Boolean>isNull())
        .retryIfExceptionOfType(IOException.class)
        .retryIfRuntimeException()
        .withStopStrategy(StopStrategies.stopAfterAttempt(3))
        .build();

使用重试器执行你的业务

retryer.call(callable);

下面是完整的参考实现。

public Boolean test() throws Exception {
    //定义重试机制
    Retryer<Boolean> retryer = RetryerBuilder.<Boolean>newBuilder()
            //retryIf 重试条件
            .retryIfException()
            .retryIfRuntimeException()
            .retryIfExceptionOfType(Exception.class)
            .retryIfException(Predicates.equalTo(new Exception()))
            .retryIfResult(Predicates.equalTo(false))

            //等待策略：每次请求间隔1s
            .withWaitStrategy(WaitStrategies.fixedWait(1, TimeUnit.SECONDS))

            //停止策略 : 尝试请求6次
            .withStopStrategy(StopStrategies.stopAfterAttempt(6))

            //时间限制 : 某次请求不得超过2s , 类似: TimeLimiter timeLimiter = new SimpleTimeLimiter();
            .withAttemptTimeLimiter(AttemptTimeLimiters.fixedTimeLimit(2, TimeUnit.SECONDS))

            .build();

    //定义请求实现
    Callable<Boolean> callable = new Callable<Boolean>() {
        int times = 1;

        @Override
        public Boolean call() throws Exception {
            log.info("call times={}", times);
            times++;

            if (times == 2) {
                throw new NullPointerException();
            } else if (times == 3) {
                throw new Exception();
            } else if (times == 4) {
                throw new RuntimeException();
            } else if (times == 5) {
                return false;
            } else {
                return true;
            }

        }
    };
    //利用重试器调用请求
   return  retryer.call(callable);
}

guava-retrying实现原理

guava-retrying的核心是Attempt类、Retryer类以及一些Strategy(策略)相关的类。

Attempt

Attempt既是一次重试请求(call)，也是请求的结果，并记录了当前请求的次数、是否包含异常和请求的返回值。

/**
 * An attempt of a call, which resulted either in a result returned by the call,
 * or in a Throwable thrown by the call.
 *
 * @param <V> The type returned by the wrapped callable.
 * @author JB
 */
public interface Attempt<V>

Retryer

Retryer通过RetryerBuilder这个工厂类进行构造。RetryerBuilder负责将定义的重试策略赋值到Retryer对象中。

在Retryer执行call方法的时候，会将这些重试策略一一使用。

下面就看一下Retryer的call方法的具体实现。

/**
    * Executes the given callable. If the rejection predicate
    * accepts the attempt, the stop strategy is used to decide if a new attempt
    * must be made. Then the wait strategy is used to decide how much time to sleep
    * and a new attempt is made.
    *
    * @param callable the callable task to be executed
    * @return the computed result of the given callable
    * @throws ExecutionException if the given callable throws an exception, and the
    *                            rejection predicate considers the attempt as successful. The original exception
    *                            is wrapped into an ExecutionException.
    * @throws RetryException     if all the attempts failed before the stop strategy decided
    *                            to abort, or the thread was interrupted. Note that if the thread is interrupted,
    *                            this exception is thrown and the thread's interrupt status is set.
    */
   public V call(Callable<V> callable) throws ExecutionException, RetryException {
       long startTime = System.nanoTime();
       //说明： 根据attemptNumber进行循环——也就是重试多少次
       for (int attemptNumber = 1; ; attemptNumber++) {
           //说明：进入方法不等待，立即执行一次
           Attempt<V> attempt;
           try {
                //说明：执行callable中的具体业务
                //attemptTimeLimiter限制了每次尝试等待的时常
               V result = attemptTimeLimiter.call(callable);
               //利用调用结果构造新的attempt
               attempt = new ResultAttempt<V>(result, attemptNumber, TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startTime));
           } catch (Throwable t) {
               attempt = new ExceptionAttempt<V>(t, attemptNumber, TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startTime));
           }

           //说明：遍历自定义的监听器
           for (RetryListener listener : listeners) {
               listener.onRetry(attempt);
           }

           //说明：判断是否满足重试条件，来决定是否继续等待并进行重试
           if (!rejectionPredicate.apply(attempt)) {
               return attempt.get();
           }

