1. 熔断机制概述

1.1 什么是熔断

熔断（Circuit Breaker）是一种重要的服务容错机制，其设计思想来源于电路系统中的保险丝。在分布式系统中，当某个服务出现故障或响应过慢时，熔断器能够快速失败，防止故障蔓延到整个系统，避免雪崩效应的发生。

1.2 为什么需要熔断

在微服务架构中，服务之间的调用关系复杂且频繁。考虑以下场景：

用户服务 → 订单服务 → 库存服务 → 数据库

如果库存服务因数据库故障而响应缓慢，会导致：

订单服务线程被大量占用等待响应
用户服务随之受到影响
整个调用链路上的服务都可能被拖垮

熔断器通过快速失败和自动恢复机制解决了这个问题。

2. 熔断器工作原理

2.1 状态机模型

熔断器通常包含三种状态，其状态转换如下图所示：

2.1.1 CLOSED（关闭状态）

默认状态，允许请求通过
持续监控请求的成功/失败率
当失败率超过阈值时，切换到OPEN状态

2.1.2 OPEN（打开状态）

熔断状态，所有请求被立即拒绝
经过设定的超时时间后，自动进入HALF-OPEN状态

2.1.3 HALF-OPEN（半开状态）

试探状态，允许少量测试请求通过
如果测试请求成功，切回CLOSED状态
如果测试请求失败，返回OPEN状态

2.2 核心参数说明

参数	默认值	说明
failureThreshold	50%	失败率阈值，超过则触发熔断
waitDuration	60秒	OPEN状态持续时间
permittedCalls	10	HALF-OPEN状态允许的测试请求数
slidingWindowSize	100	统计时间窗口大小
minimumNumberOfCalls	10	最小调用次数才开始统计

3. Resilience4j 熔断器实战

3.1 环境准备

Maven依赖

<dependency>
    <groupId>io.github.resilience4j</groupId>
    <artifactId>resilience4j-spring-boot2</artifactId>
    <version>2.0.2</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

基础配置

resilience4j:
  circuitbreaker:
    instances:
      orderService:
        registerHealthIndicator: true
        failureRateThreshold: 50
        waitDurationInOpenState: 10s
        permittedNumberOfCallsInHalfOpenState: 3
        slidingWindowType: COUNT_BASED
        slidingWindowSize: 10
        minimumNumberOfCalls: 5

3.2 注解方式实现熔断

服务接口定义

public interface OrderService {
    /**
     * 创建订单
     */
    Order createOrder(CreateOrderRequest request);
    
    /**
     * 获取订单详情
     */
    Order getOrderDetail(String orderId);
}

服务实现类

@Service
@Slf4j
public class OrderServiceImpl implements OrderService {
    
    @Autowired
    private InventoryServiceClient inventoryService;
    
    @Override
    @CircuitBreaker(name = "orderService", fallbackMethod = "createOrderFallback")
    public Order createOrder(CreateOrderRequest request) {
        log.info("开始创建订单: {}", request);
        
        // 检查库存
        InventoryCheckResult result = inventoryService.checkInventory(
            request.getProductId(), 
            request.getQuantity()
        );
        
        if (!result.isAvailable()) {
            throw new BusinessException("库存不足");
        }
        
        // 创建订单逻辑
        Order order = buildOrder(request);
        // 保存订单
        order = orderRepository.save(order);
        
        log.info("订单创建成功: {}", order.getOrderId());
        return order;
    }
    
    /**
     * 熔断降级方法
     */
    private Order createOrderFallback(CreateOrderRequest request, Exception e) {
        log.warn("订单服务熔断降级, 请求: {}, 异常: {}", request, e.getMessage());
        
        // 返回降级结果
        return Order.builder()
                .orderId("FALLBACK-" + System.currentTimeMillis())
                .status(OrderStatus.FAILED)
                .message("系统繁忙，请稍后重试")
                .build();
    }
    
