Sentinel入门到实操 (限流熔断降级)

微服务保护——Sentinel

介绍Sentinel

1.背景

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。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、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。
2. 服务保护技术对比

在SpringCloud当中支持多种服务保护技术：

• Netfix Hystrix
  
• Sentinel
  
• Resilience4J
  

早期比较流行的是Hystrix框架，但目前国内实用最广泛的还是阿里巴巴的Sentinel框架，这里我们做下对比：
SentinelHystrix隔离策略信号量隔离线程池隔离/信号量隔离熔断降级策略基于慢调用比例或异常比例基于失败比率实时指标实现滑动窗口滑动窗口（基于 RxJava）规则配置支持多种数据源支持多种数据源扩展性多个扩展点插件的形式基于注解的支持支持支持限流基于 QPS，支持基于调用关系的限流有限的支持流量整形支持慢启动、匀速排队模式不支持系统自适应保护支持不支持控制台开箱即用，可配置规则、查看秒级监控、机器发现等不完善常见框架的适配Servlet、Spring Cloud、Dubbo、gRPC  等Servlet、Spring Cloud Netflix3.安装Sentinel

1）下载
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。
课前资料也提供了下载好的jar包：

2）运行
将jar包放到任意非中文目录，执行命令：

1. java -jar sentinel-dashboard-1.8.1.jar

复制代码

如果要修改Sentinel的默认端口、账户、密码，可以通过下列配置：
配置项默认值说明server.port8080服务端口sentinel.dashboard.auth.usernamesentinel默认用户名sentinel.dashboard.auth.passwordsentinel默认密码例如，修改端口：

1. java -Dserver.port=8090 -jar sentinel-dashboard-1.8.1.jar

复制代码

3）访问
访问http://localhost:8080页面，就可以看到sentinel的控制台了：需要输入账号和密码，默认都是：sentinel

登录后，发现一片空白，什么都没有：这是因为我们还没有与微服务整合。

微服务整合Sentinel

四步骤：
0. 启动Nacos

进入到nacos的bin文件夹中cmd：startup.cmd -m standalone
1. 依赖

在指定微服务中导入该依赖

1. <dependency>
2.     <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
3.     <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
4. </dependency>

复制代码

2. yaml配置文件

修改application.yaml文件，添加下面内容：

1. server:
2.   port: 8088 #微服务地址
3. spring:
4.   cloud:
5.     sentinel:
6.       transport:
7.         dashboard: localhost:8080 #sentinel控制台访问地址

复制代码

3. 访问任意接口

打开浏览器，访问任意接口 如：http://localhost:8088/order/101，这样才能触发sentinel的监控。
然后再访问sentinel的控制台，查看效果：

FeignClient整合Sentinel

整合后编写失败降级逻辑：就是请求失败后不是直接返回一个异常而是返回一个空对象（保证用户体验）

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。
1. 修改配置文件

保证已经有了Feign和sentinel依赖

修改OrderService的application.yml文件，开启Feign的Sentinel功能：

1. feign:
2.   sentinel:
3.     enabled: true # 开启feign对sentinel的支持

复制代码

2. 编写请求失败降级逻辑

业务失败后，不能直接报错，而应该返回用户一个友好提示或者默认结果，这个就是失败降级逻辑。
给FeignClient编写请求失败后的降级逻辑
①方式一：FallbackClass，无法对远程调用的异常做处理【不推荐】
②方式二：FallbackFactory，可以对远程调用的异常做处理【推荐】
这里我们演示方式二的请求失败降级处理。
步骤一：在feing-api项目中定义类，实现FallbackFactory：

代码：

1. package cn.itcast.feign.clients.fallback;
3. import cn.itcast.feign.clients.UserClient;
4. import cn.itcast.feign.pojo.User;
5. import feign.hystrix.FallbackFactory;
6. import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
8. @Slf4j
9. public class UserClientFallbackFactory implements FallbackFactory<UserClient> {
10.     @Override
11.     public UserClient create(Throwable throwable) {
12.         return new UserClient() { //前提是必须有UserClient类和findById方法
13.             @Override
14.             public User findById(Long id) {
15.                 log.error("查询用户异常", throwable);
16.                 return new User();
17.             }
18.         };
19.     }
20. }

复制代码

步骤二：在feing-api项目中的DefaultFeignConfiguration类中将UserClientFallbackFactory注册为一个Bean：

记得配置类需要@Component

1. @Bean
2. public UserClientFallbackFactory userClientFallbackFactory(){
3.     return new UserClientFallbackFactory();
4. }

