基于Sentinel自研组件的系统限流、降级、负载保护最佳实践探索

发布时间:2025-05-17 09:25:01 作者:益华网络 来源:undefined 浏览量(1) 点赞(1)
摘要:一、Sentinel简介 Sentinel 以流量为切入点,从 流量控制、 熔断降级、 系统负载保护等多个维度保护服务的稳定性。 Sentinel 具有以下特征:

一、Sentinel简介

Sentinel 以流量为切入点,从 流量控制熔断降级系统负载保护等多个维度保护服务的稳定性。

Sentinel 具有以下特征:

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。

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。

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、Apache Dubbo、gRPC、Quarkus 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。同时 Sentinel 提供 Java/Go/C++ 等多语言的原生实现。

完善的 SPI 扩展机制: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。

有关Sentinel的详细介绍以及和Hystrix的区别可以自行网上检索,推荐一篇文章: https:// mp.weixin.qq.com/s/Q7Xv 8cypQFrrOQhbd9BOXw

本次主要使用了Sentinel的降级、限流、系统负载保护功能

二、Sentinel关键技术源码解析

无论是限流、降级、负载等控制手段,大致流程如下:

•StatisticSlot 则用于记录、统计不同维度的 runtime 指标监控信息

•责任链依次触发后续 slot 的 entry 方法,如 SystemSlot、FlowSlot、DegradeSlot 等的规则校验;

•当后续的 slot 通过,没有抛出 BlockException 异常,说明该资源被成功调用,则增加执行线程数和通过的请求数等信息。

关于数据统计,主要会牵扯到 ArrayMetric、BucketLeapArray、MetricBucket、WindowWrap 等类。

项目结构

以下主要分析core包里的内容

2.1注解入口

2.1.1 Entry、Context、Node

SphU门面类的方法出参都是Entry,Entry可以理解为每次进入资源的一个凭证,如果调用SphO.entry()或者SphU.entry()能获取Entry对象,代表获取了凭证,没有被限流,否则抛出一个BlockException。

Entry中持有本次对资源调用的相关信息:

•createTime:创建该Entry的时间戳。

•curNode:Entry当前是在哪个节点。

•orginNode:Entry的调用源节点。

•resourceWrapper:Entry关联的资源信息。

Entry是一个抽象类,CtEntry是Entry的实现,CtEntry持有Context和调用链的信息

Context的源码注释如下,

This class holds metadata of current invocation

Node的源码注释

Holds real-time statistics for resources

Node中保存了对资源的实时数据的统计,Sentinel中的限流或者降级等功能就是通过Node中的数据进行判断的。Node是一个接口,里面定义了各种操作request、exception、rt、qps、thread的方法。

在细看Node实现时,不难发现LongAddr的使用,关于LongAddr和DoubleAddr都是java8 java.util.concurrent.atomic里的内容,感兴趣的小伙伴可以再深入研究一下,这两个是高并发下计数功能 非常优秀

的数据结构,实际应用场景里需要计数时可以考虑使用。

关于Node的介绍后续还会深入,此处大致先提一下这个概念。

2.2 初始化

2.2.1 Context初始化

在初始化slot责任链部分前,还执行了context的初始化,里面涉及几个重要概念,需要解释一下:

可以发现在Context初始化的过程中,会把EntranceNode加入到Root子节点中(实际Root本身是一个特殊的EntranceNode),并把EntranceNode放到contextNameNodeMap中。

之前简单提到过Node,是用来统计数据用的,不同Node功能如下:

•Node:用于完成数据统计的接口

•StatisticNode:统计节点,是Node接口的实现类,用于完成数据统计

•EntranceNode:入口节点,一个Context会有一个入口节点,用于统计当前Context的总体流量数据

•DefaultNode:默认节点,用于统计一个资源在当前Context中的流量数据

•ClusterNode:集群节点,用于统计一个资源在所有Context中的总体流量数据

protected static Context trueEnter(String name, String origin) {         Context context = contextHolder.get();         if (context == null) {             Map<String, DefaultNode> localCacheNameMap = contextNameNodeMap;             DefaultNode node = localCacheNameMap.get(name);             if (node == null) {                 if (localCacheNameMap.size() > Constants.MAX_CONTEXT_NAME_SIZE) {                     setNullContext();                     return NULL_CONTEXT;                 } else {                     LOCK.lock();                     try {                         node = contextNameNodeMap.get(name);                         if (node == null) {                             if (contextNameNodeMap.size() > Constants.MAX_CONTEXT_NAME_SIZE) {                                 setNullContext();                                 return NULL_CONTEXT;                             } else {                                 node = new EntranceNode(new StringResourceWrapper(name, EntryType.IN), null);                                 // Add entrance node.                                 Constants.ROOT.addChild(node);                                 Map<String, DefaultNode> newMap = new HashMap<>(contextNameNodeMap.size() + 1);                                 newMap.putAll(contextNameNodeMap);                                 newMap.put(name, node);                                 contextNameNodeMap = newMap;                             }                         }                     } finally {                         LOCK.unlock();                     }                 }             }             context = new Context(node, name);             context.setOrigin(origin);             contextHolder.set(context);         }         return context;     }

2.2.2 通过SpiLoader默认初始化8个slot

每个slot的主要职责如下:

• NodeSelectorSlot 负责 收集资源的路径,并将这些资源的调用路径,以树状结构 存储起来,用于根据调用路径来 限流降级

• ClusterBuilderSlot 则用于 存储资源的 统计信息以及 调用者信息,例如该资源的 RT, QPS, thread count 等等,这些信息将用 作为多维度限流,降级的依据

• StatisticSlot 则用于 记录、统计不同纬度的  runtime 指标监控信息

• FlowSlot 则用于根据预设的限流规则以及前面 slot 统计的状态,来进行 流量控制

• AuthoritySlot 则根据配置的黑白名单和调用来源信息,来做 黑白名单控制

• DegradeSlot 则通过统计信息以及预设的规则,来做 熔断降级

• SystemSlot 则通过系统的状态,例如 集群QPS、线程数、RT、负载 等,来 控制总的入口流量

2.3 StatisticSlot

2.3.1 Node

深入看一下Node,因为统计信息都在里面,后面不论是限流、熔断、负载保护等都是结合规则+统计信息判断是否要执行

从Node的源码注释看,它会持有资源维度的实时统计数据,以下是接口里的方法定义,可以看到totalRequest、totalPass、totalSuccess、blockRequest、totalException、passQps等很多request、qps、thread的相关方法:

/**  * Holds real-time statistics for resources.  *  * @author qinan.qn  * @author leyou  * @author Eric Zhao  */ public interface Node extends OccupySupport, DebugSupport {     long totalRequest();     long totalPass();     long totalSuccess();     long blockRequest();     long totalException();     double passQps();     double blockQps();     double totalQps();     double successQps();     …… }

2.3.2 StatisticNode

我们先从最基础的StatisticNode开始看,源码给出的定位是:

The statistic node keep three kinds of real-time statistics metrics: metrics in second level ({@code rollingCounterInSecond}) metrics in minute level ({@code rollingCounterInMinute}) thread count

StatisticNode只有四个属性,除了之前提到过的LongAddr类型的curThreadNum外,还有两个属性是Metric对象,通过入参已经属性命名可以看出,一个用于秒级,一个用于分钟级统计。接下来我们就要看看Metric

// StatisticNode持有两个Metric,一个秒级一个分钟级,由入参可知,秒级统计划分了两个时间窗口,窗口程度是500ms private transient volatile Metric rollingCounterInSecond = new ArrayMetric(SampleCountProperty.SAMPLE_COUNT,     IntervalProperty.INTERVAL); // 分钟级统计划分了60个时间窗口,窗口长度是1000ms private transient Metric rollingCounterInMinute = new ArrayMetric(60, 60 * 1000, false); /**  * The counter for thread count.  */ private LongAdder curThreadNum = new LongAdder(); /**  * The last timestamp when metrics were fetched.  */ private long lastFetchTime = -1;

ArrayMetric只有一个属性LeapArray<MetricBucket>,其余都是用于统计的方法,LeapArray是sentinel中统计最基本的数据结构,这里有必要详细看一下,总体就是根据timeMillis去获取一个bucket,分为:没有创建、有直接返回、被废弃后的reset三种场景。

//以分钟级的统计属性为例,看一下时间窗口初始化过程 private transient Metric rollingCounterInMinute = new ArrayMetric(60, 60 * 1000, false); public LeapArray(int sampleCount, int intervalInMs) {         AssertUtil.isTrue(sampleCount > 0, "bucket count is invalid: " + sampleCount);         AssertUtil.isTrue(intervalInMs > 0, "total time interval of the sliding window should be positive");         AssertUtil.isTrue(intervalInMs % sampleCount == 0, "time span needs to be evenly divided");         // windowLengthInMs = 60*1000 / 60 = 1000 滑动窗口时间长度,可见sentinel默认将单位时间分为了60个滑动窗口进行数据统计         this.windowLengthInMs = intervalInMs / sampleCount;         // 60*1000         this.intervalInMs = intervalInMs;         // 60         this.intervalInSecond = intervalInMs / 1000.0;         // 60         this.sampleCount = sampleCount;         // 数组长度60         this.array = new AtomicReferenceArray<>(sampleCount);     } /**      * Get bucket item at provided timestamp.      *      * @param timeMillis a valid timestamp in milliseconds      * @return current bucket item at provided timestamp if the time is valid; null if time is invalid      */     public WindowWrap<T> currentWindow(long timeMillis) {         if (timeMillis < 0) {             return null;         }         // 根据当前时间戳算一个数组索引         int idx = calculateTimeIdx(timeMillis);         // Calculate current bucket start time.         // timeMillis % 1000         long windowStart = calculateWindowStart(timeMillis);         /*          * Get bucket item at given time from the array.          *          * (1) Bucket is absent, then just create a new bucket and CAS update to circular array.          * (2) Bucket is up-to-date, then just return the bucket.          * (3) Bucket is deprecated, then reset current bucket.          */         while (true) {             WindowWrap<T> old = array.get(idx);             if (old == null) {                 /*                  *     B0       B1      B2    NULL      B4                  * ||_______|_______|_______|_______|_______||___                  * 200     400     600     800     1000    1200  timestamp                  *                             ^                  *                          time=888                  *            bucket is empty, so create new and update                  *                  * If the old bucket is absent, then we create a new bucket at {@code windowStart},                  * then try to update circular array via a CAS operation. Only one thread can                  * succeed to update, while other threads yield its time slice.                  */                 // newEmptyBucket 方法重写,秒级和分钟级统计对象实现不同                 WindowWrap<T> window = new WindowWrap<T>(windowLengthInMs, windowStart, newEmptyBucket(timeMillis));                 if (array.compareAndSet(idx, null, window)) {                     // Successfully updated, return the created bucket.                     return window;                 } else {                     // Contention failed, the thread will yield its time slice to wait for bucket available.                     Thread.yield();                 }             } else if (windowStart == old.windowStart()) {                 /*                  *     B0       B1      B2     B3      B4                  * ||_______|_______|_______|_______|_______||___                  * 200     400     600     800     1000    1200  timestamp                  *                             ^                  *                          time=888                  *            startTime of Bucket 3: 800, so its up-to-date                  *                  * If current {@code windowStart} is equal to the start timestamp of old bucket,                  * that means the time is within the bucket, so directly return the bucket.                  */                 return old;             } else if (windowStart > old.windowStart()) {                 /*                  *   (old)                  *             B0       B1      B2    NULL      B4                  * |_______||_______|_______|_______|_______|_______||___                  * ...    1200     1400    1600    1800    2000    2200  timestamp                  *                              ^                  *                           time=1676                  *          startTime of Bucket 2: 400, deprecated, should be reset                  *                  * If the start timestamp of old bucket is behind provided time, that means                  * the bucket is deprecated. We have to reset the bucket to current {@code windowStart}.                  * Note that the reset and clean-up operations are hard to be atomic,                  * so we need a update lock to guarantee the correctness of bucket update.                  *                  * The update lock is conditional (tiny scope) and will take effect only when                  * bucket is deprecated, so in most cases it wont lead to performance loss.                  */                 if (updateLock.tryLock()) {                     try {                         // Successfully get the update lock, now we reset the bucket.                         return resetWindowTo(old, windowStart);                     } finally {                         updateLock.unlock();                     }                 } else {                     // Contention failed, the thread will yield its time slice to wait for bucket available.                     Thread.yield();                 }             } else if (windowStart < old.windowStart()) {                 // Should not go through here, as the provided time is already behind.                 return new WindowWrap<T>(windowLengthInMs, windowStart, newEmptyBucket(timeMillis));             }         }     } // 持有一个时间窗口对象的数据,会根据当前时间戳除以时间窗口长度然后散列到数组中 private int calculateTimeIdx(/*@Valid*/ long timeMillis) {         long timeId = timeMillis / windowLengthInMs;         // Calculate current index so we can map the timestamp to the leap array.         return (int)(timeId % array.length());     }