    @Override
    @CircuitBreaker(name = "orderService", fallbackMethod = "getOrderDetailFallback")
    public Order getOrderDetail(String orderId) {
        log.info("查询订单详情: {}", orderId);
        return orderRepository.findById(orderId)
                .orElseThrow(() -> new OrderNotFoundException("订单不存在"));
    }
    
    private Order getOrderDetailFallback(String orderId, Exception e) {
        log.warn("订单查询熔断降级, 订单ID: {}", orderId);
        return Order.builder()
                .orderId(orderId)
                .status(OrderStatus.UNKNOWN)
                .message("系统繁忙，暂时无法获取订单详情")
                .build();
    }
}

3.3 编程方式实现熔断

@Service
@Slf4j
public class PaymentService {
    
    @Autowired
    private CircuitBreakerRegistry circuitBreakerRegistry;
    
    @Autowired
    private PaymentClient paymentClient;
    
    private final CircuitBreaker circuitBreaker;
    
    public PaymentService(CircuitBreakerRegistry circuitBreakerRegistry) {
        this.circuitBreaker = circuitBreakerRegistry.circuitBreaker("paymentService");
    }
    
    /**
     * 执行支付
     */
    public PaymentResult processPayment(PaymentRequest request) {
        // 使用Supplier包装受保护的方法
        Supplier<PaymentResult> paymentSupplier = CircuitBreaker.decorateSupplier(
            circuitBreaker, 
            () -> paymentClient.process(request)
        );
        
        // 添加降级逻辑
        Try<PaymentResult> result = Try.ofSupplier(paymentSupplier)
            .recover(throwable -> {
                log.error("支付服务调用失败，执行降级逻辑", throwable);
                return buildFallbackPaymentResult(request);
            });
            
        return result.get();
    }
    
    /**
     * 获取熔断器状态信息
     */
    public CircuitBreaker.Metrics getMetrics() {
        return circuitBreaker.getMetrics();
    }
    
    /**
     * 获取当前状态
     */
    public CircuitBreaker.State getState() {
        return circuitBreaker.getState();
    }
    
    private PaymentResult buildFallbackPaymentResult(PaymentRequest request) {
        return PaymentResult.builder()
                .paymentId("FALLBACK-" + System.currentTimeMillis())
                .status(PaymentStatus.PENDING)
                .message("支付系统繁忙，请稍后查询支付状态")
                .amount(request.getAmount())
                .build();
    }
}

3.4 熔断器监控与管理

状态监控端点

@RestController
@RequestMapping("/circuit-breaker")
@Slf4j
public class CircuitBreakerMonitorController {
    
    @Autowired
    private CircuitBreakerRegistry circuitBreakerRegistry;
    
    /**
     * 获取所有熔断器状态
     */
    @GetMapping("/status")
    public Map<String, Object> getAllCircuitBreakerStatus() {
        Map<String, Object> statusMap = new HashMap<>();
        
        circuitBreakerRegistry.getAllCircuitBreakers().forEach((name, circuitBreaker) -> {
            Map<String, Object> info = new HashMap<>();
            info.put("state", circuitBreaker.getState().name());
            info.put("metrics", buildMetricsInfo(circuitBreaker.getMetrics()));
            statusMap.put(name, info);
        });
        
        return statusMap;
    }
    
    /**
     * 手动切换熔断器状态（用于测试和应急）
     */
    @PostMapping("/{name}/state")
    public String changeState(@PathVariable String name, 
                             @RequestParam String state) {
        CircuitBreaker circuitBreaker = circuitBreakerRegistry.circuitBreaker(name);
        
        switch (state.toUpperCase()) {
            case "CLOSED":
                circuitBreaker.transitionToClosedState();
                break;
            case "OPEN":
                circuitBreaker.transitionToOpenState();
                break;
            case "HALF_OPEN":
                circuitBreaker.transitionToHalfOpenState();
                break;
            default:
                return "无效的状态: " + state;
        }
        
        return "熔断器 " + name + " 状态已切换为: " + state;
    }
    
    private Map<String, Object> buildMetricsInfo(CircuitBreaker.Metrics metrics) {
        Map<String, Object> metricsInfo = new HashMap<>();
        metricsInfo.put("failureRate", metrics.getFailureRate());
        metricsInfo.put("bufferedCalls", metrics.getNumberOfBufferedCalls());
        metricsInfo.put("failedCalls", metrics.getNumberOfFailedCalls());
        metricsInfo.put("successfulCalls", metrics.getNumberOfSuccessfulCalls());
        metricsInfo.put("notPermittedCalls", metrics.getNumberOfNotPermittedCalls());
        return metricsInfo;
    }
}

