【设计模式】JAVA Design Patterns——Circuit Breaker(断路器模式)

简介: 【设计模式】JAVA Design Patterns——Circuit Breaker(断路器模式)

🔍目的


以这样一种方式处理昂贵的远程服务调用,即单个服务/组件的故障不会导致整个应用程序宕机,我们可以尽快重新连接到服务


🔍解释


真实世界例子

想象一个 Web 应用程序,它同时具有用于获取数据的本地文件/图像和远程服务。 这些远程服务有时可能健康且响应迅速,或者由于各种原因可能在某 个时间点变得缓慢和无响应。因此,如果其中一个远程服务缓慢或未成功响应,我们的应用程序将尝试使用多个线程/进程从远程服务获取响应,很快它们都会挂起(也称为 [线程饥饿]thread starvationopen in new window)导致我们的整个 Web 应用程序崩溃。我们应该能够检测到这种情况并向用户显示适当的消息,以便他/她可以探索不受远程服务故障影响的应用程序的其他部分。 同时,其他正常工作的服务应保持正常运行,不受此故障的影响。


通俗描述

断路器允许优雅地处理失败的远程服务。当我们应用程序的所有部分彼此高度解耦时,它特别有用,一个组件的故障并不意味着其他部分将停止工作。


维基百科

断路器是现代软件开发中使用的一种设计模式。 它用于检测故障并封装防止故障不断重复发生、维护期间、临时外部系统故障或意外系统困难的逻辑。


程序示例

So, how does this all come together? With the above example in mind we will imitate the functionality in a simple example. A monitoring service mimics the web app and makes both local and remote calls.

在一个简单的例子中模仿这个功能。 监控服务模仿 Web 应用程序并进行本地和远程调用。

最终用户程序

@Slf4j
public class App {
 
  private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(App.class);
 
  /**
   * Program entry point.
   *
   * @param args command line args
   */
  public static void main(String[] args) {
 
    var serverStartTime = System.nanoTime();
 
    var delayedService = new DelayedRemoteService(serverStartTime, 5);
    var delayedServiceCircuitBreaker = new DefaultCircuitBreaker(delayedService, 3000, 2,
        2000 * 1000 * 1000);
 
    var quickService = new QuickRemoteService();
    var quickServiceCircuitBreaker = new DefaultCircuitBreaker(quickService, 3000, 2,
        2000 * 1000 * 1000);
 
    // 创建一个可以进行本地和远程调用的监控服务对象
    var monitoringService = new MonitoringService(delayedServiceCircuitBreaker,
        quickServiceCircuitBreaker);
 
    // 获取本地资源
    LOGGER.info(monitoringService.localResourceResponse());
 
    // 从延迟服务中获取响应 2 次,以满足失败阈值
    LOGGER.info(monitoringService.delayedServiceResponse());
    LOGGER.info(monitoringService.delayedServiceResponse());
 
    // 在超过故障阈值限制后获取延迟服务断路器的当前状态
    // 现在是打开状态
    LOGGER.info(delayedServiceCircuitBreaker.getState());
 
     // 同时,延迟服务宕机,从健康快速服务获取响应
    LOGGER.info(monitoringService.quickServiceResponse());
    LOGGER.info(quickServiceCircuitBreaker.getState());
 
    // 等待延迟的服务响应
    try {
      LOGGER.info("Waiting for delayed service to become responsive");
      Thread.sleep(5000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    // 检查延时断路器的状态,应该是HALF_OPEN
    LOGGER.info(delayedServiceCircuitBreaker.getState());
 
    // 从延迟服务中获取响应,现在应该是健康的
    LOGGER.info(monitoringService.delayedServiceResponse());
    // 获取成功响应后,它的状态应该是关闭。
    LOGGER.info(delayedServiceCircuitBreaker.getState());
  }
}


监控服务类

public class MonitoringService {
 
  private final CircuitBreaker delayedService;
 
  private final CircuitBreaker quickService;
 
  public MonitoringService(CircuitBreaker delayedService, CircuitBreaker quickService) {
    this.delayedService = delayedService;
    this.quickService = quickService;
  }
 
  // 假设:本地服务不会失败,无需将其包装在断路器逻辑中
  public String localResourceResponse() {
    return "Local Service is working";
  }
 
  /**
   * Fetch response from the delayed service (with some simulated startup time).
   *
   * @return response string
   */
  public String delayedServiceResponse() {
    try {
      return this.delayedService.attemptRequest();
    } catch (RemoteServiceException e) {
      return e.getMessage();
    }
  }
 
