為什么需要Hystrix

在大中型分布式系統(tǒng)中，通常系統(tǒng)很多依賴，如下圖:

在高并發(fā)訪問下，這些依賴的穩(wěn)定性與否對系統(tǒng)的影響非常大，但是依賴有很多不可控問題：如網(wǎng)絡(luò)連接緩慢，資源繁忙，暫時(shí)不可用，服務(wù)脫機(jī)等，如下圖：

當(dāng)依賴阻塞時(shí)，大多數(shù)服務(wù)器的線程池就出現(xiàn)阻塞，影響整個(gè)線上服務(wù)的穩(wěn)定性，如下圖：

在復(fù)雜的分布式架構(gòu)的應(yīng)用程序有很多的依賴，都會(huì)不可避免地在某些時(shí)候失敗。高并發(fā)的依賴失敗時(shí)如果沒有隔離措施，當(dāng)前應(yīng)用服務(wù)就有被拖垮的風(fēng)險(xiǎn)。

Hystrix如何解決依賴隔離

• Hystrix使用命令模式HystrixCommand(Command)包裝依賴調(diào)用邏輯，每個(gè)命令在單獨(dú)線程中/信號授權(quán)下執(zhí)行。

• 可配置依賴調(diào)用超時(shí)時(shí)間,超時(shí)時(shí)間一般設(shè)為比99.5%平均時(shí)間略高即可。當(dāng)調(diào)用超時(shí)時(shí)，直接返回或執(zhí)行fallback邏輯。

• 為每個(gè)依賴提供一個(gè)小的線程池或信號，如果線程池已滿調(diào)用將被立即拒絕，默認(rèn)不采用排隊(duì)。加速失敗判定時(shí)間。

• 依賴調(diào)用結(jié)果分：成功、失敗/拋出異常、超時(shí)、線程拒絕、短路。 請求失敗(異常，拒絕，超時(shí)，短路)時(shí)執(zhí)行fallback(降級)邏輯。

• 提供熔斷器組件，可以自動(dòng)運(yùn)行或手動(dòng)調(diào)用，停止當(dāng)前依賴一段時(shí)間(10秒)，熔斷器默認(rèn)錯(cuò)誤率閾值為50%，超過將自動(dòng)運(yùn)行。

• 提供近實(shí)時(shí)依賴的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控。

Hystrix依賴的隔離架構(gòu)，如下圖：

如何使用Hystrix

使用maven引入Hystrix依賴

<hystrix.version>1.3.16</hystrix.version>  
<hystrix-metrics-event-stream.version>1.1.2</hystrix-metrics-event-stream.version>   

<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-metrics-event-stream.version}</version>  
 </dependency>  

使用命令模式封裝依賴邏輯

public class HelloWorldCommand extends HystrixCommand<String> {  
    private final String name;  
    public HelloWorldCommand(String name) {  
        //最少配置:指定命令組名(CommandGroup)  
        super(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("ExampleGroup"));  
        this.name = name;  
    }  
    @Override  
    protected String run() {  
        // 依賴邏輯封裝在run()方法中  
        return "Hello " + name +" thread:" + Thread.currentThread().getName();  
    }  
    //調(diào)用實(shí)例  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        //每個(gè)Command對象只能調(diào)用一次,不可以重復(fù)調(diào)用,  
        //重復(fù)調(diào)用對應(yīng)異常信息
        HelloWorldCommand helloWorldCommand = new HelloWorldCommand("sync-hystrix");  
        //使用execute()同步調(diào)用代碼,效果等同于:helloWorldCommand.queue().get();   
        String result = helloWorldCommand.execute();  
        System.out.println("result=" + result);  

        helloWorldCommand = new HelloWorldCommand("async-hystrix");  
        //異步調(diào)用,可自由控制獲取結(jié)果時(shí)機(jī),  
        Future<String> future = helloWorldCommand.queue();  
        //get操作不能超過command定義的超時(shí)時(shí)間,默認(rèn):1秒  
        result = future.get(100, TimeUnit.MILLISECONDS);  
        System.out.println("result=" + result);  
        System.out.println("mainThread=" + Thread.currentThread().getName());  
    }       
}  