4. 高级特性与最佳实践

4.1 异常分类配置

@Configuration
public class CircuitBreakerConfig {
    
    @Bean
    public CircuitBreakerConfigCustomizer orderServiceCircuitBreakerConfig() {
        return CircuitBreakerConfigCustomizer
            .of("orderService", builder -> builder
                .ignoreExceptions(BusinessException.class) // 业务异常不触发熔断
                .recordExceptions(TimeoutException.class, 
                                ServiceUnavailableException.class) // 特定异常触发熔断
                .slidingWindowType(SlidingWindowType.TIME_BASED)
                .slidingWindowSize(10)
            );
    }
}

4.2 组合使用其他容错模式

@Service
@Slf4j
public class RobustOrderService {
    
    @Autowired
    private InventoryServiceClient inventoryService;
    
    /**
     * 组合使用：重试 + 熔断 + 超时
     */
    @Retry(name = "orderService", fallbackMethod = "createOrderFallback")
    @CircuitBreaker(name = "orderService", fallbackMethod = "createOrderFallback")
    @TimeLimiter(name = "orderService", fallbackMethod = "createOrderFallback")
    @Bulkhead(name = "orderService", fallbackMethod = "createOrderFallback")
    public CompletableFuture<Order> createOrderRobustly(CreateOrderRequest request) {
        return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            // 业务逻辑
            InventoryCheckResult result = inventoryService.checkInventory(
                request.getProductId(), 
                request.getQuantity()
            );
            
            if (!result.isAvailable()) {
                throw new BusinessException("库存不足");
            }
            
            return buildAndSaveOrder(request);
        });
    }
    
    private Order createOrderFallback(CreateOrderRequest request, Exception e) {
        log.warn("订单创建全面降级, 异常类型: {}", e.getClass().getSimpleName());
        
        // 根据不同的异常类型提供不同的降级策略
        if (e instanceof TimeoutException) {
            return buildTimeoutFallbackOrder(request);
        } else if (e instanceof CallNotPermittedException) {
            return buildCircuitBreakerOpenFallbackOrder(request);
        } else {
            return buildGenericFallbackOrder(request);
        }
    }
}

4.3 测试策略

单元测试示例

@ExtendWith(SpringExtension.class)
@SpringBootTest
public class OrderServiceCircuitBreakerTest {
    
    @Autowired
    private OrderService orderService;
    
    @MockBean
    private InventoryServiceClient inventoryService;
    
    @Test
    public void testCircuitBreakerOpensWhenFailureThresholdExceeded() {
        // 模拟服务调用连续失败
        when(inventoryService.checkInventory(anyString(), anyInt()))
            .thenThrow(new RuntimeException("服务不可用"));
        
        // 连续调用，触发熔断
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                orderService.createOrder(buildTestRequest());
            } catch (Exception e) {
                // 预期异常
            }
        }
        
        // 验证熔断器是否打开
        // 这里可以添加状态验证逻辑
    }
    
    @Test
    public void testFallbackMethodInvokedWhenCircuitBreakerOpen() {
        // 强制熔断器进入OPEN状态
        // 然后调用服务，验证降级方法是否执行
    }
}

