Sentinel源码分析
1.Sentinel的基本概念
Sentinel实现限流、隔离、降级、熔断等功能,本质要做的就是两件事情:
- 统计数据:统计某个资源的访问数据(QPS、RT等信息)
- 规则判断:判断限流规则、隔离规则、降级规则、熔断规则是否满足
这里的资源就是希望被Sentinel保护的业务,例如项目中定义的controller方法就是默认被Sentinel保护的资源。
1.1.ProcessorSlotChain
实现上述功能的核心骨架是一个叫做ProcessorSlotChain的类。这个类基于责任链模式来设计,将不同的功能(限流、降级、系统保护)封装为一个个的Slot,请求进入后逐个执行即可。
其工作流如图:
责任链中的Slot也分为两大类:
- 统计数据构建部分(statistic)
- NodeSelectorSlot:负责构建簇点链路中的节点(DefaultNode),将这些节点形成链路树
- ClusterBuilderSlot:负责构建某个资源的ClusterNode,ClusterNode可以保存资源的运行信息(响应时间、QPS、block 数目、线程数、异常数等)以及来源信息(origin名称)
- StatisticSlot:负责统计实时调用数据,包括运行信息、来源信息等
- 规则判断部分(rule checking)
- AuthoritySlot:负责授权规则(来源控制)
- SystemSlot:负责系统保护规则
- ParamFlowSlot:负责热点参数限流规则
- FlowSlot:负责限流规则
- DegradeSlot:负责降级规则
1.2.Node
Sentinel中的簇点链路是由一个个的Node组成的,Node是一个接口,包括下面的实现:
所有的节点都可以记录对资源的访问统计数据,所以都是StatisticNode的子类。
按照作用分为两类Node:
- DefaultNode:代表链路树中的每一个资源,一个资源出现在不同链路中时,会创建不同的DefaultNode节点。而树的入口节点叫EntranceNode,是一种特殊的DefaultNode
- ClusterNode:代表资源,一个资源不管出现在多少链路中,只会有一个ClusterNode。记录的是当前资源被访问的所有统计数据之和。
DefaultNode记录的是资源在当前链路中的访问数据,用来实现基于链路模式的限流规则。ClusterNode记录的是资源在所有链路中的访问数据,实现默认模式、关联模式的限流规则。
例如:我们在一个SpringMVC项目中,有两个业务:
- 业务1:controller中的资源
/order/query
访问了service中的资源/goods
- 业务2:controller中的资源
/order/save
访问了service中的资源/goods
创建的链路图如下:
1.3.Entry
默认情况下,Sentinel会将controller中的方法作为被保护资源,那么问题来了,我们该如何将自己的一段代码标记为一个Sentinel的资源呢?
Sentinel中的资源用Entry来表示。声明Entry的API示例:
java
// 资源名可使用任意有业务语义的字符串,比如方法名、接口名或其它可唯一标识的字符串。
try (Entry entry = SphU.entry("resourceName")) {
// 被保护的业务逻辑
// do something here...
} catch (BlockException ex) {
// 资源访问阻止,被限流或被降级
// 在此处进行相应的处理操作
}
1.3.1.自定义资源
例如,我们在order-service服务中,将OrderService
的queryOrderById()
方法标记为一个资源。
1)首先在order-service中引入sentinel依赖
xml
<!--sentinel-->
<dependency>
<groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
</dependency>
2)然后配置Sentinel地址
yaml
spring:
cloud:
sentinel:
transport:
dashboard: localhost:8089 # 这里我的sentinel用了8089的端口
3)修改OrderService类的queryOrderById方法
代码这样来实现:
java
public Order queryOrderById(Long orderId) {
// 创建Entry,标记资源,资源名为resource1
try (Entry entry = SphU.entry("resource1")) {
// 1.查询订单,这里是假数据
Order order = Order.build(101L, 4999L, "小米 MIX4", 1, 1L, null);
// 2.查询用户,基于Feign的远程调用
User user = userClient.findById(order.getUserId());
// 3.设置
order.setUser(user);
// 4.返回
return order;
}catch (BlockException e){
log.error("被限流或降级", e);
return null;
}
}
4)访问
打开浏览器,访问order服务:http://localhost:8080/order/101
然后打开sentinel控制台,查看簇点链路:
1.3.2.基于注解标记资源
在之前学习Sentinel的时候,我们知道可以通过给方法添加@SentinelResource注解的形式来标记资源。
这个是怎么实现的呢?