  /**
   * Fetches response from a healthy service without any failure.
   *
   * @return response string
   */
  public String quickServiceResponse() {
    try {
      return this.quickService.attemptRequest();
    } catch (RemoteServiceException e) {
      return e.getMessage();
    }
  }
}


直接调用获取本地资源,但它将对远程(昂贵)服务的调用包装在断路器对象中,防止故障如下:

public class DefaultCircuitBreaker implements CircuitBreaker {
 
    private final long timeout;
    private final long retryTimePeriod;
    private final RemoteService service;
    long lastFailureTime;
    private String lastFailureResponse;
    int failureCount;
    private final int failureThreshold;
    private State state;
    private final long futureTime = 1000 * 1000 * 1000 * 1000;
 
    /**
     * Constructor to create an instance of Circuit Breaker.
     *
     * @param timeout          Timeout for the API request. Not necessary for this simple example
     * @param failureThreshold Number of failures we receive from the depended service before changing
     *                         state to 'OPEN'
     * @param retryTimePeriod  Time period after which a new request is made to remote service for
     *                         status check.
     */
    DefaultCircuitBreaker(RemoteService serviceToCall, long timeout, int failureThreshold,
                          long retryTimePeriod) {
        this.service = serviceToCall;
        //  我们从关闭状态开始希望一切都是正常的
        this.state = State.CLOSED;
        this.failureThreshold = failureThreshold;
        // API的超时时间.
        // 用于在超过限制时中断对远程资源的调用
        this.timeout = timeout;
        this.retryTimePeriod = retryTimePeriod;
        //An absurd amount of time in future which basically indicates the last failure never happened
        this.lastFailureTime = System.nanoTime() + futureTime;
        this.failureCount = 0;
    }
 
    // 重置所有
    @Override
    public void recordSuccess() {
        this.failureCount = 0;
        this.lastFailureTime = System.nanoTime() + futureTime;
        this.state = State.CLOSED;
    }
 
    @Override
    public void recordFailure(String response) {
        failureCount = failureCount + 1;
        this.lastFailureTime = System.nanoTime();
        // Cache the failure response for returning on open state
        this.lastFailureResponse = response;
    }
 
    // 根据 failureThreshold、failureCount 和 lastFailureTime 评估当前状态。
    protected void evaluateState() {
        if (failureCount >= failureThreshold) { //Then something is wrong with remote service
            if ((System.nanoTime() - lastFailureTime) > retryTimePeriod) {
                // 我们已经等得够久了,应该尝试检查服务是否已启动
                state = State.HALF_OPEN;
            } else {
                // 服务可能仍会出现故障
                state = State.OPEN;
            }
        } else {
            // 一切正常
            state = State.CLOSED;
        }
    }
 
    @Override
    public String getState() {
        evaluateState();
        return state.name();
    }
 
    /**
     * Break the circuit beforehand if it is known service is down Or connect the circuit manually if
     * service comes online before expected.
     *
     * @param state State at which circuit is in
     */
    @Override
    public void setState(State state) {
        this.state = state;
        switch (state) {
            case OPEN -> {
                this.failureCount = failureThreshold;
                this.lastFailureTime = System.nanoTime();
            }
            case HALF_OPEN -> {
                this.failureCount = failureThreshold;
                this.lastFailureTime = System.nanoTime() - retryTimePeriod;
            }
            default -> this.failureCount = 0;
        }
    }
 
    /**
     * Executes service call.
     *
     * @return Value from the remote resource, stale response or a custom exception
     */
    @Override
    public String attemptRequest() throws RemoteServiceException {
        evaluateState();
        if (state == State.OPEN) {
            // 如果电路处于打开状态,则返回缓存的响应
            return this.lastFailureResponse;
        } else {
            // 如果电路未打开,则发出 API 请求
            try {
                //在实际应用程序中,这将在线程中运行,并且将利用断路器的超时参数来了解服务
                // 是否正在工作。 在这里,我们根据服务器响应本身模拟
                var response = service.call();
                // api 响应正常,重置所有。
                recordSuccess();
                return response;
            } catch (RemoteServiceException ex) {
                recordFailure(ex.getMessage());
                throw ex;
            }
        }
    }
}