5. 生产环境注意事项

5.1 参数调优建议

resilience4j:
  circuitbreaker:
    configs:
      default:
        failureRateThreshold: 60          # 根据业务容忍度调整
        waitDurationInOpenState: 30s      # 根据下游服务恢复时间调整
        permittedNumberOfCallsInHalfOpenState: 5
        slidingWindowSize: 20
        minimumNumberOfCalls: 10
        slowCallRateThreshold: 30         # 慢调用比例阈值
        slowCallDurationThreshold: 2s     # 慢调用时间阈值
    
    instances:
      criticalService:
        baseConfig: default
        failureRateThreshold: 40          # 核心服务使用更严格的阈值
      normalService:
        baseConfig: default
        failureRateThreshold: 60

5.2 监控与告警

@Component
@Slf4j
public class CircuitBreakerEventListener {
    
    @EventListener
    public void onStateChange(CircuitBreakerOnStateTransitionEvent event) {
        log.warn("熔断器状态变更: {} -> {} -> {}", 
                event.getCircuitBreakerName(),
                event.getStateTransition().getFromState(),
                event.getStateTransition().getToState());
        
        // 发送告警通知
        if (event.getStateTransition().getToState() == CircuitBreaker.State.OPEN) {
            sendAlert(event.getCircuitBreakerName(), "熔断器已打开");
        }
    }
    
    @EventListener
    public void onCallNotPermitted(CircuitBreakerOnCallNotPermittedEvent event) {
        log.warn("请求被熔断器拒绝: {}", event.getCircuitBreakerName());
        // 记录被拒绝的请求，用于容量规划
        metricsService.recordRejectedCall(event.getCircuitBreakerName());
    }
    
    private void sendAlert(String circuitBreakerName, String message) {
        // 集成告警系统
        alertService.sendAlert(
            String.format("【熔断器告警】%s: %s", circuitBreakerName, message)
        );
    }
}

6. 总结

熔断机制是微服务架构中至关重要的稳定性保障手段。通过本文的学习，你应该掌握：

熔断器的工作原理：理解三种状态及其转换条件
Resilience4j实战：掌握注解式和编程式两种实现方式
高级特性：异常分类、组合容错模式等高级用法
生产实践：参数调优、监控告警等生产环境注意事项

合理配置和使用熔断器，能够显著提升系统的韧性和可用性，在部分服务故障时保障核心业务的正常运行。

关键要点记住：

熔断是为了防止雪崩效应，不是解决根本问题
合理设置参数，避免过于敏感或迟钝
一定要有降级策略，给用户友好的反馈
完善的监控是熔断器发挥价值的前提

《服务治理》流量治理：熔断机制详解与实践

1. 熔断机制概述

1.1 什么是熔断

1.2 为什么需要熔断

2. 熔断器工作原理

2.1 状态机模型

2.1.1 CLOSED（关闭状态）

2.1.2 OPEN（打开状态）

2.1.3 HALF-OPEN（半开状态）

2.2 核心参数说明

3. Resilience4j 熔断器实战

3.1 环境准备

Maven依赖

基础配置

3.2 注解方式实现熔断

服务接口定义

服务实现类

3.3 编程方式实现熔断

3.4 熔断器监控与管理

状态监控端点

4. 高级特性与最佳实践

4.1 异常分类配置

4.2 组合使用其他容错模式

4.3 测试策略

单元测试示例

5. 生产环境注意事项

5.1 参数调优建议

5.2 监控与告警

6. 总结

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《服务治理》流量治理：熔断机制详解与实践

1. 熔断机制概述

1.1 什么是熔断

1.2 为什么需要熔断

2. 熔断器工作原理

2.1 状态机模型

2.1.1 CLOSED（关闭状态）

2.1.2 OPEN（打开状态）

2.1.3 HALF-OPEN（半开状态）

2.2 核心参数说明

3. Resilience4j 熔断器实战

3.1 环境准备

Maven依赖

基础配置

3.2 注解方式实现熔断

服务接口定义

服务实现类

3.3 编程方式实现熔断

3.4 熔断器监控与管理

状态监控端点

4. 高级特性与最佳实践

4.1 异常分类配置

4.2 组合使用其他容错模式

4.3 测试策略

单元测试示例

5. 生产环境注意事项

5.1 参数调优建议

5.2 监控与告警

6. 总结

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