来看下我们引入的Sentinel依赖包:
其中的spring.factories声明需要就是自动装配的配置类,内容如下:
我们来看下SentinelAutoConfiguration
这个类:
可以看到,在这里声明了一个Bean,SentinelResourceAspect
:
java
/**
* Aspect for methods with {@link SentinelResource} annotation.
*
* @author Eric Zhao
*/
@Aspect
public class SentinelResourceAspect extends AbstractSentinelAspectSupport {
// 切点是添加了 @SentinelResource注解的类
@Pointcut("@annotation(com.alibaba.csp.sentinel.annotation.SentinelResource)")
public void sentinelResourceAnnotationPointcut() {
}
// 环绕增强
@Around("sentinelResourceAnnotationPointcut()")
public Object invokeResourceWithSentinel(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
// 获取受保护的方法
Method originMethod = resolveMethod(pjp);
// 获取 @SentinelResource注解
SentinelResource annotation = originMethod.getAnnotation(SentinelResource.class);
if (annotation == null) {
// Should not go through here.
throw new IllegalStateException("Wrong state for SentinelResource annotation");
}
// 获取注解上的资源名称
String resourceName = getResourceName(annotation.value(), originMethod);
EntryType entryType = annotation.entryType();
int resourceType = annotation.resourceType();
Entry entry = null;
try {
// 创建资源 Entry
entry = SphU.entry(resourceName, resourceType, entryType, pjp.getArgs());
// 执行受保护的方法
Object result = pjp.proceed();
return result;
} catch (BlockException ex) {
return handleBlockException(pjp, annotation, ex);
} catch (Throwable ex) {
Class<? extends Throwable>[] exceptionsToIgnore = annotation.exceptionsToIgnore();
// The ignore list will be checked first.
if (exceptionsToIgnore.length > 0 && exceptionBelongsTo(ex, exceptionsToIgnore)) {
throw ex;
}
if (exceptionBelongsTo(ex, annotation.exceptionsToTrace())) {
traceException(ex);
return handleFallback(pjp, annotation, ex);
}
// No fallback function can handle the exception, so throw it out.
throw ex;
} finally {
if (entry != null) {
entry.exit(1, pjp.getArgs());
}
}
}
}
简单来说,@SentinelResource注解就是一个标记,而Sentinel基于AOP思想,对被标记的方法做环绕增强,完成资源(Entry
)的创建。
1.4.Context
上一节,我们发现簇点链路中除了controller方法、service方法两个资源外,还多了一个默认的入口节点:
sentinel_spring_web_context,是一个EntranceNode类型的节点
这个节点是在初始化Context的时候由Sentinel帮我们创建的。
1.4.1.什么是Context
那么,什么是Context呢?
- Context 代表调用链路上下文,贯穿一次调用链路中的所有资源(
Entry
),基于ThreadLocal。 - Context 维持着入口节点(
entranceNode
)、本次调用链路的 curNode(当前资源节点)、调用来源(origin
)等信息。 - 后续的Slot都可以通过Context拿到DefaultNode或者ClusterNode,从而获取统计数据,完成规则判断
- Context初始化的过程中,会创建EntranceNode,contextName就是EntranceNode的名称
对应的API如下:
java
// 创建context,包含两个参数:context名称、 来源名称
ContextUtil.enter("contextName", "originName");
1.4.2.Context的初始化
那么这个Context又是在何时完成初始化的呢?
