SpringCloud面试之流量控制组件Sentinel详解

简介: SpringCloud面试之流量控制组件Sentinel详解

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。

1.1 解决雪崩问题的常见方式有四种

(1)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

(2)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。

(3)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,即拦截访问该业务的一切请求。

(4)流量控制:限制业务访问的QPS(每秒钟请求的数量),避免服务因流量突增而故障。

1.2 服务保护技术对比

1.3 Sentinel的作用

(1)流量控制:限制业务访问的QPS(每秒钟请求的数量),避免服务因流量突增而故障。

(2)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,即拦截访问该业务的一切请求。

(3)线程隔离:限定每个业务能使用的线程数,避免耗尽整个tomcat的资源

(4)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

2.Sentinel

(1)Sentinel是阿里巴巴开源的一款微服务流量控制组件。官网地址:https://sentinelguard.io/zh-cn/index.html

(2)Sentinel 具有以下特征:

①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。

②完备的实时监控:Sentinel 同时提供实时的监控功能。您可以在控制台中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。

③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。您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。

④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。

2.1 安装Sentinel控制台

(1)sentinel官方提供了UI控制台,方便我们对系统做限流设置。

(2)启动命令:java -jar sentinel-dashboard-1.8.1.jar

(3)访问:输入localhost:8080即可看到控制台,默认的账号和密码都是sentinel

(3)如果要修改Sentinel的默认端口、账户、密码,可以通过下列配置,修改例子如下:

2.2 微服务整合Sentinel

(1)引入sentinel依赖:

(2)配置控制台地址:

(3)访问微服务的任意端点(任意controller接口都是端点),才会触发sentinel监控

2.3 簇点链路

(1)簇点链路:就是项目内的调用链路(controller-service-mapper就是一个链路),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:

(2)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。针对来源default是所有来源。

2.3.1 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:

(1)直接:统计当前资源的请求,触发阈值时对当前资源直接限流,也是默认的模式

(2)关联: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

(3)链路:统计从指定链路访问到本资源的请求,触发阈值时,对指定链路限流

2.3.1.1 流控模式-直接

对当前资源限流

2.3.1.2 流控模式-关联

(1)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

(2)使用场景:两个有竞争关系的资源,一个优先级较高,一个优先级较低(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)

(3)例子:

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。(对谁限流就修改谁的流控)

2.3.1.3 流控模式-链路

(1)链路模式:只针对从指定链路访问到本资源的请求做统计,判断是否超过阈值。

(2)例如有两条请求链路:

①/test1/common

②/test2/common

如果只希望统计从/test2进入到/common的请求,则可以这样配置:

(3)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:

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

2.3.1.4 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:

(1)快速失败:达到阈值后,新的请求会被立即拒绝并抛出FlowException异常。是默认的处理方式。

(2)warm up:预热模式,对超出阈值的请求同样是拒绝并抛出异常。但这种模式阈值会动态变化,从一个较小值逐渐增加到最大阈值。

(3)排队等待:让所有的请求按照先后次序排队执行,两个请求的间隔不能小于指定时长

2.3.1.4.1 流控效果-warm up

(1)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(最大阈值)/coldFactor(冷启动因子),持续指定时长后,逐渐提高到threshold值。而coldFactor的默认值是3.

(2)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.

2.3.1.4.2 流控效果-排队等待

(1)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。

(2)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

2.4 热点参数限流

(1)配置

(2)注意:热点参数限流对默认的SpringMVC资源无效,需要利用@SentinelResource注解标记资源

2.5 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。

2.5.1 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

(2)给FeignClient编写失败后的降级逻辑

①方式一:FallbackClass,无法对远程调用的异常做处理

②方式二:FallbackFactory,可以对远程调用的异常做处理,我们选择这种

(3)步骤

①步骤一:在feing-api项目中定义类,实现FallbackFactory:

②步骤二:在feing-api项目中的DefaultFeignConfiguration类中将UserClientFallbackFactory注册为一个Bean

③步骤三:在feing-api项目中的UserClient接口中使用UserClientFallbackFactory

2.5.2 线程隔离

(1)线程隔离有两种方式实现:

①线程池隔离:给每个被隔离的业务创建一个独立线程池。

a.优点:隔离性能较好;支持主动超时(使用独立的线程,可以主动终止线程);支持异步调用(因为是独立的线程)

b.缺点:线程数量会成倍增长,线程的额外开销较大,并且会造成CPU上下文切换,整体性能会下降。

c.低扇出(是指该模块直接调用的下级模块的个数)

②信号量隔离:使用一个线程池,限制每个业务使用的线程数量(Sentinel默认采用)

性能更好。基于计数器模式。

a.优点:无额外开销

b.缺点:不支持主动超时,不支持异步调用

c.场景:高扇出

(2)线程隔离实现

在添加限流规则时,可以选择两种阈值类型:

①QPS:就是每秒的请求数,就是选择了线程隔离方式

②线程数:是该资源能使用用的tomcat线程数的最大值。也就是通过限制线程数量,实现舱壁模式。

2.5.3 熔断降级

(1)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。

(2)断路器熔断策略有三种:慢调用、异常比例、异常数

①慢调用

a.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。

b.例如:

c.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。

②③异常比例或异常数:统计指定时间内的调用,如果调用次数超过指定请求数,并且出现异常的比例达到设定的比例阈值(或超过指定异常数),则触发熔断。例如:

c.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0.4,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。

2.6 授权规则

(1)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。

①白名单:来源(origin)在白名单内的调用者允许访问

②黑名单:来源(origin)在黑名单内的调用者不允许访问

(2)例如,我们限定只允许从网关来的请求访问order-service,浏览器来的禁止访问,那么流控应用中就填写网关的名称

①Sentinel是通过RequestOriginParser这个接口的parseOrigin来获取请求的来源的。

②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:

③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:

④给/order/{orderId} 配置授权规则:

2.7 自定义异常结果

(1)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:

(2)而BlockException包含很多个子类,分别对应不同的场景:

(3)例如:我们在order-service中定义类,实现BlockExceptionHandler接口:

2.8 规则持久化

2.8.1 规则管理模式

(1)Sentinel的三种配置管理模式

①原始模式:保存在内存

②pull模式:保存在本地文件或数据库,定时去读取,因为是定时存在数据一致性问题

③push模式:保存在nacos,监听变更实时更新

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