微服务保护（Sentinel）

目录

1.初识Sentinel

1.1 雪崩问题及解决方案

1.2 认识Sentinel

1.2.1 安装Sentinel控制台

2. 引入SpringCloud项目

2.1 项目结构

2.2 微服务整合Sentinel

3.限流规则

3.1 快速入门

3.2 流控模式

3.2.1 流控模式-关联

3.2.2 流控模式-链路

3.3 流控效果

3.3.1 流控效果-warm up

3.3.2 流控效果-排队等待

4.热点参数限流

5.隔离和降级

5.1 Feign整合Sentinel

5.2 线程隔离（舱壁模式）

5.3 熔断降级

5.3.1 熔断策略-慢调用

5.3.2 熔断策略-异常比例、异常数

6.自定义异常结果

7.规则持久化

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1.初识Sentinel

1.1 雪崩问题及解决方案

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。

 解决方案：

（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，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，避免服务因流量的突增而故障。

 小结：

什么是雪崩问题？
        微服务之间相互调用，因为调用链中的一个服务故障，引起整个链路都无法访问的情况。

如何避免因瞬间高并发流量而导致服务故障？
        流量控制

如何避免因服务故障引起的雪崩问题？
        超时处理
        线程隔离
        降级熔断

1.2 认识Sentinel

服务保护技术对比：

        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
        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。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、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。
                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。

1.2.1 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。大家可以在GitHub下载。此处使用的jar包是：

（2）然后访问：localhost:8080 即可看到控制台页面，默认的账户和密码都是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：

2. 引入SpringCloud项目

        要使用Sentinel肯定要结合微服务，这里我们使用SpringCloud的工程。

2.1 项目结构

 2.2 微服务整合Sentinel

        在父组件中其中一个子组件整合Sentinel，并且连接Sentinel的控制台，步骤如下：

（1）引入sentinel依赖：

       
            com.alibaba.cloud
            spring-cloud-starter-alibaba-sentinel
       
   

（2）配置控制台地址

#sentinel的端口配置，若端口号已进行修改，则此处的端口号也要改变
spring.cloud.sentinel.transport.dashboard=localhost:8080

 （3）访问微服务的任意端点，触发sentinel监控

3.限流规则

        簇点链路

        簇点链路：就是项目内的调用链路，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：

3.1 快速入门

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/getOrder/{orderId}这个资源的单机阈值（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。

        需求：给 /order/{orderId}这个资源设置流控规则，QPS不能超过 5。然后利用jemeter测试。

 3.2 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：
                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
                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
                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

 3.2.1 流控模式-关联

        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
        使用场景：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。通俗的说就是在查询订单前要是关联的更新订单状态进入限流状态，那么查询订单状态也会被限流。

        注意：对谁限流就对谁流控。

        使用方法举例：

         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。

        需求：
        在OrderController新建两个端点：/order/query和/order/update，无需实现业务
        配置流控规则，当/order/ update资源被访问的QPS超过10时，对/order/query请求限流

 @GetMapping("/query")
    public String query(){
        return "查询全部信息";
    }
    @GetMapping("/update")
    public String update(){
        return "更新部分信息";
    }

        满足下面条件可以使用关联模式：
               （1） 两个有竞争关系的资源
               （2）一个优先级较高，一个优先级较低

3.2.2 流控模式-链路

        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。
                例如有两条请求链路：
                /test1  -> /common
                /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：

         需求：有查询订单和创建订单业务，两者都需要查询商品。针对从查询订单进入到查询商品的请求统计，并设置限流。
        步骤：
                在OrderService中添加一个queryGoods方法，不用实现业务
                在OrderController中，改造/order/query端点，调用OrderService中的queryGoods方法
                在OrderController中添加一个/order/save的端点，调用OrderService的queryGoods方法
                给queryGoods设置限流规则,从/order/query进入queryGoods的方法限制QPS必须小于2

Sentinel默认会将Controller方法做context整合，导致链路模式的流控失效，需要修改配置文件，添加配置信息。

小结：

流控模式有哪些？

        直接：对当前资源限流

        关联：高优先级资源触发阈值，对低优先级资源限流。

        链路：阈值统计时，只统计从指定资源进入当前资源的请求，是对请求来源的限流

3.3 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：

        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。

        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。

        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

3.3.1 流控效果-warm up

        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 /

coldFactor，持续指定时长后，逐渐提高到threshold值。而coldFactor的默认值是3。

        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。

需求：给/order/{orderId}这个资源设置限流，最大QPS为10，利用warm up效果，预热时长为5秒

 3.3.2 流控效果-排队等待

        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。
        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