           //说明：此时满足停止策略，因为还没有得到想要的结果，因此抛出异常
           if (stopStrategy.shouldStop(attempt)) {
               throw new RetryException(attemptNumber, attempt);
           } else {
                //说明：执行默认的停止策略——线程休眠
               long sleepTime = waitStrategy.computeSleepTime(attempt);
               try {
                   //说明：也可以执行定义的停止策略
                   blockStrategy.block(sleepTime);
               } catch (InterruptedException e) {
                   Thread.currentThread().interrupt();
                   throw new RetryException(attemptNumber, attempt);
               }
           }
       }
   }

Retryer执行过程如下。

graph TB

    sq[Retryer] --> ci((call))

    subgraph Retrying
        rb>RetryerBuilder]-- build retryer<br/>with strategies --> ro

        di{Retryer:<br/>using callable whith <br/>strategies execute call...} -.->

                ro(<br>.retryIf...<br>.withWaitStrategy<br>.withStopStrategy<br>.withAttemptTimeLimiter<br>.withBlockStrategy<br>.withRetryListene)

        di==>ro2(Attempt: get the result)
    end

     classDef green fill:#9f6,stroke:#333,stroke-width:2px;
     classDef orange fill:#f96,stroke:#333,stroke-width:4px;
     class sq,e green
     class di orange

guava-retrying高级用法

基于guava-retrying的实现原理，我们可以根据实际业务来确定自己的重试策略。

下面以数据同步这种常规系统业务为例，自定义重试策略。

如下实现基于Spring Boot 2.1.2.RELEASE版本。

并使用Lombok简化Bean。

<dependency>
     <groupId>org.projectlombok</groupId>
     <artifactId>lombok</artifactId>
     <optional>true</optional>
</dependency>

业务描述

当商品创建以后，需要另外设置商品的价格。由于两个操作是有两个人进行的，因此会出现如下问题，即商品没有创建，但是价格数据却已经建好了。遇到这种情况，价格数据需要等待商品正常创建以后，继续完成同步。

我们通过一个http请求进行商品的创建，同时通过一个定时器来修改商品的价格。

当商品不存在，或者商品的数量小于1的时候，商品的价格不能设置。需要等商品成功创建且数量大于0的时候，才能将商品的价格设置成功。

实现过程

自定义重试阻塞策略

默认的阻塞策略是线程休眠，这里使用自旋锁实现，不阻塞线程。

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.strategy;

import com.github.rholder.retry.BlockStrategy;
import lombok.NoArgsConstructor;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.time.Duration;
import java.time.LocalDateTime;

/**
 * 自旋锁的实现, 不响应线程中断
 */
@Slf4j
@NoArgsConstructor
public class SpinBlockStrategy implements BlockStrategy {

    @Override
    public void block(long sleepTime) throws InterruptedException {

        LocalDateTime startTime = LocalDateTime.now();

        long start = System.currentTimeMillis();
        long end = start;
        log.info("[SpinBlockStrategy]...begin wait.");

        while (end - start <= sleepTime) {
            end = System.currentTimeMillis();
        }

        //使用Java8新增的Duration计算时间间隔
        Duration duration = Duration.between(startTime, LocalDateTime.now());

        log.info("[SpinBlockStrategy]...end wait.duration={}", duration.toMillis());

    }
}

自定义重试监听器

RetryListener可以监控多次重试过程，并可以使用attempt做一些额外的事情。

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.listener;

import com.github.rholder.retry.Attempt;
import com.github.rholder.retry.RetryListener;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class RetryLogListener implements RetryListener {

    @Override
    public <V> void onRetry(Attempt<V> attempt) {

        // 第几次重试,(注意:第一次重试其实是第一次调用)
        log.info("retry time : [{}]", attempt.getAttemptNumber());

        // 距离第一次重试的延迟
        log.info("retry delay : [{}]", attempt.getDelaySinceFirstAttempt());

        // 重试结果: 是异常终止, 还是正常返回
        log.info("hasException={}", attempt.hasException());
        log.info("hasResult={}", attempt.hasResult());

        // 是什么原因导致异常
        if (attempt.hasException()) {
            log.info("causeBy={}" , attempt.getExceptionCause().toString());
        } else {
            // 正常返回时的结果
            log.info("result={}" , attempt.getResult());
        }

        log.info("log listen over.");

    }
}

自定义Exception

有些异常需要重试，有些不需要。

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.exception;

/**
 * 当抛出这个异常的时候，表示需要重试
 */
public class NeedRetryException extends Exception {

    public NeedRetryException(String message) {
        super("NeedRetryException can retry."+message);
    }