使用Fallback() 提供降級策略

//重載HystrixCommand的getFallback方法實(shí)現(xiàn)邏輯  
public class HelloWorldCommand extends HystrixCommand<String> {  
    private final String name;  
    public HelloWorldCommand(String name) {  
        super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("HelloWorldGroup"))
            .andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter()
                            .withExecutionIsolationThreadTimeoutInMilliseconds(500)));  
        this.name = name;  
    }  
    @Override  
    protected String getFallback() {  
        return "exeucute Falled";  
    }  
    @Override  
    protected String run() throws Exception {  
        //sleep 1 秒,調(diào)用會(huì)超時(shí)  
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);  
        return "Hello " + name +" thread:" + Thread.currentThread().getName();  
    }  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        HelloWorldCommand command = new HelloWorldCommand("test-Fallback");  
        String result = command.execute();  
    }  
}  

NOTE: 除了HystrixBadRequestException異常之外，所有從run()方法拋出的異常都算作失敗，并觸發(fā)降級getFallback()和斷路器邏輯。

HystrixBadRequestException用在非法參數(shù)或非系統(tǒng)故障異常等不應(yīng)觸發(fā)回退邏輯的場景。

依賴命名:CommandKey

public HelloWorldCommand(String name) {  
        super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("ExampleGroup"))  
                /* HystrixCommandKey工廠定義依賴名稱 */  
                .andCommandKey(HystrixCommandKey.Factory.asKey("HelloWorld")));  
        this.name = name;  
}

NOTE: 每個(gè)CommandKey代表一個(gè)依賴抽象，相同的依賴要使用相同的CommandKey名稱。依賴隔離的根本就是對相同CommandKey的依賴做隔離。

依賴分組:CommandGroup

命令分組用于對依賴操作分組，便于統(tǒng)計(jì)，匯總等。

//使用HystrixCommandGroupKey工廠定義  
public HelloWorldCommand(String name) {  
    Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("HelloWorldGroup"))  
}

NOTE: CommandGroup是每個(gè)命令最少配置的必選參數(shù)，在不指定ThreadPoolKey的情況下，字面值用于對不同依賴的線程池/信號區(qū)分。

線程池/信號:ThreadPoolKey

public HelloWorldCommand(String name) {  
        super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("ExampleGroup"))  
                .andCommandKey(HystrixCommandKey.Factory.asKey("HelloWorld"))  
                /* 使用HystrixThreadPoolKey工廠定義線程池名稱*/  
                .andThreadPoolKey(HystrixThreadPoolKey.Factory.asKey("HelloWorldPool")));  
        this.name = name;  
}

NOTE: 當(dāng)對同一業(yè)務(wù)依賴做隔離時(shí)使用CommandGroup做區(qū)分，但是對同一依賴的不同遠(yuǎn)程調(diào)用如(一個(gè)是redis 一個(gè)是http)，可以使用HystrixThreadPoolKey做隔離區(qū)分。

最然在業(yè)務(wù)上都是相同的組，但是需要在資源上做隔離時(shí)，可以使用HystrixThreadPoolKey區(qū)分。

信號量隔離:SEMAPHORE

隔離本地代碼或可快速返回遠(yuǎn)程調(diào)用(如memcached，redis)可以直接使用信號量隔離，降低線程隔離開銷。

public class HelloWorldCommand extends HystrixCommand<String> {  
    private final String name;  
    public HelloWorldCommand(String name) {  
        super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("HelloWorldGroup"))  
                /* 配置信號量隔離方式,默認(rèn)采用線程池隔離 */  
                .andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter()
                                    .withExecutionIsolationStrategy(HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy.SEMAPHORE)));  
        this.name = name;  
    }  
    @Override  
    protected String run() throws Exception {  
        return "HystrixThread:" + Thread.currentThread().getName();  
    }  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        HelloWorldCommand command = new HelloWorldCommand("semaphore");  
        String result = command.execute();  
        System.out.println(result);  
        System.out.println("MainThread:" + Thread.currentThread().getName());  
    }  
}  