我们可以通过上述实现这个有限状态机

1.使用某些参数初始化断路器对象:timeoutfailureThreshold retryTimePeriod,这有助于确定 API 的弹性。

2.最初,我们处于“关闭”状态,没有发生对 API 的远程调用。

3.每次调用成功时,我们都会将状态重置为开始时的状态。

4.如果失败次数超过某个阈值,我们将进入“open”状态,这就像开路一样,阻止远程服务调用,从而节省资源。 (这里,我们从 API 返回名为 stale response 的响应)

5.一旦超过重试超时时间,我们就会进入“半开”状态并再次调用远程服务以检查服务是否正常工作,以便我们可以提供新鲜内容。 失败将其设置回“打开”状态,并在重试超时时间后进行另一次尝试,而成功将其设置为“关闭”状态,以便一切重新开始正常工作


🔍类图


1a2a546463a04c39bc880ebf1e7cb5ba.png


🔍适用场景


在以下情况下使用断路器模式

  • 构建一个容错应用程序,其中某些服务的故障不应导致整个应用程序宕机。
  • 构建一个持续运行(永远在线)的应用程序,这样它的组件就可以在不完全关闭的情况下升级。

58510d0abb69413f9f8b624b86c19cf3.gif

相关文章
|
15天前
|
设计模式 安全 Java
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
|
2月前
|
设计模式 数据库连接 PHP
PHP中的设计模式:提升代码的可维护性与扩展性在软件开发过程中,设计模式是开发者们经常用到的工具之一。它们提供了经过验证的解决方案,可以帮助我们解决常见的软件设计问题。本文将介绍PHP中常用的设计模式,以及如何利用这些模式来提高代码的可维护性和扩展性。我们将从基础的设计模式入手,逐步深入到更复杂的应用场景。通过实际案例分析,读者可以更好地理解如何在PHP开发中应用这些设计模式,从而写出更加高效、灵活和易于维护的代码。
本文探讨了PHP中常用的设计模式及其在实际项目中的应用。内容涵盖设计模式的基本概念、分类和具体使用场景,重点介绍了单例模式、工厂模式和观察者模式等常见模式。通过具体的代码示例,展示了如何在PHP项目中有效利用设计模式来提升代码的可维护性和扩展性。文章还讨论了设计模式的选择原则和注意事项,帮助开发者在不同情境下做出最佳决策。
|
17天前
|
设计模式 开发者 Python
Python编程中的设计模式:工厂方法模式###
本文深入浅出地探讨了Python编程中的一种重要设计模式——工厂方法模式。通过具体案例和代码示例,我们将了解工厂方法模式的定义、应用场景、实现步骤以及其优势与潜在缺点。无论你是Python新手还是有经验的开发者,都能从本文中获得关于如何在实际项目中有效应用工厂方法模式的启发。 ###
|
10天前
|
设计模式 安全 Java
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
27 1
|
1月前
|
设计模式 Java Kotlin
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
本教程详细讲解Kotlin语法,适合希望深入了解Kotlin的开发者。对于快速学习Kotlin语法,推荐查看“简洁”系列教程。本文重点介绍了构建者模式在Kotlin中的应用与改良,包括如何使用具名可选参数简化复杂对象的创建过程,以及如何在初始化代码块中对参数进行约束和校验。
21 3
|
1月前
|
设计模式 安全 Java
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
Kotlin教程笔记(51) - 改良设计模式 - 构建者模式
34 0
|
2月前
|
设计模式 Java
Java设计模式-工厂方法模式(4)
Java设计模式-工厂方法模式(4)
|
2月前
|
设计模式 算法 安全
设计模式——模板模式
模板方法模式、钩子方法、Spring源码AbstractApplicationContext类用到的模板方法
设计模式——模板模式
|
2月前
|
设计模式 数据库连接 PHP
PHP中的设计模式:如何提高代码的可维护性与扩展性在软件开发领域,PHP 是一种广泛使用的服务器端脚本语言。随着项目规模的扩大和复杂性的增加,保持代码的可维护性和可扩展性变得越来越重要。本文将探讨 PHP 中的设计模式,并通过实例展示如何应用这些模式来提高代码质量。
设计模式是经过验证的解决软件设计问题的方法。它们不是具体的代码,而是一种编码和设计经验的总结。在PHP开发中,合理地使用设计模式可以显著提高代码的可维护性、复用性和扩展性。本文将介绍几种常见的设计模式,包括单例模式、工厂模式和观察者模式,并通过具体的例子展示如何在PHP项目中应用这些模式。
|
2月前
|
设计模式 Java Spring
spring源码设计模式分析-代理设计模式(二)
spring源码设计模式分析-代理设计模式(二)