}

实现具体重试业务与Callable接口

使用call方法调用自己的业务。

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.model;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;

import java.math.BigDecimal;

/**
 * 商品model
 */
@Data
@AllArgsConstructor
public class Product {

    private Long id;

    private String name;

    private Integer count;

    private BigDecimal price;

}

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.repository;

import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.model.Product;
import org.springframework.stereotype.Repository;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

/**
 * 商品DAO
 */
@Repository
public class ProductRepository {

    private static ConcurrentHashMap<Long,Product> products=new  ConcurrentHashMap();

    private static AtomicLong ids=new AtomicLong(0);

    public List<Product> findAll(){
        return new ArrayList<>(products.values());
    }

    public Product findById(Long id){
        return products.get(id);
    }

    public Product updatePrice(Long id, BigDecimal price){
        Product p=products.get(id);
        if (null==p){
            return p;
        }
        p.setPrice(price);
        return p;
    }

    public Product addProduct(Product product){
        Long id=ids.addAndGet(1);
        product.setId(id);
        products.put(id,product);
        return product;
    }

}

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.service;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.exception.NeedRetryException;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.model.Product;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.repository.ProductRepository;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.math.BigDecimal;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.Callable;

/**
 * 业务方法实现
 */
@Component
@Slf4j
public class ProductInformationHander implements Callable<Boolean> {

    @Autowired
    private ProductRepository pRepo;

    private static Map<Long, BigDecimal> prices = new HashMap<>();

    static {
        prices.put(1L, new BigDecimal(100));
        prices.put(2L, new BigDecimal(200));
        prices.put(3L, new BigDecimal(300));
        prices.put(4L, new BigDecimal(400));
        prices.put(8L, new BigDecimal(800));
        prices.put(9L, new BigDecimal(900));
    }

    @Override
    public Boolean call() throws Exception {

        log.info("sync price begin,prices size={}", prices.size());

        for (Long id : prices.keySet()) {
            Product product = pRepo.findById(id);

            if (null == product) {
                throw new NeedRetryException("can not find product by id=" + id);
            }
            if (null == product.getCount() || product.getCount() < 1) {
                throw new NeedRetryException("product count is less than 1, id=" + id);
            }

            Product updatedP = pRepo.updatePrice(id, prices.get(id));
            if (null == updatedP) {
                return false;
            }

            prices.remove(id);
        }

        log.info("sync price over,prices size={}", prices.size());

        return true;
    }

}

构造重试器Retryer

将上面的实现作为参数，构造Retryer。

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.service;

import com.github.rholder.retry.*;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.exception.NeedRetryException;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.listener.RetryLogListener;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.strategy.SpinBlockStrategy;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 构造重试器
 */
@Component
public class ProductRetryerBuilder {

    public Retryer build() {
        //定义重试机制
        Retryer<Boolean> retryer = RetryerBuilder.<Boolean>newBuilder()

                //retryIf 重试条件
                //.retryIfException()
                //.retryIfRuntimeException()
                //.retryIfExceptionOfType(Exception.class)
                //.retryIfException(Predicates.equalTo(new Exception()))
                //.retryIfResult(Predicates.equalTo(false))
                .retryIfExceptionOfType(NeedRetryException.class)

                //等待策略：每次请求间隔1s
                .withWaitStrategy(WaitStrategies.fixedWait(1, TimeUnit.SECONDS))

                                //停止策略 : 尝试请求3次
                .withStopStrategy(StopStrategies.stopAfterAttempt(3))

                //时间限制 : 某次请求不得超过2s , 类似: TimeLimiter timeLimiter = new SimpleTimeLimiter();
                .withAttemptTimeLimiter(AttemptTimeLimiters.fixedTimeLimit(2, TimeUnit.SECONDS))

                //默认的阻塞策略：线程睡眠
                //.withBlockStrategy(BlockStrategies.threadSleepStrategy())
                //自定义阻塞策略：自旋锁
                .withBlockStrategy(new SpinBlockStrategy())

                //自定义重试监听器
                .withRetryListener(new RetryLogListener())

                .build();

        return retryer;