复制代码

步骤三：在feing-api项目中的UserClient接口中使用UserClientFallbackFactory：

1. import cn.itcast.feign.clients.fallback.UserClientFallbackFactory;
2. import cn.itcast.feign.pojo.User;
3. import org.springframework.cloud.openfeign.FeignClient;
4. import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
5. import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
7. @FeignClient(value = "userservice", fallbackFactory = UserClientFallbackFactory.class)
8. public interface UserClient {
10.     @GetMapping("/user/{id}")
11.     User findById(@PathVariable("id") Long id);
12. }

复制代码

重启后，访问一次订单查询业务，然后查看sentinel控制台，可以看到新的簇点链路：

雪崩问题

白话：雪崩问题是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。
服务A和其他服务需要服务D响应，但此时服务D故障了，服务A无法接收到结果。由于服务器支持的线程和并发数有限，请求一致阻塞会导致服务器资源耗尽，从而导致依赖于当前服务的其它服务随着时间的推移，最终也都会变的不可用，形成级联失败，雪崩就发生了
与服务D线程有关的服务雪崩：
服务D故障——> 服务A等有关服务阻塞
与服务D线程无关服务雪崩：
服务D故障——> 大量请求阻塞 ——> 服务器资源耗尽 ——>其他服务变得不可用 ——> 级联失败（雪崩）

如果服务提供者I发生了故障，当前的应用的部分业务因为依赖于服务I，因此也会被阻塞。此时，其它不依赖于服务I的业务似乎不受影响。但是，依赖服务I的业务请求被阻塞，用户不会得到响应，则tomcat的这个线程不会释放，于是越来越多的用户请求到来，越来越多的线程会阻塞。服务器支持的线程和并发数有限，请求一直阻塞，会导致服务器资源耗尽，从而导致所有其它服务都不可用，那么当前服务也就不可用了。那么，依赖于当前服务的其它服务随着时间的推移，最终也都会变的不可用，形成级联失败，雪崩就发生了

解决方案

限流是对服务的保护，避免因瞬间高并发流量而导致服务故障，进而避免雪崩。是一种预防措施。
超时处理、线程隔离、降级熔断是在部分服务故障时，将故障控制在一定范围，避免雪崩。是一种补救措施。
1. 预防措施

1.1 限流

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。

2. 补救措施

2.1 超时处理

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

2.2 舱壁模式

舱壁模式来源于船舱的设计：船舱都会被隔板分离为多个独立空间，当船体破损时，只会导致部分空间进入，将故障控制在一定范围内，避免整个船体都被淹没。

我们可以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。

2.3 断路器

断路器模式：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。
断路器会统计访问某个服务的请求数量，异常比例：

当发现访问服务D的请求异常比例过高时，认为服务D有导致雪崩的风险，会拦截访问服务D的一切请求，形成熔断：

限流：流量控制

1. 簇点链路

当请求进入微服务时，首先会访问DispatcherServlet，然后进入Controller、Service、Mapper，这样的一个调用链就叫做簇点链路。簇点链路中被监控的每一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，也就是controller中的方法），因此SpringMVC的每一个端点（Endpoint）就是调用链路中的一个资源。
例如，我们刚才访问的order-service中的OrderController中的端点：/order/

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：

• 流控：流量控制
  
• 降级：降级熔断
  
• 热点：热点参数限流，是限流的一种
  
• 授权：请求的权限控制
  

2. 流控模式

QPS是每秒请求数
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
2.1 直接模式

直接模式：请求访问接口在每秒内只能通过n个请求（n是单机阈值），其他请求会报错429：被限流
配置规则：

2.2 关联模式

需要对哪个接口限流就对哪个接口（端点）设置流控

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。业务需求是优先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。

满足以下条件可以使用关联模式：

• 两个有竞争关系的资源
  
• 一个优先级较高，一个优先级较低
  

关联模式：统计与当前资源相关的另一个资源（相不相关人为说了算），触发阈值时，对当前资源限流
配置规则：

语法说明：当/write资源访问量触发阈值n时，就会对/read资源限流，避免影响/write资源。
举例：

需求说明：

• 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5时，对/order/query请求限流
  

1）定义/order/query端点，模拟订单查询

1. @GetMapping("/query")
2. public String queryOrder() {
3.     return "查询订单成功";
4. }

复制代码

2）定义/order/update端点，模拟订单更新

1. @GetMapping("/update")
2. public String updateOrder() {
3.     return "更新订单成功";
4. }