Hystrix關(guān)鍵組件分析

Hystrix流程結(jié)構(gòu)解析

流程說明：

1，每次調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)新的HystrixCommand，把依賴調(diào)用封裝在run()方法中

2，執(zhí)行execute()/queue做同步或異步調(diào)用

3，判斷熔斷器(circuit-breaker)是否打開，如果打開跳到步驟8，進(jìn)行降級策略，否則繼續(xù)后續(xù)步驟

4，判斷線程池/隊(duì)列/信號量是否跑滿，如果跑滿進(jìn)入降級步驟8，否則繼續(xù)后續(xù)步驟

5，調(diào)用HystrixCommand的run方法，運(yùn)行依賴邏輯

a 依賴邏輯調(diào)用超時(shí)，進(jìn)入步驟8

6，判斷邏輯是否調(diào)用成功

a 返回成功調(diào)用結(jié)果

b 調(diào)用出錯(cuò)，進(jìn)入步驟8

7，計(jì)算熔斷器狀態(tài)，所有的運(yùn)行狀態(tài)上報(bào)給熔斷器，用于統(tǒng)計(jì)從而判斷熔斷器狀態(tài)

8，getFallback()降級邏輯

以下四種情況將觸發(fā)getFallback調(diào)用：

• run()方法拋出非HystrixBadRequestException異常

• run()方法調(diào)用超時(shí)

• 熔斷器開啟攔截調(diào)用

• 線程池/隊(duì)列/信號量是否跑滿

沒有實(shí)現(xiàn)getFallback的Command將直接拋出異常

fallback降級邏輯調(diào)用成功直接返回

降級邏輯調(diào)用失敗拋出異常

9，返回執(zhí)行成功結(jié)果

熔斷器:Circuit Breaker

Circuit Breaker 流程架構(gòu)和統(tǒng)計(jì)

每個(gè)熔斷器默認(rèn)維護(hù)10個(gè)bucket，每秒一個(gè)bucket，每個(gè)blucket記錄成功、失敗、超時(shí)、拒絕的狀態(tài)，默認(rèn)錯(cuò)誤超過50%且10秒內(nèi)超過20個(gè)請求進(jìn)行中斷攔截.。

隔離(Isolation)分析

Hystrix隔離方式采用線程/信號的方式，通過隔離限制依賴的并發(fā)量和阻塞擴(kuò)散。

(1) 線程隔離

把執(zhí)行依賴代碼的線程與請求線程分離，請求線程可以自由控制離開的時(shí)間(異步過程)。

通過線程池大小可以控制并發(fā)量，當(dāng)線程池飽和時(shí)可以提前拒絕服務(wù)，防止依賴問題擴(kuò)散。

線上建議線程池不要設(shè)置過大，否則大量堵塞線程有可能會(huì)拖慢服務(wù)器。

線程池的使用示意圖如下圖所示，當(dāng)n個(gè)請求線程并發(fā)對某個(gè)接口請求調(diào)用時(shí)，會(huì)先從hystrix管理的線程池里面獲得一個(gè)線程，然后將參數(shù)傳遞給這個(gè)線程去執(zhí)行真正調(diào)用。線程池的大小有限，默認(rèn)是10個(gè)線程，可以使用maxConcurrentRequests參數(shù)配置，如果并發(fā)請求數(shù)多于線程池線程個(gè)數(shù)，就有線程需要進(jìn)入隊(duì)列排隊(duì)，但排隊(duì)隊(duì)列也有上限，默認(rèn)是 5，如果排隊(duì)隊(duì)列也滿，則必定有請求線程會(huì)走fallback流程。

線程池模式可以支持異步調(diào)用，支持超時(shí)調(diào)用，支持直接熔斷，存在線程切換，開銷大。

(2) 線程隔離的優(yōu)缺點(diǎn)