    }
}

与定时任务结合执行Retryer

定时任务只需要跑一次，但是实际上实现了所有的重试策略。这样大大简化了定时器的设计。

首先使用@EnableScheduling声明项目支持定时器注解。

@SpringBootApplication
@EnableScheduling
public class DemoRetryerApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoRetryerApplication.class, args);
    }
}

package net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.task;

import com.github.rholder.retry.Retryer;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.service.ProductInformationHander;
import net.ijiangtao.tech.framework.spring.ispringboot.demo.retryer.guava.service.ProductRetryerBuilder;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.scheduling.annotation.Scheduled;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
* 商品信息定时器
*/
@Component
public class ProductScheduledTasks {

    @Autowired
    private ProductRetryerBuilder builder;

    @Autowired
    private ProductInformationHander hander;

    /**
     * 同步商品价格定时任务
     * @Scheduled(fixedDelay = 30000) ：上一次执行完毕时间点之后30秒再执行
     */
    @Scheduled(fixedDelay = 30*1000)
    public void syncPrice() throws Exception{
        Retryer retryer=builder.build();
        retryer.call(hander);
    }

}

执行结果：由于并没有商品，因此重试以后，抛出异常。

2019-二月-28 14:37:52.667 INFO  [scheduling-1] n.i.t.f.s.i.d.r.g.l.RetryLogListener - log listen over.
2019-二月-28 14:37:52.672 ERROR [scheduling-1] o.s.s.s.TaskUtils$LoggingErrorHandler - Unexpected error occurred in scheduled task.
com.github.rholder.retry.RetryException: Retrying failed to complete successfully after 3 attempts.
    at com.github.rholder.retry.Retryer.call(Retryer.java:174)

你也可以增加一些商品数据，看一下重试成功的效果。

完整示例代码在这里。

使用中遇到的问题

Guava版本冲突

由于项目中依赖的guava版本过低，启动项目时出现了如下异常。

java.lang.NoSuchMethodError: com.google.common.util.concurrent.MoreExecutors.sameThreadExecutor()Lcom/google/common/util/concurrent/ListeningExecutorService;
 at org.apache.curator.framework.listen.ListenerContainer.addListener(ListenerContainer.java:41)
 at com.bzn.curator.ZkOperator.getZkClient(ZkOperator.java:207)
 at com.bzn.curator.ZkOperator.checkExists(ZkOperator.java:346)
 at com.bzn.curator.watcher.AbstractWatcher.initListen(AbstractWatcher.java:87)
 at com.bzn.web.listener.NebulaSystemInitListener.initZkWatcher(NebulaSystemInitListener.java:84)
 at com.bzn.web.listener.NebulaSystemInitListener.contextInitialized(NebulaSystemInitListener.java:33)
 at org.apache.catalina.core.StandardContext.listenerStart(StandardContext.java:4939)
 at org.apache.catalina.core.StandardContext.startInternal(StandardContext.java:5434)
 at org.apache.catalina.util.LifecycleBase.start(LifecycleBase.java:150)
 at org.apache.catalina.core.ContainerBase$StartChild.call(ContainerBase.java:1559)
 at org.apache.catalina.core.ContainerBase$StartChild.call(ContainerBase.java:1549)
 at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149)
 at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

因此，要排除项目中低版本的guava依赖。

<exclusion>
 <groupId>com.google.guava</groupId>
 <artifactId>guava</artifactId>
</exclusion>

同时，由于Guava在新版本中移除了sameThreadExecutor方法，但目前项目中的ZK需要此方法，因此需要手动设置合适的guava版本。

果然，在19.0版本中MoreExecutors的此方法依然存在，只是标注为过期了。

  @Deprecated
  @GwtIncompatible("TODO")
  public static ListeningExecutorService sameThreadExecutor() {
    return new DirectExecutorService();
  }

声明依赖的guava版本改为19.0即可。

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.google.guava/guava -->
<dependency>
 <groupId>com.google.guava</groupId>
 <artifactId>guava</artifactId>
 <version>19.0</version>
</dependency>

动态调节重试策略

在实际使用过程中，有时经常需要调整重试的次数、等待的时间等重试策略，因此，将重试策略的配置参数化保存，可以动态调节。

例如在秒杀、双十一购物节等时期增加等待的时间与重试次数，以保证错峰请求。在平时，可以适当减少等待时间和重试次数。

对于系统关键性业务，如果多次重试步成功，可以通过RetryListener进行监控与报警。

links:

author: ijiangtao

重试利器之Guava Retrying

重试的使用场景

如何优雅地设计重试实现

guava-retrying基础用法

guava-retrying实现原理

guava-retrying高级用法

业务描述

实现过程

使用中遇到的问题

Guava版本冲突

动态调节重试策略

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