1.4.2.1.自动装配
来看下我们引入的Sentinel依赖包:
其中的spring.factories声明需要就是自动装配的配置类,内容如下:
我们先看SentinelWebAutoConfiguration这个类:
这个类实现了WebMvcConfigurer,我们知道这个是SpringMVC自定义配置用到的类,可以配置HandlerInterceptor:
可以看到这里配置了一个SentinelWebInterceptor
的拦截器。
SentinelWebInterceptor
的声明如下:
发现它继承了AbstractSentinelInterceptor
这个类。
HandlerInterceptor
拦截器会拦截一切进入controller的方法,执行preHandle
前置拦截方法,而Context的初始化就是在这里完成的。
1.4.2.2.AbstractSentinelInterceptor
HandlerInterceptor
拦截器会拦截一切进入controller的方法,执行preHandle
前置拦截方法,而Context的初始化就是在这里完成的。
我们来看看这个类的preHandle
实现:
java
@Override
public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
throws Exception {
try {
// 获取资源名称,一般是controller方法的@RequestMapping路径,例如/order/{orderId}
String resourceName = getResourceName(request);
if (StringUtil.isEmpty(resourceName)) {
return true;
}
// 从request中获取请求来源,将来做 授权规则 判断时会用
String origin = parseOrigin(request);
// 获取 contextName,默认是sentinel_spring_web_context
String contextName = getContextName(request);
// 创建 Context
ContextUtil.enter(contextName, origin);
// 创建资源,名称就是当前请求的controller方法的映射路径
Entry entry = SphU.entry(resourceName, ResourceTypeConstants.COMMON_WEB, EntryType.IN);
request.setAttribute(baseWebMvcConfig.getRequestAttributeName(), entry);
return true;
} catch (BlockException e) {
try {
handleBlockException(request, response, e);
} finally {
ContextUtil.exit();
}
return false;
}
}
1.4.2.3.ContextUtil
创建Context的方法就是 ContextUtil.enter(contextName, origin);
我们进入该方法:
java
public static Context enter(String name, String origin) {
if (Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME.equals(name)) {
throw new ContextNameDefineException(
"The " + Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME + " can't be permit to defined!");
}
return trueEnter(name, origin);
}
进入trueEnter
方法:
java
protected static Context trueEnter(String name, String origin) {
// 尝试获取context
Context context = contextHolder.get();
// 判空
if (context == null) {
// 如果为空,开始初始化
Map<String, DefaultNode> localCacheNameMap = contextNameNodeMap;
// 尝试获取入口节点
DefaultNode node = localCacheNameMap.get(name);
if (node == null) {
LOCK.lock();
try {
node = contextNameNodeMap.get(name);
if (node == null) {
// 入口节点为空,初始化入口节点 EntranceNode
node = new EntranceNode(new StringResourceWrapper(name, EntryType.IN), null);
// 添加入口节点到 ROOT
Constants.ROOT.addChild(node);
// 将入口节点放入缓存
Map<String, DefaultNode> newMap = new HashMap<>(contextNameNodeMap.size() + 1);
newMap.putAll(contextNameNodeMap);
newMap.put(name, node);
contextNameNodeMap = newMap;
}
} finally {
LOCK.unlock();
}
}
// 创建Context,参数为:入口节点 和 contextName
context = new Context(node, name);
// 设置请求来源 origin
context.setOrigin(origin);
// 放入ThreadLocal
contextHolder.set(context);
}
// 返回
return context;
}
2.ProcessorSlotChain执行流程
接下来我们跟踪源码,验证下ProcessorSlotChain的执行流程。
2.1.入口
首先,回到一切的入口,AbstractSentinelInterceptor
类的preHandle
方法:
还有,SentinelResourceAspect
的环绕增强方法:
可以看到,任何一个资源必定要执行SphU.entry()
这个方法:
java
public static Entry entry(String name, int resourceType, EntryType trafficType, Object[] args)
throws BlockException {
return Env.sph.entryWithType(name, resourceType, trafficType, 1, args);
}
继续进入Env.sph.entryWithType(name, resourceType, trafficType, 1, args);
:
java
@Override
public Entry entryWithType(String name, int resourceType, EntryType entryType, int count, boolean prioritized,
Object[] args) throws BlockException {
// 将 资源名称等基本信息 封装为一个 StringResourceWrapper对象
StringResourceWrapper resource = new StringResourceWrapper(name, entryType, resourceType);
// 继续
return entryWithPriority(resource, count, prioritized, args);
}
进入entryWithPriority
方法:
java
private Entry entryWithPriority(ResourceWrapper resourceWrapper, int count, boolean prioritized, Object... args)
throws BlockException {
// 获取 Context
Context context = ContextUtil.getContext();
if (context == null) {
// Using default context.