線程隔離的優(yōu)點(diǎn)：

• 使用線程可以完全隔離第三方代碼，請求線程可以快速放回。

• 當(dāng)一個(gè)失敗的依賴再次變成可用時(shí)，線程池將清理，并立即恢復(fù)可用，而不是一個(gè)長時(shí)間的恢復(fù)。

• 可以完全模擬異步調(diào)用，方便異步編程。

線程隔離的缺點(diǎn)：

• 線程池的主要缺點(diǎn)是它增加了cpu，因?yàn)槊總€(gè)命令的執(zhí)行涉及到排隊(duì)(默認(rèn)使用SynchronousQueue避免排隊(duì))，調(diào)度和上下文切換。

• 對使用ThreadLocal等依賴線程狀態(tài)的代碼增加復(fù)雜性，需要手動(dòng)傳遞和清理線程狀態(tài)。

NOTE: Netflix公司內(nèi)部認(rèn)為線程隔離開銷足夠小，不會(huì)造成重大的成本或性能的影響。

Netflix內(nèi)部API每天100億的HystrixCommand依賴請求使用線程隔，每個(gè)應(yīng)用大約40多個(gè)線程池，每個(gè)線程池大約5-20個(gè)線程。

(3) 信號隔離

信號隔離也可以用于限制并發(fā)訪問，防止阻塞擴(kuò)散, 與線程隔離最大不同在于執(zhí)行依賴代碼的線程依然是請求線程（該線程需要通過信號申請）。

如果客戶端是可信的且可以快速返回，可以使用信號隔離替換線程隔離，降低開銷。

線程隔離與信號隔離區(qū)別如下圖：

信號量的使用示意圖如下圖所示，當(dāng)n個(gè)并發(fā)請求去調(diào)用一個(gè)目標(biāo)服務(wù)接口時(shí)，都要獲取一個(gè)信號量才能真正去調(diào)用目標(biāo)服務(wù)接口，但信號量有限，默認(rèn)是10個(gè)，可以使用maxConcurrentRequests參數(shù)配置，如果并發(fā)請求數(shù)多于信號量個(gè)數(shù)，就有線程需要進(jìn)入隊(duì)列排隊(duì)，但排隊(duì)隊(duì)列也有上限，默認(rèn)是 5，如果排隊(duì)隊(duì)列也滿，則必定有請求線程會(huì)走fallback流程，從而達(dá)到限流和防止雪崩的目的。

信號量模式從始至終都只有請求線程自身，是同步調(diào)用模式，不支持超時(shí)調(diào)用，不支持直接熔斷，由于沒有線程的切換，開銷非常小。

(4) 總結(jié)

當(dāng)請求的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)開銷比較大的時(shí)候，或者是請求比較耗時(shí)的時(shí)候，我們最好是使用線程隔離策略，這樣的話，可以保證大量的容器(tomcat)線程可用，不會(huì)由于服務(wù)原因，一直處于阻塞或等待狀態(tài)，快速失敗返回。而當(dāng)我們請求緩存這些服務(wù)的時(shí)候，我們可以使用信號量隔離策略，因?yàn)檫@類服務(wù)的返回通常會(huì)非常的快，不會(huì)占用容器線程太長時(shí)間，而且也減少了線程切換的一些開銷，提高了緩存服務(wù)的效率。

• 線程池：適合絕大多數(shù)的場景，99%的。對依賴服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)請求的調(diào)用和訪問，timeout這種問題

• 信號量：適合你的訪問不是對外部依賴的訪問，而是對內(nèi)部的一些比較復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯的訪問，但是像這種訪問，系統(tǒng)內(nèi)部的代碼，其實(shí)不涉及任何的網(wǎng)絡(luò)請求，那么只要做信號量的普通限流就可以了，因?yàn)椴恍枰ゲ东@timeout類似的問題，算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的效率不是太高，并發(fā)量突然太高，因?yàn)檫@里稍微耗時(shí)一些，導(dǎo)致很多線程卡在這里的話，不太好，所以進(jìn)行一個(gè)基本的資源隔離和訪問，避免內(nèi)部復(fù)雜的低效率的代碼，導(dǎo)致大量的線程被hang住

Reference：

http://blog.51cto.com/developerycj/1950881

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原文出處：http://www.linkedkeeper.com/1157.html