4.热点参数限流

        之前的限流是统计访问某个资源的所有请求，判断是否超过QPS阈值。而热点参数限流是分别统计参数值相同的请求，判断是否超过QPS阈值。

 配置示例：

在热点参数限流的高级选项中，可以对部分参数设置例外配置：

        结合上一个配置，这里的含义是对0号的long类型参数限流，每1秒相同参数的QPS不能超过3，有两个例外：

注意：热点参数限流对默认的SpringMVC资源无效

使用测压工具测试去测试限流：

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。

 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。
        修改用户部分的bootstrap.properties文件，开启Feign的Sentinel功能

        给FeignClient编写失败后的降级逻辑
                方式一：FallbackClass，无法对远程调用的异常做处理
                方式二：FallbackFactory，可以对远程调用的异常做处理，我们选择这种。

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

@Component
@Slf4j
public class ProductFeignFactory implements FallbackFactory {
    @Override
    public ProductFeign create(Throwable throwable) {
        ProductFeign productFeign=new ProductFeign() {
            //这个是getById方法的兜底方案
            @Override
            public CommonResult findById(Integer pid) {
                log.error("远程调用商品服务出现问题，执行了兜底的方法");
                Product product=new Product();
                product.setPname("服务器正忙，请稍后再试");
                return new CommonResult(5000,"查找失败",product);
            }
        };
        return productFeign;
    }
}

步骤二：在ProductFeign中的接口中使用fallbackFactory：

//被调用的微服务名称
@FeignClient(value = "springcloud-product",fallbackFactory = ProductFeignFactory.class)
public interface ProductFeign {
    //调用微服务接口方法：必须和微服务提供者的方法参数必须一致
    @RequestMapping("/product/findById/{pid}")
    public CommonResult findById(@PathVariable Integer pid);
}

5.2 线程隔离（舱壁模式）

        线程隔离有两种方式实现：
                线程池隔离
                信号量隔离（Sentinel默认采用）

信号量隔离的特点是？

        基于计数器模式，简单，开销小

线程池隔离的特点是？

        基于线程池模式，有额外开销，但隔离控制更强

在添加限流规则时，可以选择两种阈值类型：

QPS：就是每秒的请求数，在快速入门中已经演示过
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。

使用压测工具进行测试：

5.3 熔断降级

        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。

断路器熔断策略有三种：慢调用、异常比例、异常数

        慢调用比例：超过指定时长的调用为慢调用，统计单位时长内慢调用的比例，超过阈值则熔断
        异常比例：统计单位时长内异常调用的比例，超过阈值则熔断
        异常数：统计单位时长内异常调用的次数，超过阈值则熔断

5.3.1 熔断策略-慢调用

        慢调用：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。例如：

        为了触发慢调用规则，我们需要修改ProductService中的业务，增加业务耗时：

5.3.2 熔断策略-异常比例、异常数

        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：

        在service代码中改写

6.自定义异常结果

        获取请求来源的接口是什么？
                RequestOriginParser
        处理BlockException的接口是什么？
                BlockExceptionHandler

        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：

而BlockException包含很多个子类，分别对应不同的场景：

在OrderService中定义类，实现BlockExceptionHandler接口:

@RestControllerAdvice
public class MyHandly{
    @ExceptionHandler(FlowException.class)
    public void flowException(
            HttpServletResponse httpServletResponse) throws Exception {
            String msg = "未知异常";
            int status = 429;

            msg = "请求被限流了！";

        httpServletResponse.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        httpServletResponse.setStatus(status);
        httpServletResponse.getWriter().println("{\"message\": \"" + msg + "\", \"status\": " + status + "}");
    }

    @ExceptionHandler(DegradeException.class)
    public void handle(
            HttpServletResponse httpServletResponse) throws Exception {
        String msg = "请求被降级了";
        int status = 429;

        httpServletResponse.setContentType("application/json;charset=utf-8");
        httpServletResponse.setStatus(status);
        httpServletResponse.getWriter().println("{\"message\": \"" + msg + "\", \"status\": " + status + "}");
    }
}