复制代码

重启微服务并访问接口，查看sentinel控制台的簇点链路：

3）配置流控规则
对哪个端点限流，就点击哪个端点后面的按钮。我们是对订单查询/order/query限流，因此点击它后面的按钮：

在表单中填写流控规则：

4）在Jmeter测试
选择《流控模式-关联》：

可以看到1000个用户，100秒，因此QPS为10，超过了我们设定的阈值：5
查看http请求：

请求的目标是/order/update，这样这个断点就会触发阈值。
但限流的目标是/order/query，我们在浏览器访问，可以发现：确实被限流了。

2.3链路模式

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。
配置示例：
例如有两条请求链路：

• /test1 --> /common
  
• /test2 --> /common
  

test1和test2是接口，common一般是方法。判断从这个接口访问这个方法的单机阈值是否到达QPS，超过则限制

如果只希望统计从/test2进入到/common的请求，则可以这样配置：

举例：

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
  

实现：
1）添加查询商品方法
在order-service服务中，给OrderService类添加一个queryGoods方法：

1. public void queryGoods(){
2.     System.err.println("查询商品");
3. }

复制代码

2）查询订单时，查询商品
在order-service的OrderController中，修改/order/query端点的业务逻辑：

1. @GetMapping("/query")
2. public String queryOrder() {
3.     // 查询商品
4.     orderService.queryGoods();
5.     // 查询订单
6.     System.out.println("查询订单");
7.     return "查询订单成功";
8. }

复制代码

3）新增订单，查询商品
在order-service的OrderController中，修改/order/save端点，模拟新增订单：

1. @GetMapping("/save")
2. public String saveOrder() {
3.     // 查询商品
4.     orderService.queryGoods();
5.     // 查询订单
6.     System.err.println("新增订单");
7.     return "新增订单成功";
8. }

复制代码

4）给查询商品添加资源标记
默认情况下，OrderService中的方法是不被Sentinel监控的，需要我们自己通过注解来标记要监控的方法。
给OrderService的queryGoods方法添加@SentinelResource注解：

1. @SentinelResource("goods")public void queryGoods(){
2.     System.err.println("查询商品");
3. }

复制代码

链路模式中，是对不同来源的两个链路做监控。但是sentinel默认会给进入SpringMVC的所有请求设置同一个root资源，会导致链路模式失效。
我们需要关闭这种对SpringMVC的资源聚合，修改order-service服务的application.yml文件：

1. spring:
2.   cloud:
3.     sentinel:
4.       web-context-unify: false # 关闭context整合

复制代码

重启服务，访问/order/query和/order/save，可以查看到sentinel的簇点链路规则中，出现了新的资源：

5）添加流控规则
点击goods资源后面的流控按钮，在弹出的表单中填写下面信息：只统计从/order/query进入/goods的资源，QPS阈值为2，超出则被限流。

6）Jmeter测试
选择《流控模式-链路》：

可以看到这里200个用户，50秒内发完，QPS为4，超过了我们设定的阈值2
一个http请求是访问/order/save：

运行的结果：完全不受影响。

另一个是访问/order/query：

运行结果：每次只有2个通过。

3. 流控效果

• 快速失败：QPS超过阈值时，拒绝新的请求
  
• warm up： QPS超过阈值时，拒绝新的请求；QPS阈值是逐渐提升的，可以避免冷启动时高并发导致服务宕机。
  
• 排队等待：请求会进入队列，按照阈值允许的时间间隔依次执行请求；如果请求预期等待时长大于超时时间，直接拒绝
  

在流控的高级选项中，还有一个流控效果选项：

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（匀速器）：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
  

  【匀速排队，让请求以匀速的速度通过，阈值类型必须设置为QPS，否则无效】
  

  
  

3.1 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。
3.2 warm up

阈值一般是一个微服务能承担的最大QPS，但是一个服务刚刚启动时，一切资源尚未初始化（冷启动），如果直接将QPS跑到最大值，可能导致服务瞬间宕机。
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 maxThreshold / coldFactor，持续指定时长后，逐渐提高到maxThreshold值。而coldFactor的默认值是3
例如，我设置QPS的maxThreshold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.