context = InternalContextUtil.internalEnter(Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME);
}
、 // 获取 Slot执行链,同一个资源,会创建一个执行链,放入缓存
ProcessorSlot<Object> chain = lookProcessChain(resourceWrapper);
// 创建 Entry,并将 resource、chain、context 记录在 Entry中
Entry e = new CtEntry(resourceWrapper, chain, context);
try {
// 执行 slotChain
chain.entry(context, resourceWrapper, null, count, prioritized, args);
} catch (BlockException e1) {
e.exit(count, args);
throw e1;
} catch (Throwable e1) {
// This should not happen, unless there are errors existing in Sentinel internal.
RecordLog.info("Sentinel unexpected exception", e1);
}
return e;
}
在这段代码中,会获取ProcessorSlotChain
对象,然后基于chain.entry()开始执行slotChain中的每一个Slot. 而这里创建的是其实现类:DefaultProcessorSlotChain.
获取ProcessorSlotChain以后会保存到一个Map中,key是ResourceWrapper,值是ProcessorSlotChain.
所以,一个资源只会有一个ProcessorSlotChain.
2.2.DefaultProcessorSlotChain
我们进入DefaultProcessorSlotChain的entry方法:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, Object t, int count, boolean prioritized, Object... args)
throws Throwable {
// first,就是责任链中的第一个 slot
first.transformEntry(context, resourceWrapper, t, count, prioritized, args);
}
这里的first,类型是AbstractLinkedProcessorSlot:
看下继承关系:
因此,first一定是这些实现类中的一个,按照最早讲的责任链顺序,first应该就是 NodeSelectorSlot
。
不过,既然是基于责任链模式,所以这里只要记住下一个slot就可以了,也就是next:
next确实是NodeSelectSlot类型。
而NodeSelectSlot的next一定是ClusterBuilderSlot,依次类推:
责任链就建立起来了。
2.3.NodeSelectorSlot
NodeSelectorSlot负责构建簇点链路中的节点(DefaultNode),将这些节点形成链路树。
核心代码:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, Object obj, int count, boolean prioritized, Object... args)
throws Throwable {
// 尝试获取 当前资源的 DefaultNode
DefaultNode node = map.get(context.getName());
if (node == null) {
synchronized (this) {
node = map.get(context.getName());
if (node == null) {
// 如果为空,为当前资源创建一个新的 DefaultNode
node = new DefaultNode(resourceWrapper, null);
HashMap<String, DefaultNode> cacheMap = new HashMap<String, DefaultNode>(map.size());
cacheMap.putAll(map);
// 放入缓存中,注意这里的 key是contextName,
// 这样不同链路进入相同资源,就会创建多个 DefaultNode
cacheMap.put(context.getName(), node);
map = cacheMap;
// 当前节点加入上一节点的 child中,这样就构成了调用链路树
((DefaultNode) context.getLastNode()).addChild(node);
}
}
}
// context中的curNode(当前节点)设置为新的 node
context.setCurNode(node);
// 执行下一个 slot
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
这个Slot完成了这么几件事情:
- 为当前资源创建 DefaultNode
- 将DefaultNode放入缓存中,key是contextName,这样不同链路入口的请求,将会创建多个DefaultNode,相同链路则只有一个DefaultNode
- 将当前资源的DefaultNode设置为上一个资源的childNode
- 将当前资源的DefaultNode设置为Context中的curNode(当前节点)
下一个slot,就是ClusterBuilderSlot
2.4.ClusterBuilderSlot
ClusterBuilderSlot负责构建某个资源的ClusterNode,核心代码:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node,
int count, boolean prioritized, Object... args)
throws Throwable {
// 判空,注意ClusterNode是共享的成员变量,也就是说一个资源只有一个ClusterNode,与链路无关
if (clusterNode == null) {
synchronized (lock) {
if (clusterNode == null) {
// 创建 cluster node.