7.规则持久化

        规则管理模式-pull模式

        pull模式：控制台将配置的规则推送到Sentinel客户端，而客户端会将配置规则保存在本地文件或数据库中。以后会定时去本地文件或数据库中查询，更新本地规则。

1.java代码

package com.qy151wd.config;

import com.alibaba.csp.sentinel.command.handler.ModifyParamFlowRulesCommandHandler;
import com.alibaba.csp.sentinel.datasource.*;
import com.alibaba.csp.sentinel.init.InitFunc;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.authority.AuthorityRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.authority.AuthorityRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.degrade.DegradeRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.FlowRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.param.ParamFlowRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.flow.param.ParamFlowRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.system.SystemRule;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.system.SystemRuleManager;
import com.alibaba.csp.sentinel.transport.util.WritableDataSourceRegistry;
import com.alibaba.fastjson.JSON;
import com.alibaba.fastjson.TypeReference;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.List;


/**
 * TODO
 *
 * @author admin
 * @version 1.0
 * @since 2022-08-25  22:07:10
 */
public class FilePersistence implements InitFunc {

    @Override
    public void init() throws Exception {
        String ruleDir = "sentinel-rules\\";
        String flowRulePath = ruleDir + "/flow-rule.json";
        String degradeRulePath = ruleDir + "/degrade-rule.json";
        String systemRulePath = ruleDir + "/system-rule.json";
        String authorityRulePath = ruleDir + "/authority-rule.json";
        String paramFlowRulePath = ruleDir + "/param-flow-rule.json";

        this.mkdirIfNotExits(ruleDir);
        this.createFileIfNotExits(flowRulePath);
        this.createFileIfNotExits(degradeRulePath);
        this.createFileIfNotExits(systemRulePath);
        this.createFileIfNotExits(authorityRulePath);
        this.createFileIfNotExits(paramFlowRulePath);

        // 流控规则
        ReadableDataSource> flowRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                flowRulePath,
                flowRuleListParser
        );
        FlowRuleManager.register2Property(flowRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> flowRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                flowRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerFlowDataSource(flowRuleWDS);

        // 降级规则
        ReadableDataSource> degradeRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                degradeRulePath,
                degradeRuleListParser
        );
        DegradeRuleManager.register2Property(degradeRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> degradeRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                degradeRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerDegradeDataSource(degradeRuleWDS);

        // 系统规则
        ReadableDataSource> systemRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                systemRulePath,
                systemRuleListParser
        );
        SystemRuleManager.register2Property(systemRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> systemRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                systemRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerSystemDataSource(systemRuleWDS);

        // 授权规则
        ReadableDataSource> authorityRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                authorityRulePath,
                authorityRuleListParser
        );
        AuthorityRuleManager.register2Property(authorityRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> authorityRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                authorityRulePath,
                this::encodeJson
        );
        WritableDataSourceRegistry.registerAuthorityDataSource(authorityRuleWDS);

        // 热点参数规则
        ReadableDataSource> paramFlowRuleRDS = new FileRefreshableDataSource<>(
                paramFlowRulePath,
                paramFlowRuleListParser
        );
        ParamFlowRuleManager.register2Property(paramFlowRuleRDS.getProperty());
        WritableDataSource> paramFlowRuleWDS = new FileWritableDataSource<>(
                paramFlowRulePath,
                this::encodeJson
        );
        ModifyParamFlowRulesCommandHandler.setWritableDataSource(paramFlowRuleWDS);
    }

    private Converter> flowRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
    private Converter> degradeRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );
    private Converter> systemRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );

    private Converter> authorityRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );

    private Converter> paramFlowRuleListParser = source -> JSON.parseObject(
            source,
            new TypeReference>() {
            }
    );

    private void mkdirIfNotExits(String filePath) throws IOException {
        File file = new File(filePath);
        if (!file.exists()) {
            file.mkdirs();
        }
    }

    private void createFileIfNotExits(String filePath) throws IOException {
        File file = new File(filePath);
        if (!file.exists()) {
            file.createNewFile();
        }
    }

    private  String encodeJson(T t) {
        return JSON.toJSONString(t);
    }
}

2 添加配置

在resources下创建配置目录 META-INF/services ,然后添加文件

com.alibaba.csp.sentinel.init.InitFunc

在文件中添加配置类的全路径

3.测试

退出sentinel再进入看是否还有之前设计的规则