WindowWrap持有了windowLengthInMs, windowStart和LeapArray(分钟统计实现是BucketLeapArray,秒级统计实现是OccupiableBucketLeapArray),对于分钟级别的统计,MetricBucket维护了一个longAddr数组和一个配置的minRT

/**  * The fundamental data structure for metric statistics in a time span.  *  * @author jialiang.linjl  * @author Eric Zhao  * @see LeapArray  */ public class BucketLeapArray extends LeapArray<MetricBucket> {     public BucketLeapArray(int sampleCount, int intervalInMs) {         super(sampleCount, intervalInMs);     }     @Override     public MetricBucket newEmptyBucket(long time) {         return new MetricBucket();     }     @Override     protected WindowWrap<MetricBucket> resetWindowTo(WindowWrap<MetricBucket> w, long startTime) {         // Update the start time and reset value.         w.resetTo(startTime);         w.value().reset();         return w;     } }

对于秒级统计,QPS=20场景下,如何准确统计的问题,此处用到了另外一个LeapArry实现FutureBucketLeapArray,至于秒级统计如何保证没有统计误差,读者可以再研究一下FutureBucketLeapArray的上下文就好。

2.4 FlowSlot

2.4.1 常见限流算法

介绍sentinel限流实现前,先介绍一下常见限流算法,基本分为三种:计数器、漏斗、令牌桶。

计数器算法

顾名思义,计数器算法就是统计某个时间段内的请求,每单位时间加1,然后与配置的限流值(最大QPS)进行比较,如果超出则触发限流。但是这种算法不能做到“平滑限流”,以1s为单位时间,100QPS为限流值为例,如下图,会出现某时段超出限流值的情况

因此在单纯计数器算法上,又出现了滑动窗口计数器算法,我们将统计时间细分,比如将1s统计时长分为5个时间窗口,通过滚动统计所有时间窗口的QPS作为系统实际的QPS的方式,就能解决上述临界统计问题,后续我们看sentinel源码时也能看到类似操作。

漏斗算法

不论流量有多大都会先到漏桶中,然后以均匀的速度流出。如何在代码中实现这个匀速呢?比如我们想让匀速为100q/s,那么我们可以得到每流出一个流量需要消耗10ms,类似一个队列,每隔10ms从队列头部取出流量进行放行,而我们的队列也就是漏桶,当流量大于队列的长度的时候,我们就可以拒绝超出的部分。

漏斗算法同样的也有一定的缺点:无法应对突发流量。比如一瞬间来了100个请求,在漏桶算法中只能一个一个的过去,当最后一个请求流出的时候时间已经过了一秒了,所以漏斗算法比较适合请求到达比较均匀,需要严格控制请求速率的场景。

令牌桶算法

令牌桶算法和漏斗算法比较类似,区别是令牌桶存放的是令牌数量不是请求数量,令牌桶可以根据自身需求多样性得管理令牌的生产和消耗,可以解决突发流量的问题。

2.4.2 单机限流模式

接下来我们看一下Sentinel中的限流实现,相比上述基本限流算法,Sentinel限流的第一个特性就是引入“资源”的概念,可以细粒度多样性的支持特定资源、关联资源、指定链路的限流。

FlowSlot的主要逻辑都在FlowRuleChecker里,介绍之前,我们先看一下Sentinel关于规则的模型描述,下图分别是限流、访问控制规则、系统保护规则(Linux负载)、降级规则

    /**      * 流量控制两种模式       *   0: thread count(当调用该api的线程数达到阈值的时候,进行限流)      *   1: QPS(当调用该api的QPS达到阈值的时候,进行限流)      */     private int grade = RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS;     /**      * 流量控制阈值,值含义与grade有关      */     private double count;     /**      * 调用关系限流策略(可以支持关联资源或指定链路的多样性限流需求)      *  直接(api 达到限流条件时,直接限流)      *  关联(当关联的资源达到限流阈值时,就限流自己)      *  链路(只记录指定链路上的流量)      * {@link RuleConstant#STRATEGY_DIRECT} for direct flow control (by origin);      * {@link RuleConstant#STRATEGY_RELATE} for relevant flow control (with relevant resource);      * {@link RuleConstant#STRATEGY_CHAIN} for chain flow control (by entrance resource).      */     private int strategy = RuleConstant.STRATEGY_DIRECT;     /**      * Reference resource in flow control with relevant resource or context.      */     private String refResource;     /**      * 流控效果:      * 0. default(reject directly),直接拒绝,抛异常FlowException      * 1. warm up, 慢启动模式(根据coldFactor(冷加载因子,默认3)的值,从阈值/coldFactor,经过预热时长,才达到设置的QPS阈值)      * 2. rate limiter  排队等待      * 3. warm up + rate limiter      */     private int controlBehavior = RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_DEFAULT;     private int warmUpPeriodSec = 10;     /**      * Max queueing time in rate limiter behavior.      */     private int maxQueueingTimeMs = 500;     /**     *  是否集群限流,默认为否     */     private boolean clusterMode;     /**      * Flow rule config for cluster mode.      */     private ClusterFlowConfig clusterConfig;     /**      * The traffic shaping (throttling) controller.      */     private TrafficShapingController controller;