clusterNode = new ClusterNode(resourceWrapper.getName(), resourceWrapper.getResourceType());
HashMap<ResourceWrapper, ClusterNode> newMap = new HashMap<>(Math.max(clusterNodeMap.size(), 16));
newMap.putAll(clusterNodeMap);
// 放入缓存,可以是nodeId,也就是resource名称
newMap.put(node.getId(), clusterNode);
clusterNodeMap = newMap;
}
}
}
// 将资源的 DefaultNode与 ClusterNode关联
node.setClusterNode(clusterNode);
// 记录请求来源 origin 将 origin放入 entry
if (!"".equals(context.getOrigin())) {
Node originNode = node.getClusterNode().getOrCreateOriginNode(context.getOrigin());
context.getCurEntry().setOriginNode(originNode);
}
// 继续下一个slot
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
2.5.StatisticSlot
StatisticSlot负责统计实时调用数据,包括运行信息(访问次数、线程数)、来源信息等。
StatisticSlot是实现限流的关键,其中基于滑动时间窗口算法维护了计数器,统计进入某个资源的请求次数。
核心代码:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node,
int count, boolean prioritized, Object... args) throws Throwable {
try {
// 放行到下一个 slot,做限流、降级等判断
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
// 请求通过了, 线程计数器 +1 ,用作线程隔离
node.increaseThreadNum();
// 请求计数器 +1 用作限流
node.addPassRequest(count);
if (context.getCurEntry().getOriginNode() != null) {
// 如果有 origin,来源计数器也都要 +1
context.getCurEntry().getOriginNode().increaseThreadNum();
context.getCurEntry().getOriginNode().addPassRequest(count);
}
if (resourceWrapper.getEntryType() == EntryType.IN) {
// 如果是入口资源,还要给全局计数器 +1.
Constants.ENTRY_NODE.increaseThreadNum();
Constants.ENTRY_NODE.addPassRequest(count);
}
// 请求通过后的回调.
for (ProcessorSlotEntryCallback<DefaultNode> handler : StatisticSlotCallbackRegistry.getEntryCallbacks()) {
handler.onPass(context, resourceWrapper, node, count, args);
}
} catch (Throwable e) {
// 各种异常处理就省略了。。。
context.getCurEntry().setError(e);
throw e;
}
}
另外,需要注意的是,所有的计数+1动作都包括两部分,以 node.addPassRequest(count);
为例:
java
@Override
public void addPassRequest(int count) {
// DefaultNode的计数器,代表当前链路的 计数器
super.addPassRequest(count);
// ClusterNode计数器,代表当前资源的 总计数器
this.clusterNode.addPassRequest(count);
}
具体计数方式,我们后续再看。
接下来,进入规则校验的相关slot了,依次是:
- AuthoritySlot:负责授权规则(来源控制)
- SystemSlot:负责系统保护规则
- ParamFlowSlot:负责热点参数限流规则
- FlowSlot:负责限流规则
- DegradeSlot:负责降级规则
2.6.AuthoritySlot
负责请求来源origin的授权规则判断,如图:
核心API:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node, int count, boolean prioritized, Object... args)
throws Throwable {
// 校验黑白名单
checkBlackWhiteAuthority(resourceWrapper, context);
// 进入下一个 slot
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
黑白名单校验的逻辑:
java
void checkBlackWhiteAuthority(ResourceWrapper resource, Context context) throws AuthorityException {
// 获取授权规则
Map<String, Set<AuthorityRule>> authorityRules = AuthorityRuleManager.getAuthorityRules();
if (authorityRules == null) {
return;
}
Set<AuthorityRule> rules = authorityRules.get(resource.getName());
if (rules == null) {
return;
}
// 遍历规则并判断
for (AuthorityRule rule : rules) {
if (!AuthorityRuleChecker.passCheck(rule, context)) {
// 规则不通过,直接抛出异常
throw new AuthorityException(context.getOrigin(), rule);
