为什么使用Hystrix?
分布式服务弹性框架“Hystrix”实践与源码研究(一)
文章初衷
为了应对将来在线(特别是无线端)业务量的成倍增长,后端服务的分布式化程度需要不断提高,对于服务的延迟和容错管理将面临更大挑战,公司框架和开源团队选择内部推广Netflix的Hystrix,一是为了推进各部门的服务使用覆盖率,二是为了增加C Sharp语言版本的参与度(目前公司至少三成服务由.NET编写)。该博文属于个人对Hystrix研究和实践经验。
什么是Hystrix?
Hystrix是世界最大在线影片租赁服务商Netflix开源,针对分布式系统的延迟和容错库。该库由Java写成,项目源于Netflix API团队在2011年启动的弹性工程项目。项目在github上发布至今,已经有接近三千颗星,只有少数优秀的开源项目才能享受到千星级别的待遇,Hystrix成功可见一斑。
为什么使用Hystrix?
在大中型分布式系统中,通常系统很多依赖(HTTP,hession,Netty,Dubbo等),如下图:
在高并发访问下,这些依赖的稳定性与否对系统的影响非常大,但是依赖有很多不可控问题:如网络连接缓慢,资源繁忙,暂时不可用,服务脱机等.
如下图:QPS为50的依赖 I 出现不可用,但是其他依赖仍然可用.
当依赖I 阻塞时,大多数服务器的线程池就出现阻塞(BLOCK),影响整个线上服务的稳定性.如下图:
在复杂的分布式架构的应用程序有很多的依赖,都会不可避免地在某些时候失败。高并发的依赖失败时如果没有隔离措施,当前应用服务就有被拖垮的风险。
例如:一个依赖30个SOA服务的系统,每个服务99.99%可用。
99.99%的30次方 ≈ 99.7%
0.3% 意味着一亿次请求 会有 3,000,00次失败
换算成时间大约每月有2个小时服务不稳定.
随着服务依赖数量的变多,服务不稳定的概率会成指数性提高.
解决问题方案:对依赖做隔离,Hystrix就是处理依赖隔离的框架,同时也是可以帮我们做依赖服务的治理和监控.
到底能做什么呢?
1)Hystrix使用命令模式HystrixCommand(Command)包装依赖调用逻辑,每个命令在单独线程中/信号授权下执行
2)提供熔断器组件,可以自动运行或手动调用,停止当前依赖一段时间(10秒),熔断器默认错误率阈值为50%,超过将自动运行。
3)可配置依赖调用超时时间,超时时间一般设为比99.5%平均时间略高即可.当调用超时时,直接返回或执行fallback逻辑。
4)为每个依赖提供一个小的线程池(或信号),如果线程池已满调用将被立即拒绝,默认不采用排队.加速失败判定时间。
5)依赖调用结果分:成功,失败(抛出异常),超时,线程拒绝,短路。 请求失败(异常,拒绝,超时,短路)时执行fallback(降级)逻辑。
6)提供近实时依赖的统计和监控
7)支持异步执行。支持并发请求缓存。自动批处理失败请求。
Hystrix设计理念
想要知道如何使用,必须先明白其核心设计理念,Hystrix基于命令模式,通过UML图先直观的认识一下这一设计模式
可见,Command是在Receiver和Invoker之间添加的中间层,Command实现了对Receiver的封装。那么Hystrix的应用场景如何与上图对应呢?
API既可以是Invoker又可以是reciever,通过继承Hystrix核心类HystrixCommand来封装这些API(例如,远程接口调用,数据库查询之类可能会产生延时的操作)。就可以为API提供弹性保护了。
Hello World
Hello World的例子旨在展示,如何在项目中低侵入式的改造,使API置于Hystrix保护之下!
引入maven依赖

<!-- 依赖版本 -->
<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>
<!-- 仓库地址 -->
<repository>
<id>nexus</id>
<name>local private nexus</name>
<url>http://maven.oschina.net/content/groups/public/</url>
<releases>
<enabled>true</enabled>
</releases>
<snapshots>
<enabled>false</enabled>
</snapshots>
</repository>