接着我们继续分析FlowRuleChecker

canPassCheck第一步会好看limitApp,这个是结合访问授权限制规则使用的,默认是所有。

private static boolean passLocalCheck(FlowRule rule, Context context, DefaultNode node, int acquireCount,                                           boolean prioritized) {         // 根据策略选择Node来进行统计(可以是本身Node、关联的Node、指定的链路)         Node selectedNode = selectNodeByRequesterAndStrategy(rule, context, node);         if (selectedNode == null) {             return true;         }         return rule.getRater().canPass(selectedNode, acquireCount, prioritized);     } static Node selectNodeByRequesterAndStrategy(/*@NonNull*/ FlowRule rule, Context context, DefaultNode node) {         // limitApp是访问控制使用的,默认是default,不限制来源         String limitApp = rule.getLimitApp();         // 拿到限流策略         int strategy = rule.getStrategy();         String origin = context.getOrigin();         // 基于调用来源做鉴权         if (limitApp.equals(origin) && filterOrigin(origin)) {             if (strategy == RuleConstant.STRATEGY_DIRECT) {                 // Matches limit origin, return origin statistic node.                 return context.getOriginNode();             }             //              return selectReferenceNode(rule, context, node);         } else if (RuleConstant.LIMIT_APP_DEFAULT.equals(limitApp)) {             if (strategy == RuleConstant.STRATEGY_DIRECT) {                 // Return the cluster node.                 return node.getClusterNode();             }             return selectReferenceNode(rule, context, node);         } else if (RuleConstant.LIMIT_APP_OTHER.equals(limitApp)             && FlowRuleManager.isOtherOrigin(origin, rule.getResource())) {             if (strategy == RuleConstant.STRATEGY_DIRECT) {                 return context.getOriginNode();             }             return selectReferenceNode(rule, context, node);         }         return null;     } static Node selectReferenceNode(FlowRule rule, Context context, DefaultNode node) {         String refResource = rule.getRefResource();         int strategy = rule.getStrategy();         if (StringUtil.isEmpty(refResource)) {             return null;         }         if (strategy == RuleConstant.STRATEGY_RELATE) {             return ClusterBuilderSlot.getClusterNode(refResource);         }         if (strategy == RuleConstant.STRATEGY_CHAIN) {             if (!refResource.equals(context.getName())) {                 return null;             }             return node;         }         // No node.         return null;     } // 此代码是load限流规则时根据规则初始化流量整形控制器的逻辑,rule.getRater()返回TrafficShapingController private static TrafficShapingController generateRater(/*@Valid*/ FlowRule rule) {         if (rule.getGrade() == RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS) {             switch (rule.getControlBehavior()) {                 // 预热模式返回WarmUpController                 case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_WARM_UP:                     return new WarmUpController(rule.getCount(), rule.getWarmUpPeriodSec(),                             ColdFactorProperty.coldFactor);                 // 排队模式返回ThrottlingController                 case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_RATE_LIMITER:                     return new ThrottlingController(rule.getMaxQueueingTimeMs(), rule.getCount());                 // 预热+排队模式返回WarmUpRateLimiterController                 case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_WARM_UP_RATE_LIMITER:                     return new WarmUpRateLimiterController(rule.getCount(), rule.getWarmUpPeriodSec(),                             rule.getMaxQueueingTimeMs(), ColdFactorProperty.coldFactor);                 case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_DEFAULT:                 default:                     // Default mode or unknown mode: default traffic shaping controller (fast-reject).             }         }         // 默认是DefaultController         return new DefaultController(rule.getCount(), rule.getGrade());     }

Sentinel单机限流算法

上面我们看到根据限流规则controlBehavior属性(流控效果),会初始化以下实现:

•DefaultController:是一个非常典型的滑动窗口计数器算法实现,将当前统计的qps和请求进来的qps进行求和,小于限流值则通过,大于则计算一个等待时间,稍后再试

•ThrottlingController:是漏斗算法的实现,实现思路已经在源码片段中加了备注

•WarmUpController:实现参考了Guava的带预热的RateLimiter,区别是Guava侧重于请求间隔,类似前面提到的令牌桶,而Sentinel更关注于请求数,和令牌桶算法有点类似

•WarmUpRateLimiterController:低水位使用预热算法,高水位使用滑动窗口计数器算法排队。

DefaultController

    @Override     public boolean canPass(Node node, int acquireCount, boolean prioritized) {         int curCount = avgUsedTokens(node);         if (curCount + acquireCount > count) {             if (prioritized && grade == RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS) {                 long currentTime;                 long waitInMs;                 currentTime = TimeUtil.currentTimeMillis();                 waitInMs = node.tryOccupyNext(currentTime, acquireCount, count);                 if (waitInMs < OccupyTimeoutProperty.getOccupyTimeout()) {                     node.addWaitingRequest(currentTime + waitInMs, acquireCount);                     node.addOccupiedPass(acquireCount);                     sleep(waitInMs);                     // PriorityWaitException indicates that the request will pass after waiting for {@link @waitInMs}.                     throw new PriorityWaitException(waitInMs);                 }             }             return false;         }         return true;     }