举例：

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
1）配置流控规则：

2）Jmeter测试
选择《流控效果，warm up》：

QPS为10.
刚刚启动时，大部分请求失败，成功的只有3个，说明QPS被限定在3：

随着时间推移，成功比例越来越高：

到Sentinel控制台查看实时监控：

一段时间后：

3.3 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。
工作原理
例如：QPS = 5，意味着每200ms处理一个队列中的请求；timeout = 2000，意味着预期等待时长超过2000ms的请求会被拒绝并抛出异常。
那什么叫做预期等待时长呢？
比如现在一下子同时来了12 个请求，因为每200ms执行一个请求，那么：

• 第6个请求的预期等待时长 =  200 * （6 - 1） = 1000ms
  
• 第12个请求的预期等待时长 = 200 * （12-1） = 2200ms
  

现在，第1秒同时接收到10个请求，但第2秒只有1个请求，此时QPS的曲线这样的：

如果使用队列模式做流控，所有进入的请求都要排队，以固定的200ms的间隔执行，QPS会变的很平滑：

平滑的QPS曲线，对于服务器来说是更友好的。
举例：

需求：给/order/{orderId}这个资源设置限流，最大QPS为10，利用排队的流控效果，超时时长设置为5s
1）添加流控规则

2）Jmeter测试
选择《流控效果，队列》：

QPS为15，已经超过了我们设定的10。
如果是之前的 快速失败、warmup模式，超出的请求应该会直接报错。
但是我们看看队列模式的运行结果：

全部都通过了。
再去sentinel查看实时监控的QPS曲线：

QPS非常平滑，一致保持在10，但是超出的请求没有被拒绝，而是放入队列。因此响应时间（等待时间）会越来越长。
当队列满了以后，才会有部分请求失败：

限流 ：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。
1. 全局参数限流

例如，一个根据id查询商品的接口：

访问/goods/{id}的请求中，id参数值会有变化，热点参数限流会根据参数值分别统计QPS，统计结果：

当id=1的请求触发阈值被限流时，id值不为1的请求不受影响。
配置示例：

解释：对hot这个资源的0号参数（第一个参数）做统计，每1秒相同参数值的请求数不能超过5
2. 热点参数限流

刚才的配置中，对查询商品这个接口的所有商品一视同仁，QPS都限定为5.
而在实际开发中，可能部分商品是热点商品，例如秒杀商品，我们希望这部分商品的QPS限制与其它商品不一样，高一些。那就需要配置热点参数限流的高级选项了：

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5，有两个例外：
•如果参数值是100，则每1秒允许的QPS为10
•如果参数值是101，则每1秒允许的QPS为15
案例

案例需求：给/order/{orderId}这个资源添加热点参数限流，规则如下：
•默认的热点参数规则是每1秒请求量不超过2
•给102这个参数设置例外：每1秒请求量不超过4
•给103这个参数设置例外：每1秒请求量不超过10
注意事项：热点参数限流对默认的SpringMVC资源无效，需要利用@SentinelResource注解标记资源
1）标记资源
给order-service中的OrderController中的/order/{orderId}资源添加注解：

2）热点参数限流规则
访问该接口，可以看到我们标记的hot资源出现了：

这里不要点击hot后面的按钮，页面有BUG
点击左侧菜单中热点规则菜单：

点击新增，填写表单：

3）Jmeter测试
选择《热点参数限流 QPS1》：

这里发起请求的QPS为5.
包含3个http请求：
普通参数，QPS阈值为2

运行结果：

例外项，QPS阈值为4

运行结果：

例外项，QPS阈值为10

运行结果：

舱壁模式：线程隔离

线程隔离建议设置监控接口里的远程调用，因为一旦发生熔断和隔离是不允许外界访问该接口。监控远程调用是因为远程调用使用的feign-api模块对远程调用接口方法写了发生熔断和隔离时返回空对象。如果监控外部接口，一旦发生隔离则直接报错，阻止用户访问接口并不会返回空对象（因为该接口方法没写发生熔断和隔离时返回空对象）。

1. 线程隔离的两种方式

线程隔离有两种方式实现：

区别：
信号量——高扇出(高并发)   线程池——底扇出(请求量小)
特点：
信号量隔离——基于计数器模式，简单，开销小
线程池隔离是——基于线程池模式，有额外开销，但隔离控制更强

• 线程池隔离
  
• 信号量隔离（Sentinel默认采用，选择QPS）
  

如图：

线程池隔离：给每个服务调用业务分配一个线程池，利用线程池本身实现隔离效果
信号量隔离：不创建线程池，而是计数器模式，记录业务使用的线程数量，达到信号量上限时，禁止新的请求。
两者的优缺点：

2. sentinel的线程隔离

用法说明：

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，实现线程隔离（舱壁模式）。
  

案例：

案例需求：给 order-service服务中的UserClient的查询用户接口设置流控规则，线程数不能超过 2。然后利用jemeter测试。
1）配置隔离规则
选择feign接口后面的流控按钮：

填写表单：

2）Jmeter测试

选择《阈值类型-线程数