Golang 熔斷器的實(shí)現(xiàn)

Go 項(xiàng)目中使用熔斷技術(shù)提高系統(tǒng)容錯(cuò)性。本文介紹了 go 熔斷器和其使用。

熔斷器像是一個(gè)保險(xiǎn)絲。當(dāng)我們依賴的服務(wù)出現(xiàn)問題時(shí)，可以及時(shí)容錯(cuò)。一方面可以減少依賴服務(wù)對(duì)自身訪問的依賴，防止出現(xiàn)雪崩效應(yīng)；另一方面降低請(qǐng)求頻率以方便上游盡快恢復(fù)服務(wù)。

熔斷器的應(yīng)用也非常廣泛。除了在我們應(yīng)用中，為了請(qǐng)求服務(wù)時(shí)使用熔斷器外，在 web 網(wǎng)關(guān)、微服務(wù)中，也有非常廣泛的應(yīng)用。本文將從源碼角度學(xué)習(xí) sony 開源的一個(gè)熔斷器實(shí)現(xiàn) github/sony/gobreaker。（代碼注釋可以從github/lpflpf/gobreaker 查看)

熔斷器的模式

gobreaker 是基于《微軟云設(shè)計(jì)模式》一書中的熔斷器模式的 Golang 實(shí)現(xiàn)。有 sony 公司開源，目前 star 數(shù)有 1.2K。使用人數(shù)較多。

下面是模式定義的一個(gè)狀態(tài)機(jī)：

熔斷器有三種狀態(tài)，四種狀態(tài)轉(zhuǎn)移的情況：

三種狀態(tài)：

• 熔斷器關(guān)閉狀態(tài)，服務(wù)正常訪問

• 熔斷器開啟狀態(tài)，服務(wù)異常

• 熔斷器半開狀態(tài)，部分請(qǐng)求限流訪問

四種狀態(tài)轉(zhuǎn)移：

• 在熔斷器關(guān)閉狀態(tài)下，當(dāng)失敗后并滿足一定條件后，將直接轉(zhuǎn)移為熔斷器開啟狀態(tài)。

• 在熔斷器開啟狀態(tài)下，如果過了規(guī)定的時(shí)間，將進(jìn)入半開啟狀態(tài)，驗(yàn)證目前服務(wù)是否可用。

• 在熔斷器半開啟狀態(tài)下，如果出現(xiàn)失敗，則再次進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。

• 在熔斷器半開啟后，所有請(qǐng)求（有限額）都是成功的，則熔斷器關(guān)閉。所有請(qǐng)求將正常訪問。

gobreaker 的實(shí)現(xiàn)

gobreaker 是在上述狀態(tài)機(jī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)的一個(gè)熔斷器。

熔斷器的定義

type?CircuitBreaker?struct?{??
??name??????????string??
??maxRequests???uint32??//?最大請(qǐng)求數(shù)?（半開啟狀態(tài)會(huì)限流）??
??interval??????time.Duration???//?統(tǒng)計(jì)周期??
??timeout???????time.Duration???//?進(jìn)入熔斷后的超時(shí)時(shí)間??
??readyToTrip???func(counts?Counts)?bool?//?通過?Counts?判斷是否開啟熔斷。需要自定義??
??onStateChange?func(name?string,?from?State,?to?State)?//?狀態(tài)修改時(shí)的鉤子函數(shù)??
??
??mutex??????sync.Mutex?//?互斥鎖，下面數(shù)據(jù)的更新都需要加鎖??
??state??????State??//?記錄了當(dāng)前的狀態(tài)??
??generation?uint64?//?標(biāo)記屬于哪個(gè)周期??
??counts?????Counts?//?計(jì)數(shù)器，統(tǒng)計(jì)了?成功、失敗、連續(xù)成功、連續(xù)失敗等，用于決策是否進(jìn)入熔斷??
??expiry?????time.Time?//?進(jìn)入下個(gè)周期的時(shí)間??
}??

其中，如下參數(shù)是我們可以自定義的：

• MaxRequests：最大請(qǐng)求數(shù)。當(dāng)在最大請(qǐng)求數(shù)下，均請(qǐng)求正常的情況下，會(huì)關(guān)閉熔斷器

• interval：一個(gè)正常的統(tǒng)計(jì)周期。如果為 0，那每次都會(huì)將計(jì)數(shù)清零

• timeout: 進(jìn)入熔斷后，可以再次請(qǐng)求的時(shí)間

• readyToTrip：判斷熔斷生效的鉤子函數(shù)

• onStateChagne：狀態(tài)變更的鉤子函數(shù)

請(qǐng)求的執(zhí)行

熔斷器的執(zhí)行操作，主要包括三個(gè)階段；①請(qǐng)求之前的判定；②服務(wù)的請(qǐng)求執(zhí)行；③請(qǐng)求后的狀態(tài)和計(jì)數(shù)的更新

//?熔斷器的調(diào)用??
func?(cb?*CircuitBreaker)?Execute(req?func()?(interface{},?error))?(interface{},?error)?{??
??
??//?①請(qǐng)求之前的判斷??
??generation,?err?:=?cb.beforeRequest()??
??if?err?!=?nil?{??
????return?nil,?err??
??}??
??
??defer?func()?{??
????e?:=?recover()??
????if?e?!=?nil?{??
??????//?③?panic?的捕獲??
??????cb.afterRequest(generation,?false)??
??????panic(e)??
????}??
??}()??
??
??//?②?請(qǐng)求和執(zhí)行??
??result,?err?:=?req()??
??
??//?③?更新計(jì)數(shù)??
??cb.afterRequest(generation,?err?==?nil)??
??return?result,?err??
}??