ThrottlingController

 public ThrottlingController(int queueingTimeoutMs, double maxCountPerStat) {         this(queueingTimeoutMs, maxCountPerStat, 1000);     }     public ThrottlingController(int queueingTimeoutMs, double maxCountPerStat, int statDurationMs) {         AssertUtil.assertTrue(statDurationMs > 0, "statDurationMs should be positive");         AssertUtil.assertTrue(maxCountPerStat >= 0, "maxCountPerStat should be >= 0");         AssertUtil.assertTrue(queueingTimeoutMs >= 0, "queueingTimeoutMs should be >= 0");         this.maxQueueingTimeMs = queueingTimeoutMs;         this.count = maxCountPerStat;         this.statDurationMs = statDurationMs;         // Use nanoSeconds when durationMs%count != 0 or count/durationMs> 1 (to be accurate)         // 可见配置限流值count大于1000时useNanoSeconds会是true否则是false         if (maxCountPerStat > 0) {             this.useNanoSeconds = statDurationMs % Math.round(maxCountPerStat) != 0 || maxCountPerStat / statDurationMs > 1;         } else {             this.useNanoSeconds = false;         }     }     @Override     public boolean canPass(Node node, int acquireCount) {         return canPass(node, acquireCount, false);     }     private boolean checkPassUsingNanoSeconds(int acquireCount, double maxCountPerStat) {         final long maxQueueingTimeNs = maxQueueingTimeMs * MS_TO_NS_OFFSET;         long currentTime = System.nanoTime();         // Calculate the interval between every two requests.         final long costTimeNs = Math.round(1.0d * MS_TO_NS_OFFSET * statDurationMs * acquireCount / maxCountPerStat);         // Expected pass time of this request.         long expectedTime = costTimeNs + latestPassedTime.get();         if (expectedTime <= currentTime) {             // Contention may exist here, but its okay.             latestPassedTime.set(currentTime);             return true;         } else {             final long curNanos = System.nanoTime();             // Calculate the time to wait.             long waitTime = costTimeNs + latestPassedTime.get() - curNanos;             if (waitTime > maxQueueingTimeNs) {                 return false;             }             long oldTime = latestPassedTime.addAndGet(costTimeNs);             waitTime = oldTime - curNanos;             if (waitTime > maxQueueingTimeNs) {                 latestPassedTime.addAndGet(-costTimeNs);                 return false;             }             // in race condition waitTime may <= 0             if (waitTime > 0) {                 sleepNanos(waitTime);             }             return true;         }     }          // 漏斗算法具体实现     private boolean checkPassUsingCachedMs(int acquireCount, double maxCountPerStat) {         long currentTime = TimeUtil.currentTimeMillis();         // 计算两次请求的间隔(分为秒级和纳秒级)         long costTime = Math.round(1.0d * statDurationMs * acquireCount / maxCountPerStat);         // 请求的期望的时间         long expectedTime = costTime + latestPassedTime.get();         if (expectedTime <= currentTime) {             // latestPassedTime是AtomicLong类型,支持volatile语义             latestPassedTime.set(currentTime);             return true;         } else {             // 计算等待时间             long waitTime = costTime + latestPassedTime.get() - TimeUtil.currentTimeMillis();             // 如果大于最大排队时间,则触发限流             if (waitTime > maxQueueingTimeMs) {                 return false;             }                          long oldTime = latestPassedTime.addAndGet(costTime);             waitTime = oldTime - TimeUtil.currentTimeMillis();             if (waitTime > maxQueueingTimeMs) {                 latestPassedTime.addAndGet(-costTime);                 return false;             }             // in race condition waitTime may <= 0             if (waitTime > 0) {                 sleepMs(waitTime);             }             return true;         }     }     @Override     public boolean canPass(Node node, int acquireCount, boolean prioritized) {         // Pass when acquire count is less or equal than 0.         if (acquireCount <= 0) {             return true;         }         // Reject when count is less or equal than 0.         // Otherwise, the costTime will be max of long and waitTime will overflow in some cases.         if (count <= 0) {             return false;         }         if (useNanoSeconds) {             return checkPassUsingNanoSeconds(acquireCount, this.count);         } else {             return checkPassUsingCachedMs(acquireCount, this.count);         }     }     private void sleepMs(long ms) {         try {             Thread.sleep(ms);         } catch (InterruptedException e) {         }     }     private void sleepNanos(long ns) {         LockSupport.parkNanos(ns);     } long costTime = Math.round(1.0d * statDurationMs * acquireCount / maxCountPerStat);

由上述计算两次请求间隔的公式我们可以发现,当maxCountPerStat(规则配置的限流值QPS)超过1000后,就无法准确计算出匀速排队模式下的请求间隔时长,因此对应前面介绍的,当规则配置限流值超过1000QPS后,会采用checkPassUsingNanoSeconds,小于1000QPS会采用checkPassUsingCachedMs,对比一下checkPassUsingNanoSeconds和checkPassUsingCachedMs,可以发现主体思路没变,只是统计维度从毫秒换算成了纳秒,因此只看checkPassUsingCachedMs实现就可以

WarmUpController

@Override     public boolean canPass(Node node, int acquireCount, boolean prioritized) {         long passQps = (long) node.passQps();         long previousQps = (long) node.previousPassQps();         syncToken(previousQps);         // 开始计算它的斜率         // 如果进入了警戒线,开始调整他的qps         long restToken = storedTokens.get();         if (restToken >= warningToken) {             long aboveToken = restToken - warningToken;             // 消耗的速度要比warning快,但是要比慢             // current interval = restToken*slope+1/count             double warningQps = Math.nextUp(1.0 / (aboveToken * slope + 1.0 / count));             if (passQps + acquireCount <= warningQps) {                 return true;             }         } else {             if (passQps + acquireCount <= count) {                 return true;             }         }         return false;     } protected void syncToken(long passQps) {         long currentTime = TimeUtil.currentTimeMillis();         currentTime = currentTime - currentTime % 1000;         long oldLastFillTime = lastFilledTime.get();         if (currentTime <= oldLastFillTime) {             return;         }         long oldValue = storedTokens.get();         long newValue = coolDownTokens(currentTime, passQps);         if (storedTokens.compareAndSet(oldValue, newValue)) {             long currentValue = storedTokens.addAndGet(0 - passQps);             if (currentValue < 0) {                 storedTokens.set(0L);             }             lastFilledTime.set(currentTime);         }     } private long coolDownTokens(long currentTime, long passQps) {         long oldValue = storedTokens.get();         long newValue = oldValue;         // 添加令牌的判断前提条件:         // 当令牌的消耗程度远远低于警戒线的时候         if (oldValue < warningToken) {             newValue = (long)(oldValue + (currentTime - lastFilledTime.get()) * count / 1000);         } else if (oldValue > warningToken) {             if (passQps < (int)count / coldFactor) {                 newValue = (long)(oldValue + (currentTime - lastFilledTime.get()) * count / 1000);             }         }         return Math.min(newValue, maxToken);     }