}
}
}
再看下AuthorityRuleChecker.passCheck(rule, context)
方法:
java
static boolean passCheck(AuthorityRule rule, Context context) {
// 得到请求来源 origin
String requester = context.getOrigin();
// 来源为空,或者规则为空,都直接放行
if (StringUtil.isEmpty(requester) || StringUtil.isEmpty(rule.getLimitApp())) {
return true;
}
// rule.getLimitApp()得到的就是 白名单 或 黑名单 的字符串,这里先用 indexOf方法判断
int pos = rule.getLimitApp().indexOf(requester);
boolean contain = pos > -1;
if (contain) {
// 如果包含 origin,还要进一步做精确判断,把名单列表以","分割,逐个判断
boolean exactlyMatch = false;
String[] appArray = rule.getLimitApp().split(",");
for (String app : appArray) {
if (requester.equals(app)) {
exactlyMatch = true;
break;
}
}
contain = exactlyMatch;
}
// 如果是黑名单,并且包含origin,则返回false
int strategy = rule.getStrategy();
if (strategy == RuleConstant.AUTHORITY_BLACK && contain) {
return false;
}
// 如果是白名单,并且不包含origin,则返回false
if (strategy == RuleConstant.AUTHORITY_WHITE && !contain) {
return false;
}
// 其它情况返回true
return true;
}
2.7.SystemSlot
SystemSlot是对系统保护的规则校验:
核心API:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node,
int count,boolean prioritized, Object... args) throws Throwable {
// 系统规则校验
SystemRuleManager.checkSystem(resourceWrapper);
// 进入下一个 slot
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
来看下SystemRuleManager.checkSystem(resourceWrapper);
的代码:
java
public static void checkSystem(ResourceWrapper resourceWrapper) throws BlockException {
if (resourceWrapper == null) {
return;
}
// Ensure the checking switch is on.
if (!checkSystemStatus.get()) {
return;
}
// 只针对入口资源做校验,其它直接返回
if (resourceWrapper.getEntryType() != EntryType.IN) {
return;
}
// 全局 QPS校验
double currentQps = Constants.ENTRY_NODE == null ? 0.0 : Constants.ENTRY_NODE.successQps();
if (currentQps > qps) {
throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "qps");
}
// 全局 线程数 校验
int currentThread = Constants.ENTRY_NODE == null ? 0 : Constants.ENTRY_NODE.curThreadNum();
if (currentThread > maxThread) {
throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "thread");
}
// 全局平均 RT校验
double rt = Constants.ENTRY_NODE == null ? 0 : Constants.ENTRY_NODE.avgRt();
if (rt > maxRt) {
throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "rt");
}
// 全局 系统负载 校验
if (highestSystemLoadIsSet && getCurrentSystemAvgLoad() > highestSystemLoad) {
if (!checkBbr(currentThread)) {
throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "load");
}
}
// 全局 CPU使用率 校验
if (highestCpuUsageIsSet && getCurrentCpuUsage() > highestCpuUsage) {
throw new SystemBlockException(resourceWrapper.getName(), "cpu");
}
}
2.8.ParamFlowSlot
ParamFlowSlot就是热点参数限流,如图:
是针对进入资源的请求,针对不同的请求参数值分别统计QPS的限流方式。
-
这里的单机阈值,就是最大令牌数量:maxCount
-
这里的统计窗口时长,就是统计时长:duration
含义是每隔duration时间长度内,最多生产maxCount个令牌,上图配置的含义是每1秒钟生产2个令牌。
核心API:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node,
int count, boolean prioritized, Object... args) throws Throwable {
// 如果没有设置热点规则,直接放行
if (!ParamFlowRuleManager.hasRules(resourceWrapper.getName())) {
