golang熔斷器如何實(shí)現(xiàn)

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熔斷器像是一個保險(xiǎn)絲。當(dāng)我們依賴的服務(wù)出現(xiàn)問題時，可以及時容錯。一方面可以減少依賴服務(wù)對自身訪問的依賴，防止出現(xiàn)雪崩效應(yīng)；另一方面降低請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，為了請求服務(wù)時使用熔斷器外，在 web 網(wǎng)關(guān)、微服務(wù)中，也有非常廣泛的應(yīng)用。

1.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：

• 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，所有請求（有限額）都是成功的，則熔斷器關(guān)閉。所有請求將正常訪問。

2.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)的一個熔斷器。

2.1熔斷器的定義

type CircuitBreaker struct {  
  name          string  
  maxRequests   uint32  // 最大請求數(shù) （半開啟狀態(tài)會限流）  
  interval      time.Duration   // 統(tǒng)計(jì)周期  
  timeout       time.Duration   // 進(jìn)入熔斷后的超時時間  
  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)入下個周期的時間  
}

其中，如下參數(shù)是我們可以自定義的：

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

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

• timeout: 進(jìn)入熔斷后，可以再次請求的時間

• 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)

2.2請求的執(zhí)行

熔斷器的執(zhí)行操作，主要包括三個階段；①請求之前的判定；②服務(wù)的請求執(zhí)行；③請求后的狀態(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 請求和執(zhí)行  
  result, err := req()  

  // ③ 更新計(jì)數(shù)  
  cb.afterRequest(generation, err == nil)  
  return result, err  
}

2.3請求之前的判定操作

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

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，超時就可以變更狀態(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 interval 的周期；如果當(dāng)前熔斷器是開啟狀態(tài)，則設(shè)置為超時時間（超時后，才能變更為半開狀態(tài)）。

2.4請求之后的處理操作

每次請求之后，會通過請求結(jié)果是否成功，對熔斷器做計(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：

如果請求成功，則會判斷當(dāng)前連續(xù)成功的請求數(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，請求失敗，則會直接將半開狀態(tài)轉(zhuǎn)移為開啟狀態(tài)
如果在關(guān)閉狀態(tài)下：

如果請求成功，則計(jì)數(shù)更新
如果請求失敗，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)

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