2.4.3 集群限流

passClusterCheck方法(因为clusterService找不到会降级到非集群限流)

private static boolean passClusterCheck(FlowRule rule, Context context, DefaultNode node, int acquireCount,                                             boolean prioritized) {         try {             // 获取当前节点是Token Client还是Token Server             TokenService clusterService = pickClusterService();             if (clusterService == null) {                 return fallbackToLocalOrPass(rule, context, node, acquireCount, prioritized);             }             long flowId = rule.getClusterConfig().getFlowId();             // 根据获取的flowId通过TokenService进行申请token。从上面可知,它可能是TokenClient调用的,也可能是ToeknServer调用的。分别对应的类是DefaultClusterTokenClient和DefaultTokenService             TokenResult result = clusterService.requestToken(flowId, acquireCount, prioritized);             return applyTokenResult(result, rule, context, node, acquireCount, prioritized);             // If client is absent, then fallback to local mode.         } catch (Throwable ex) {             RecordLog.warn("[FlowRuleChecker] Request cluster token unexpected failed", ex);         }         // Fallback to local flow control when token client or server for this rule is not available.         // If fallback is not enabled, then directly pass.         return fallbackToLocalOrPass(rule, context, node, acquireCount, prioritized);     } //获取当前节点是Token Client还是Token Server。 //1) 如果当前节点的角色是Client,返回的TokenService为DefaultClusterTokenClient; //2)如果当前节点的角色是Server,则默认返回的TokenService为DefaultTokenService。 private static TokenService pickClusterService() {         if (ClusterStateManager.isClient()) {             return TokenClientProvider.getClient();         }         if (ClusterStateManager.isServer()) {             return EmbeddedClusterTokenServerProvider.getServer();         }         return null;     }

集群限流模式

Sentinel 集群限流服务端有两种启动方式:

•嵌入模式(Embedded)适合应用级别的限流,部署简单,但对应用性能有影响

•独立模式(Alone)适合全局限流,需要独立部署

考虑到文章篇幅,集群限流有机会再展开详细介绍。

集群限流模式降级

private static boolean passClusterCheck(FlowRule rule, Context context, DefaultNode node, int acquireCount,                                             boolean prioritized) {         try {             TokenService clusterService = pickClusterService();             if (clusterService == null) {                 return fallbackToLocalOrPass(rule, context, node, acquireCount, prioritized);             }             long flowId = rule.getClusterConfig().getFlowId();             TokenResult result = clusterService.requestToken(flowId, acquireCount, prioritized);             return applyTokenResult(result, rule, context, node, acquireCount, prioritized);             // If client is absent, then fallback to local mode.         } catch (Throwable ex) {             RecordLog.warn("[FlowRuleChecker] Request cluster token unexpected failed", ex);         }         // Fallback to local flow control when token client or server for this rule is not available.         // If fallback is not enabled, then directly pass.         // 可以看到如果集群限流有异常,会降级到单机限流模式,如果配置不允许降级,那么直接会跳过此次校验         return fallbackToLocalOrPass(rule, context, node, acquireCount, prioritized);     }

2.5 DegradeSlot

CircuitBreaker

大神对断路器的解释: https:// martinfowler.com/bliki/ CircuitBreaker.html

首先就看到了根据资源名称获取断路器列表,Sentinel的断路器有两个实现:RT模式使用ResponseTimeCircuitBreaker、异常模式使用ExceptionCircuitBreaker

public interface CircuitBreaker {     /**      * Get the associated circuit breaking rule.      *      * @return associated circuit breaking rule      */     DegradeRule getRule();     /**      * Acquires permission of an invocation only if it is available at the time of invoking.      *      * @param context context of current invocation      * @return {@code true} if permission was acquired and {@code false} otherwise      */     boolean tryPass(Context context);     /**      * Get current state of the circuit breaker.      *      * @return current state of the circuit breaker      */     State currentState();     /**      * <p>Record a completed request with the context and handle state transformation of the circuit breaker.</p>      * <p>Called when a <strong>passed</strong> invocation finished.</p>      *      * @param context context of current invocation      */     void onRequestComplete(Context context);     /**      * Circuit breaker state.      */     enum State {         /**          * In {@code OPEN} state, all requests will be rejected until the next recovery time point.          */         OPEN,         /**          * In {@code HALF_OPEN} state, the circuit breaker will allow a "probe" invocation.          * If the invocation is abnormal according to the strategy (e.g. its slow), the circuit breaker          * will re-transform to the {@code OPEN} state and wait for the next recovery time point;          * otherwise the resource will be regarded as "recovered" and the circuit breaker          * will cease cutting off requests and transform to {@code CLOSED} state.          */         HALF_OPEN,         /**          * In {@code CLOSED} state, all requests are permitted. When current metric value exceeds the threshold,          * the circuit breaker will transform to {@code OPEN} state.          */         CLOSED     } }