下面是一个没有使用Hystrix保护的sayHello的服务以及它的调用

//API调用,可能会产生延时
public class HelloService {
public static String sayHello(final String name)
{
return String.format("Hello %s!", name);
}
}
//客户端直接调用API
public class Client{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println(HelloService.sayHello("World"));
}
}

假设字符串生成过程是一个需要保护的操作,下面我们用Hystrix进行封装。
需要注意的是,虽然使用命令模式,但是我们这里不建议覆盖execute方法,而是实现run的模版方法,多数框架的实现会采用template设计模式,并且将模版方法设置为protected签名,这样做的好处是,既可以将具体的业务交给业务实现者,又可以为之添加其他功能,而业务实现者只需要关注自己的业务就好了。比如这里HystrixCommand.execute方法实际上是调用了HystrixCommand.queue().get(),而queue方法除了最终调用run之外,还需要为run方法提供超时和异常等保护功能,外部也不能直接调用非安全的run方法,这一实践非常值得我们学习。
OK,现在我们通过实现run方法来包装sayHello功能,我们通过一个私有域_name,通过构造函数来传递消息,获取构造参数的拷贝来保持不变性。

public class SayHelloCommand extends HystrixCommand<String> {
private final String _name;
public SayHelloCommand(String name)
{
super(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("HelloService"));
_name = new String(name);//unmutable }
@Override
protected String run() { return String.format("Hello %s!", _name);
}
}

API改造如下,作为门面方法最好不要改动函数的签名(除非参数和返回类型有变动,这是因为客户端代码的改动代价往往是巨大的),同时提供版本sayHelloAsync,该方法提供了异步功能

public class HelloService {
// public static String sayHello(final String name)
// {
// return "Hello " + name + "!";
// } /**
* sayHello under protection of Hystrix
* @param name
* @return <code>"Hello " + name + "!"</code>
*/
public static String sayHello(final String name)
{
return new SayHelloCommand(name).execute();
} /**
* call async
* @param name
* @return
*/
public static Future<String> sayHelloAsync(final String name)
{
return new SayHelloCommand(name).queue();
}
}

接下来我们来看看,如何在超时熔断情况下使用FallBack策略,这点在项目中是相当有用的,比如超时后访问数据备库,或者直接返回重试响应
首先SayHelloCommand构造函数使用Hystrix的Setter来设置超时时间,这里解释下Setter这个类涉及到的几个最佳实践
1.Setter使用builder模式,想想构造函数有很多参数要设置,作为构造参数传递会大大降低可阅读性,用静态工厂方法一个个设置又可能造成多线程并发下的不一致性,而且这种bug往往非常难以定位,所以builder模式是非常好的实践。将Setter作为构造器传给HystrixCommand的构造函数,Setter中又很多静态方法,可以通过方法名明确的知道元素的意义。
2.Setter是HystrixCommand内部静态类,Hystrix代码大量的使用了内部静态类,来作为该类的工厂方法,或者构造器,我觉得这样划分使代码职责更加清晰,比单独的工厂类更易于维护。
3.Setter使用函数式串联,每个静态工厂方法返回Setter实例,这样我们可以把构造过程串联起来,使代码更加易于阅读。
4.Setter是不可变类,每个静态工厂方法返回一个新的Setter拷贝,所以Setter是线程安全的。
OK,Setter介绍到这里,这里我们继续设置超时时间为500

public SayHelloCommand(final String name)
{
//builder for HystrixCommand
super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("HelloServiceGroup"))
.andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter().withTimeoutInMilliseconds(500)));
_name = new String(name);
}

run方法我们使用Thread.sleep(600)来特意达到超时的效果,同时实现getFallback方法,程序超时后会立即运行FallBack

@Override
protected String getFallback() {
return String.format("[FallBack]Hello %s!", _name);
} @Override
protected String run() throws Exception {
//TimeOut
Thread.sleep(600);
return String.format("Hello %s!", _name);
}

最终输出:
[FallBack]Hello World!
回顾重点
1.Hystrix可以为分布式服务提供弹性保护
2.Hystrix通过命令模式封装调用,来实现弹性保护,继承HystrixCommand并且实现run方法,就完成了最简单的封装。
3. 实现getFallBack方法可以为熔断或者异常提供后备处理方法。
4.HystrixCommand中Setter类的最佳实践。
5.模版方法在框架中的实践。
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