Java并发编程指南：如何正确使用信号量和线程池熔断机制

前言：

在分布式系统中，选择合适的熔断机制是保护系统免受故障影响的关键。本文将介绍使用信号量和线程池两种常见的熔断机制，并提供Java和Spring Cloud Alibaba框架下的示例代码，帮助您深入理解和应用。

1. 信号量熔断机制

信号量熔断机制基于并发请求的数量进行熔断，可限制系统的并发访问量。它适用于资源有限且对请求响应时间要求较高的场景。下面是使用Java和Spring Cloud Alibaba框架实现信号量熔断机制的示例代码：

配置类

import org.springframework.cloud.circuitbreaker.resilience4j.Resilience4JCircuitBreakerFactory;
import io.github.resilience4j.circuitbreaker.CircuitBreakerConfig;

@Configuration
public class CircuitBreakerConfiguration {
    @Bean
    public Customizer<Resilience4JCircuitBreakerFactory> defaultCircuitBreakerCustomizer() {
        return factory -> {
            factory.configureDefault(configuration -> {
                configuration.circuitBreakerConfig(CircuitBreakerConfig.custom()
                        .slidingWindowSize(10)
                        .failureRateThreshold(50)
                        .waitDurationInOpenState(Duration.ofMillis(1000))
                        .build());
            });
        };
    }
}

业务类

@Service
public class MyService {
    private final CircuitBreaker circuitBreaker;

    public MyService(CircuitBreakerFactory circuitBreakerFactory) {
        this.circuitBreaker = circuitBreakerFactory.create("myService");
    }

    @CircuitBreakerFallback
    public String myMethod() {
        // 执行业务逻辑
        // ...
    }

    public String myMethodWithCircuitBreaker() {
        return this.circuitBreaker.run(this::myMethod, throwable -> {
            // 熔断发生时的处理逻辑,发送警报通知，拓展记录日志等
            sendAlertNotification();

            // 执行回退逻辑，抛出自定义异常
            throw new CustomFallbackException("服务熔断");
        });
    }

    private void sendAlertNotification() {
        // 发送警报通知的逻辑
        // ...
    }

    private static class CustomFallbackException extends RuntimeException {
        public CustomFallbackException(String message) {
            super(message);
        }
    }
}

在上述代码中，我们使用Resilience4J库实现了信号量熔断机制。通过CircuitBreakerConfig对象的配置，我们设定了熔断的阈值、失败率和等待时间等参数。在MyService的myMethodWithCircuitBreaker方法中，我们使用CircuitBreaker来调用myMethod方法，当发生熔断时，会执行处理逻辑。处理逻辑示例中，我们通过sendAlertNotification方法发送了警报通知。回退逻辑示例中，我们抛出了一个自定义的异常，以表明熔断发生。

2. 线程池熔断机制

线程池熔断机制基于线程数来进行熔断，可控制系统中的线程数量，保证系统的稳定性。它适用于请求处理时间较长且需要灵活配置的场景。以下是使用Java和Spring Cloud Alibaba框架实现线程池熔断机制的示例代码：

import java.util.concurrent.*;
import com.alibaba.csp.sentinel.annotation.SentinelResource;
import com.alibaba.csp.sentinel.slots.block.BlockException;

@Service
public class MyService {
    private final ExecutorService executorService;
    private final Semaphore semaphore;

    public MyService() {
        // 创建线程池
        this.executorService = new ThreadPoolExecutor(
            10, 10,
            0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>(100),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
        );
        
        this.semaphore = new Semaphore(10); // 设置信号量的限制为10
    }

    @SentinelResource(value = "myService", blockHandler = "handleBlockMethod")
    public String myMethod() {
        // 执行业务逻辑
        // ...
    }

    public String handleBlockMethod(BlockException ex) {
        // 熔断发生时的处理逻辑
        // ...
        return "Fallback";
    }
    
    public String myMethodWithCircuitBreaker() throws InterruptedException, ExecutionException {
        Future<String> future = executorService.submit(() -> {
            semaphore.acquire(); // 获取信号量许可
            try {
                return myMethod(); // 执行业务逻辑
            } finally {
                semaphore.release(); // 释放信号量许可
            }
        });
        
        try {
            return future.get(); // 等待业务方法执行结果
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            // 熔断发生，执行回退逻辑
            return handleBlockMethod(e);
        }
    }
}

在上述示例中，我们使用ThreadPoolExecutor来创建一个线程池，并设置相关参数，如核心线程数、最大线程数和线程空闲时间。在方法myMethodWithCircuitBreaker中，我们使用线程池来执行被保护的方法myMethod，并使用Semaphore来限制并发访问量，即限制同时执行的线程数量。在方法中，通过Semaphore的acquire和release方法获取和释放信号量许可。如果发生熔断，我们执行处理逻辑handleBlockMethod作为回退逻辑。

总结

本文讲解了信号量熔断机制和线程池熔断机制，并给出了Java和Spring Cloud Alibaba框架下的示例代码。选择适合的熔断机制要考虑资源限制、请求处理时间和容错能力等因素。如果你的场景资源有限且需要快速响应请求，那信号量就是个不错的选择。如果你的任务处理时间较长，需要更灵活的配置，那线程池会更适合。要根据实际情况综合考虑，做出最佳的选择。