以ExceptionCircuitBreaker为例看一下具体实现

public class ExceptionCircuitBreaker extends AbstractCircuitBreaker {          // 异常模式有两种,异常率和异常数     private final int strategy;     // 最小请求数     private final int minRequestAmount;     // 阈值     private final double threshold;          // LeapArray是sentinel统计数据非常重要的一个结构,主要封装了时间窗口相关的操作     private final LeapArray<SimpleErrorCounter> stat;     public ExceptionCircuitBreaker(DegradeRule rule) {         this(rule, new SimpleErrorCounterLeapArray(1, rule.getStatIntervalMs()));     }     ExceptionCircuitBreaker(DegradeRule rule, LeapArray<SimpleErrorCounter> stat) {         super(rule);         this.strategy = rule.getGrade();         boolean modeOk = strategy == DEGRADE_GRADE_EXCEPTION_RATIO || strategy == DEGRADE_GRADE_EXCEPTION_COUNT;         AssertUtil.isTrue(modeOk, "rule strategy should be error-ratio or error-count");         AssertUtil.notNull(stat, "stat cannot be null");         this.minRequestAmount = rule.getMinRequestAmount();         this.threshold = rule.getCount();         this.stat = stat;     }     @Override     protected void resetStat() {         // Reset current bucket (bucket count = 1).         stat.currentWindow().value().reset();     }          @Override     public void onRequestComplete(Context context) {         Entry entry = context.getCurEntry();         if (entry == null) {             return;         }         Throwable error = entry.getError();         SimpleErrorCounter counter = stat.currentWindow().value();         if (error != null) {             counter.getErrorCount().add(1);         }         counter.getTotalCount().add(1);         handleStateChangeWhenThresholdExceeded(error);     }     private void handleStateChangeWhenThresholdExceeded(Throwable error) {         if (currentState.get() == State.OPEN) {             return;         }                  if (currentState.get() == State.HALF_OPEN) {             // In detecting request             if (error == null) {                 fromHalfOpenToClose();             } else {                 fromHalfOpenToOpen(1.0d);             }             return;         }                  List<SimpleErrorCounter> counters = stat.values();         long errCount = 0;         long totalCount = 0;         for (SimpleErrorCounter counter : counters) {               += counter.errorCount.sum();             totalCount += counter.totalCount.sum();         }         if (totalCount < minRequestAmount) {             return;         }         double curCount = errCount;         if (strategy == DEGRADE_GRADE_EXCEPTION_RATIO) {             // Use errorRatio             curCount = errCount * 1.0d / totalCount;         }         if (curCount > threshold) {             transformToOpen(curCount);         }     }     static class SimpleErrorCounter {         private LongAdder errorCount;         private LongAdder totalCount;         public SimpleErrorCounter() {             this.errorCount = new LongAdder();             this.totalCount = new LongAdder();         }         public LongAdder getErrorCount() {             return errorCount;         }         public LongAdder getTotalCount() {             return totalCount;         }         public SimpleErrorCounter reset() {             errorCount.reset();             totalCount.reset();             return this;         }         @Override         public String toString() {             return "SimpleErrorCounter{" +                 "errorCount=" + errorCount +                 ", totalCount=" + totalCount +                 };         }     }     static class SimpleErrorCounterLeapArray extends LeapArray<SimpleErrorCounter> {         public SimpleErrorCounterLeapArray(int sampleCount, int intervalInMs) {             super(sampleCount, intervalInMs);         }         @Override         public SimpleErrorCounter newEmptyBucket(long timeMillis) {             return new SimpleErrorCounter();         }         @Override         protected WindowWrap<SimpleErrorCounter> resetWindowTo(WindowWrap<SimpleErrorCounter> w, long startTime) {             // Update the start time and reset value.             w.resetTo(startTime);             w.value().reset();             return w;         }     } }

2.6 SystemSlot

校验逻辑主要集中在com.alibaba.csp.sentinel.slots.system.SystemRuleManager#checkSystem,以下是片段,可以看到,作为负载保护规则校验,实现了集群的QPS、线程、RT(响应时间)、系统负载的控制,除系统负载以外,其余统计都是依赖StatisticSlot实现,系统负载是通过SystemRuleManager定时调度SystemStatusListener,通过OperatingSystemMXBean去获取

/**      * Apply {@link SystemRule} to the resource. Only inbound traffic will be checked.      *      * @param resourceWrapper the resource.      * @throws BlockException when any system rules threshold is exceeded.      */     public static void checkSystem(ResourceWrapper resourceWrapper, int count) throws BlockException {         if (resourceWrapper == null) {             return;         }         // Ensure the checking switch is on.         if (!checkSystemStatus.get()) {             return;         }         // for inbound traffic only         if (resourceWrapper.getEntryType() != EntryType.IN) {             return;         }         // total qps 此处是拿到某个资源在集群中的QPS总和,相关概念可以会看初始化关于Node的介绍         double currentQps = Constants.ENTRY_NODE.passQps();         if (currentQps + count > qps) {             throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "qps");         }         // total thread          int currentThread = Constants.ENTRY_NODE.curThreadNum();         if (currentThread > maxThread) {             throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "thread");         }         double rt = Constants.ENTRY_NODE.avgRt();         if (rt > maxRt) {             throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "rt");         }         // load. BBR algorithm.         if (highestSystemLoadIsSet && getCurrentSystemAvgLoad() > highestSystemLoad) {             if (!checkBbr(currentThread)) {                 throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "load");             }         }         // cpu usage         if (highestCpuUsageIsSet && getCurrentCpuUsage() > highestCpuUsage) {             throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "cpu");         }     }     private static boolean checkBbr(int currentThread) {         if (currentThread > 1 &&             currentThread > Constants.ENTRY_NODE.maxSuccessQps() * Constants.ENTRY_NODE.minRt() / 1000) {             return false;         }         return true;     }     public static double getCurrentSystemAvgLoad() {         return statusListener.getSystemAverageLoad();     }     public static double getCurrentCpuUsage() {         return statusListener.getCpuUsage();     } public class SystemStatusListener implements Runnable {     volatile double currentLoad = -1;     volatile double currentCpuUsage = -1;     volatile String reason = StringUtil.EMPTY;     volatile long processCpuTime = 0;     volatile long processUpTime = 0;     public double getSystemAverageLoad() {         return currentLoad;     }     public double getCpuUsage() {         return currentCpuUsage;     }     @Override     public void run() {         try {             OperatingSystemMXBean osBean = ManagementFactory.getPlatformMXBean(OperatingSystemMXBean.class);             currentLoad = osBean.getSystemLoadAverage();             /*              * Java Doc copied from {@link OperatingSystemMXBean#getSystemCpuLoad()}:</br>              * Returns the "recent cpu usage" for the whole system. This value is a double in the [0.0,1.0] interval.              * A value of 0.0 means that all CPUs were idle during the recent period of time observed, while a value              * of 1.0 means that all CPUs were actively running 100% of the time during the recent period being              * observed. All values between 0.0 and 1.0 are possible depending of the activities going on in the              * system. If the system recent cpu usage is not available, the method returns a negative value.              */             double systemCpuUsage = osBean.getSystemCpuLoad();             // calculate process cpu usage to support application running in container environment             RuntimeMXBean runtimeBean = ManagementFactory.getPlatformMXBean(RuntimeMXBean.class);             long newProcessCpuTime = osBean.getProcessCpuTime();             long newProcessUpTime = runtimeBean.getUptime();             int cpuCores = osBean.getAvailableProcessors();             long processCpuTimeDiffInMs = TimeUnit.NANOSECONDS                     .toMillis(newProcessCpuTime - processCpuTime);             long processUpTimeDiffInMs = newProcessUpTime - processUpTime;             double processCpuUsage = (double) processCpuTimeDiffInMs / processUpTimeDiffInMs / cpuCores;             processCpuTime = newProcessCpuTime;             processUpTime = newProcessUpTime;             currentCpuUsage = Math.max(processCpuUsage, systemCpuUsage);             if (currentLoad > SystemRuleManager.getSystemLoadThreshold()) {                 writeSystemStatusLog();             }         } catch (Throwable e) {             RecordLog.warn("[SystemStatusListener] Failed to get system metrics from JMX", e);         }     }     private void writeSystemStatusLog() {         StringBuilder sb = new StringBuilder();         sb.append("Load exceeds the threshold: ");         sb.append("load:").append(String.format("%.4f", currentLoad)).append("; ");         sb.append("cpuUsage:").append(String.format("%.4f", currentCpuUsage)).append("; ");         sb.append("qps:").append(String.format("%.4f", Constants.ENTRY_NODE.passQps())).append("; ");         sb.append("rt:").append(String.format("%.4f", Constants.ENTRY_NODE.avgRt())).append("; ");         sb.append("thread:").append(Constants.ENTRY_NODE.curThreadNum()).append("; ");         sb.append("success:").append(String.format("%.4f", Constants.ENTRY_NODE.successQps())).append("; ");         sb.append("minRt:").append(String.format("%.2f", Constants.ENTRY_NODE.minRt())).append("; ");         sb.append("maxSuccess:").append(String.format("%.2f", Constants.ENTRY_NODE.maxSuccessQps())).append("; ");         RecordLog.info(sb.toString());     } }