請(qǐng)求之前的判定操作

請(qǐng)求之前，會(huì)判斷當(dāng)前熔斷器的狀態(tài)。如果熔斷器以開啟，則不會(huì)繼續(xù)請(qǐng)求。如果熔斷器半開，并且已達(dá)到最大請(qǐng)求閾值，也不會(huì)繼續(xù)請(qǐng)求。

func?(cb?*CircuitBreaker)?beforeRequest()?(uint64,?error)?{??
??cb.mutex.Lock()??
??defer?cb.mutex.Unlock()??
??
??now?:=?time.Now()??
??state,?generation?:=?cb.currentState(now)??
??
??if?state?==?StateOpen?{?//?熔斷器開啟，直接返回??
????return?generation,?ErrOpenState??
??}?else?if?state?==?StateHalfOpen?&&?cb.counts.Requests?>=?cb.maxRequests?{?//?如果是半打開的狀態(tài)，并且請(qǐng)求次數(shù)過多了，則直接返回??
????return?generation,?ErrTooManyRequests??
??}??
??
??cb.counts.onRequest()??
??return?generation,?nil??
}??

其中當(dāng)前狀態(tài)的計(jì)算，是依據(jù)當(dāng)前狀態(tài)來的。如果當(dāng)前狀態(tài)為已開啟，則判斷是否已經(jīng)超時(shí)，超時(shí)就可以變更狀態(tài)到半開；如果當(dāng)前狀態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，則通過周期判斷是否進(jìn)入下一個(gè)周期。

func?(cb?*CircuitBreaker)?currentState(now?time.Time)?(State,?uint64)?{??
??switch?cb.state?{??
??case?StateClosed:??
????if?!cb.expiry.IsZero()?&&?cb.expiry.Before(now)?{?//?是否需要進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期??
??????cb.toNewGeneration(now)??
????}??
??case?StateOpen:??
????if?cb.expiry.Before(now)?{??
??????//?熔斷器由開啟變更為半開??
??????cb.setState(StateHalfOpen,?now)??
????}??
??}??
??return?cb.state,?cb.generation??
}??

周期長度的設(shè)定，也是以據(jù)當(dāng)前狀態(tài)來的。如果當(dāng)前正常（熔斷器關(guān)閉），則設(shè)置為一個(gè) interval 的周期；如果當(dāng)前熔斷器是開啟狀態(tài)，則設(shè)置為超時(shí)時(shí)間（超時(shí)后，才能變更為半開狀態(tài)）。

請(qǐng)求之后的處理操作

每次請(qǐng)求之后，會(huì)通過請(qǐng)求結(jié)果是否成功，對(duì)熔斷器做計(jì)數(shù)。

func?(cb?*CircuitBreaker)?afterRequest(before?uint64,?success?bool)?{??
??cb.mutex.Lock()??
??defer?cb.mutex.Unlock()??
??
??now?:=?time.Now()??
??
??//?如果不在一個(gè)周期，就不再計(jì)數(shù)??
??state,?generation?:=?cb.currentState(now)??
??if?generation?!=?before?{??
????return??
??}??
??
??if?success?{??
????cb.onSuccess(state,?now)??
??}?else?{??
????cb.onFailure(state,?now)??
??}??
}??

如果在半開的狀態(tài)下：

• 如果請(qǐng)求成功，則會(huì)判斷當(dāng)前連續(xù)成功的請(qǐng)求數(shù) 大于等于 maxRequests， 則可以把狀態(tài)由半開狀態(tài)轉(zhuǎn)移為關(guān)閉狀態(tài)

• 如果在半開狀態(tài)下，請(qǐng)求失敗，則會(huì)直接將半開狀態(tài)轉(zhuǎn)移為開啟狀態(tài)

如果在關(guān)閉狀態(tài)下：

• 如果請(qǐng)求成功，則計(jì)數(shù)更新

• 如果請(qǐng)求失敗，則調(diào)用 readyToTrip 判斷是否需要將狀態(tài)關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)移為開啟狀態(tài)

總結(jié)

• 對(duì)于頻繁請(qǐng)求一些遠(yuǎn)程或者第三方的不可靠的服務(wù)，存在失敗的概率還是非常大的。使用熔斷器的好處就是可以是我們自身的服務(wù)不被這些不可靠的服務(wù)拖垮，造成雪崩。

• 由于熔斷器里面，不僅會(huì)維護(hù)不少的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還有互斥鎖做資源隔離，成本也會(huì)不少。

• 在半開狀態(tài)下，可能出現(xiàn)請(qǐng)求過多的情況。這是由于半開狀態(tài)下，連續(xù)請(qǐng)求成功的數(shù)量未達(dá)到最大請(qǐng)求值。所以，熔斷器對(duì)于請(qǐng)求時(shí)間過長（但是比較頻繁）的服務(wù)可能會(huì)造成大量的 too many requests 錯(cuò)誤

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