Java RPC框架熔断降级机制原理解析

熔断与降级

为什么在RPC环节中有熔断以及降级的需求，详细的原因这里不多解释，从网上搜索一张图做示意。

熔断

我理解熔段主要解决如下几个问题：

当所依赖的对象不稳定时，能够起到快速失败的目的快速失败后，能够根据一定的算法动态试探所依赖对象是否恢复

比如产品详细页获取产品的好评总数时，由于后端服务异常导致客户端每次都需要等到超时。如果短时间内服务不能恢复，那么这段时间内的所有请求时间都将是最大的超时时间，这类消费时间又得不到正确结果的现象是不能容忍的。所以遇到这类情况，就需要根据一定的算法判定服务短时间不可用，将后面的请求进行快速失败处理，这样可以节省服务等待时间。

同时，后端服务是有可能自主或者人为在一定时间内恢复的，所以之前被判定为快速失败的服务，需要有能力去试探服务是否已经恢复。

上面提到的快速失败以及自主恢复现象就是熔断

降级

降级是指自己的待遇下降了，从RPC调用环节来讲，就是去访问一个本地的伪装者而不是真实的服务，但这对调用端来说是没有区别的。拿电商展示某个产品的详细页来说：

当加载评论时，由于评论服务不可用，此时可以返回一些默认的评论当加载产品库存，由于库存服务不可用，此时可以固定显示一个库存数

上面提供返回默认评论，固定库存的服务就是伪装服务，这类服务一般不依赖其它服务，稳定性最高。由伪装者提供服务给客户端的现象就是服务降级。

RPC如何支持熔断与降级

一种最简单的办法就是借用hystrix来实现。

引入包依赖

由于示例未采用注解式方案，所以只需要引用下面两个包即可。

<dependency>
  <groupId>com.netflix.hystrix</groupId>
  <artifactId>hystrix-core</artifactId>
  <version>${hystrix-version}</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>com.netflix.hystrix</groupId>
  <artifactId>hystrix-metrics-event-stream</artifactId>
  <version>${hystrix-version}</version>
</dependency>

实现命令模式

hystrix遵循命令模式，这里可以往这个标准的UML图上去套。

创建一个新的类，RpcHystrixCommand，继承自HystrixCommand即可。

我这里采用线程隔离方式。

构造函数参数

由于需要远程调用，所以构造函数需要接收远程调用所需求必要参数

/**
 * 远程目标方法
 */
private Method method;

/**
 * 远程目标接口
 */
private Object obj;

/**
 * 远程方法所需要的参数
 */
private Object[] params;

/**
 * 远程接口客户端引用注解
 */
private RpcReference rpcReference;

/**
 * RPC客户端配置
 */
private ReferenceConfig referenceConfig;

构造函数方法签名:

public RpcHystrixCommand(Object obj, Method method, Object[] params, RpcReference rpcReference, ReferenceConfig referenceConfig)

初始化hystrix

这里只是一个示例，所以参数设置比较随意，详细的可参考文档。

super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("CircuitBreakerRpcHystrixCommandGroup"))
            .andCommandKey(HystrixCommandKey.Factory.asKey("CircuitBreakerRpcHystrixCommandKey"))
            .andCommandPropertiesDefaults(
                HystrixCommandProperties.Setter()
                    .withCircuitBreakerEnabled(true)
                    .withCircuitBreakerRequestVolumeThreshold(1)
                    .withCircuitBreakerErrorThresholdPercentage(50)
                    .withCircuitBreakerSleepWindowInMilliseconds(5*1000)
                    .withMetricsRollingStatisticalWindowInMilliseconds(10*1000)
            )
            .andThreadPoolKey(HystrixThreadPoolKey.Factory.asKey("CircuitBreakerRpcHystrixCommandPool"))
            .andThreadPoolPropertiesDefaults(
                HystrixThreadPoolProperties.Setter().withCoreSize(100)
        )
    );

run()函数

run()函数就是正常调用时所需要执行的方法，将调用远程通信的逻辑迁移到此，由于此处不涉及今天讲的熔断降级，所以不用关心里面的代码。

@Override
protected Object run() {
 // 执行远程调用
}

扩展rpcReference注解以支持降级

在之前的注解中增加一个属性，用来配置服务伪装者所属的类对象

public @interface RpcReference {
  /**
   * 服务降级的伪装者类对象
   * @return
   */
  Class<?> fallbackServiceClazz() default Object.class;
}

getFallback()函数

当快速失败时，我们希望返回一些预先准备好的值给到客户端，实现这个需求就需要实现这个fallback函数。

伪装者的逻辑由于是客户端控制，所以我们通过参数来动态支持。 通过rpcReference注解可以获取配置的伪装者

protected Object getFallback() {

    Method[] methods = this.rpcReference.fallbackServiceClazz().getMethods();
    for (Method methodFallback : methods) {
      if(this.method.getName().equals(methodFallback.getName())){
        try {
          Object fallbackServiceMock= ApplicationContextUtils.getApplicationContext().getBean(this.rpcReference.fallbackServiceClazz());
          return methodFallback.invoke(fallbackServiceMock,this.params);
        } catch (IllegalAccessException e) {
          logger.error("RpcHystrixCommand.getFallback error",e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
          logger.error("RpcHystrixCommand.getFallback error",e);
        }
      }
    }
    throw new RpcException("service fallback unimplement");
  }

RpcProxy嵌入熔断降级机制

代理的invoke方法，将改调用命令模式的execute方法来代替。

@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

  RpcHystrixCommand rpcHystrixCommand=new RpcHystrixCommand(proxy,method,args,this.reference,this.referenceConfig);
  return rpcHystrixCommand.execute();
}

客户端使用

dubbo有一个mock机制，功能有些弱，有兴趣可以自行研究。我这里更加倾向于根据逻辑来判断是否使用熔断降级，降级的逻辑需要有更多的支持。

Spring Cloud的熔断降级的做法与我的类似,它是通过注解在接口上

@FeignClient(value = "JIM-CLOUD-PROVIDER-SERVER",fallback = ProductServiceHystrix.class)
public interface ProductService {
  @RequestMapping(value = "/product/{productId}",method = RequestMethod.GET)
  String getById(@PathVariable("productId") final long productId);

}

创建伪装者接口

定义伪装者接口，约定成员方法的签名与真身相同。

public interface ProductCommentMockService {
  Product getById(Long productId);
}

实现伪装者接口

实现伪装者接口，这里不光是简单的固定数据,可心任意编写伪装者业务逻辑，与普通的service bean 没有区别。

@Service
public class ProductCommentMockServiceImpl implements ProductCommentMockService {
  @Override
  public Product getById(Long productId) {

    Product mockProduct=new Product();
    mockProduct.setId(0L);
    mockProduct.setName("mock product name");

    return mockProduct;
  }
}

服务引用使用熔断降级机制

在引用远程服务接口的注解上，配置伪装者接口的类即可。

@RpcReference(
    maxExecutesCount = 1,
    fallbackServiceClazz = ProductCommentMockService.class
)
private ProductService productService;

测试

故意不启动服务端，请求接口，此时出现mock数据说明组件功能正常。

{"id":0,"name":"mock product name"}

待解决问题

由于熔断器采用的是新线程执行，所以会影响Rpc上下文传递的参数传递。

本文源码

https://github.com/jiangmin168168/jim-framework

文中代码是依赖上述项目的，如果有不明白的可下载源码

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。