三、京东版最佳实践

3.1 使用方式

Sentinel使用方式本身非常简单,就是一个注解,但是要考虑规则加载和规则持久化的方式,现有的方式有:

•使用Sentinel-dashboard功能:使用面板接入需要维护一个配置规则的管理端,考虑到偏后端的系统需要额外维护一个面板成本较大,如果是像RPC框架这种本身有管理端的接入可以考虑次方案。

•中间件(如:zookepper、nacos、eureka、redis等):Sentinel源码extension包里提供了类似的实现,如下图

结合京东实际,我实现了一个规则热部署的Sentinel组件,实现方式类似zookeeper的方式,将规则记录到ducc的一个key上,在spring容器启动时做第一次规则加载和监听器注册,组件也做一了一些规则读取,校验、实例化不同规则对象的工作

插件使用方式:注解+配置

第一步 引入组件

<dependency>     <groupId>com.jd.ldop.tools</groupId>     <artifactId>sentinel-tools</artifactId>     <version>1.0.0-SNAPSHOT</version> </dependency>

第二步 初始化sentinelProcess

支持ducc、本地文件读取、直接写入三种方式规则写入方式

目前支持限流规则、熔断降级规则两种模式,系统负载保护模式待开发和验证

<!-- 基于sentinel的降级、限流、熔断组件 -->     <bean id="sentinelProcess" class="com.jd.ldop.sentinel.SentinelProcess">         <property name="ruleResourceWrappers">             <list>                 <ref bean="degradeRule"/>             </list>         </property>     </bean>     <!-- 降级或限流规则配置 -->     <bean id="degradeRule" class="com.jd.ldop.sentinel.dto.RuleResourceWrapper">         <constructor-arg index="0" value="ducc.degradeRule"/>         <constructor-arg index="1" value="0"/>         <constructor-arg index="2" value="0"/>     </bean>

ducc上配置如下:

第三步 定义资源和关联类型

通过@SentinelResource可以直接在任意位置定义资源名以及对应的熔断降级或者限流方式、回调方法等,同时也可以指定关联类型,支持直接、关联、指定链路三种

    @Override     @SentinelResource(value = "modifyGetWaybillState", fallback = "executeDegrade")     public ExecutionResult<List<Integer>> execute(@NotNull Model imodel) {         // 业务逻辑处理     }     public ExecutionResult<List<Integer>> executeDegrade(@NotNull Model imodel) {         // 降级业务逻辑处理     }

3.2 应用场景

组件支持任意的业务降级、限流、负载保护

四、Sentinel压测数据

4.1 压测目标

调用量:1.2W/m

应用机器内存稳定在50%以内

机器规格: 8C16G50G磁盘*2

Sentinel降级规则:

count=350-------慢调用临界阈值350ms

timeWindow=180------熔断时间窗口180s

grade=0-----降级模式 慢调用

statIntervalMs=60000------统计时长1min

4.2 压测结果

应用机器监控:

压测分为了两个阶段,分别是组件开启和组件关闭两次, 前半部分是组件开启的情况,后半部分是组件关闭的情况

应用进程内存分析,和sentinel有关的前三对象是

com.alibaba.csp.sentinel.node.metric.MetricNode

com.alibaba.csp.sentinel.CtEntry

com.alibaba.csp.sentinel.context.Context

4.3 压测结论

使Sentinel组件实现系统服务自动降级或限流,由于sentinel会按照滑动窗口周期性统计数据,因此会占用一定的机器内存,使用时应设置合理的规则,如:合理的统计时长、避免过多的Sentinel资源创建等。

总体来说,使用sentinel组件对应用cpu和内存影响不大。

二维码

扫一扫,关注我们

声明:本文由【益华网络】编辑上传发布,转载此文章须经作者同意,并请附上出处【益华网络】及本页链接。如内容、图片有任何版权问题,请联系我们进行处理。

感兴趣吗?

欢迎联系我们,我们愿意为您解答任何有关网站疑难问题!

您身边的【网站建设专家】

搜索千万次不如咨询1次

主营项目:网站建设,手机网站,响应式网站,SEO优化,小程序开发,公众号系统,软件开发等

立即咨询 15368564009
在线客服
嘿,我来帮您!