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
return;
}
// 热点规则判断
checkFlow(resourceWrapper, count, args);
// 进入下一个 slot
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
2.8.1.令牌桶
热点规则判断采用了令牌桶算法来实现参数限流,为每一个不同参数值设置令牌桶,Sentinel的令牌桶有两部分组成:
这两个Map的key都是请求的参数值,value却不同,其中:
- tokenCounters:用来记录剩余令牌数量
- timeCounters:用来记录上一个请求的时间
当一个携带参数的请求到来后,基本判断流程是这样的:
2.9.FlowSlot
FlowSlot是负责限流规则的判断,如图:
包括:
- 三种流控模式:直接模式、关联模式、链路模式
- 三种流控效果:快速失败、warm up、排队等待
三种流控模式,从底层数据统计角度,分为两类:
- 对进入资源的所有请求(ClusterNode)做限流统计:直接模式、关联模式
- 对进入资源的部分链路(DefaultNode)做限流统计:链路模式
三种流控效果,从限流算法来看,分为两类:
- 滑动时间窗口算法:快速失败、warm up
- 漏桶算法:排队等待效果
2.9.1.核心流程
核心API如下:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node, int count,
boolean prioritized, Object... args) throws Throwable {
// 限流规则检测
checkFlow(resourceWrapper, context, node, count, prioritized);
// 放行
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
checkFlow方法:
java
void checkFlow(ResourceWrapper resource, Context context, DefaultNode node, int count, boolean prioritized)
throws BlockException {
// checker是 FlowRuleChecker 类的一个对象
checker.checkFlow(ruleProvider, resource, context, node, count, prioritized);
}
跟入FlowRuleChecker:
java
public void checkFlow(Function<String, Collection<FlowRule>> ruleProvider,
ResourceWrapper resource,Context context, DefaultNode node,
int count, boolean prioritized) throws BlockException {
if (ruleProvider == null || resource == null) {
return;
}
// 获取当前资源的所有限流规则
Collection<FlowRule> rules = ruleProvider.apply(resource.getName());
if (rules != null) {
for (FlowRule rule : rules) {
// 遍历,逐个规则做校验
if (!canPassCheck(rule, context, node, count, prioritized)) {
throw new FlowException(rule.getLimitApp(), rule);
}
}
}
}
这里的FlowRule就是限流规则接口,其中的几个成员变量,刚好对应表单参数:
java
public class FlowRule extends AbstractRule {
/**
* 阈值类型 (0: 线程, 1: QPS).
*/
private int grade = RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS;
/**
* 阈值.
*/
private double count;
/**
* 三种限流模式.
*
* {@link RuleConstant#STRATEGY_DIRECT} 直连模式;
* {@link RuleConstant#STRATEGY_RELATE} 关联模式;
* {@link RuleConstant#STRATEGY_CHAIN} 链路模式.
*/
private int strategy = RuleConstant.STRATEGY_DIRECT;
/**
* 关联模式关联的资源名称.
*/
private String refResource;
/**
* 3种流控效果.
* 0. 快速失败, 1. warm up, 2. 排队等待, 3. warm up + 排队等待
*/
private int controlBehavior = RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_DEFAULT;
// 预热时长
private int warmUpPeriodSec = 10;
/**
* 队列最大等待时间.
*/
private int maxQueueingTimeMs = 500;
// 。。。 略
}
校验的逻辑定义在FlowRuleChecker
的canPassCheck
方法中:
java
public boolean canPassCheck(/*@NonNull*/ FlowRule rule, Context context, DefaultNode node, int acquireCount,
boolean prioritized) {
// 获取限流资源名称
String limitApp = rule.getLimitApp();
if (limitApp == null) {
return true;
}
// 校验规则
return passLocalCheck(rule, context, node, acquireCount, prioritized);
}
进入passLocalCheck()
:
java
private static boolean passLocalCheck(FlowRule rule, Context context, DefaultNode node,
int acquireCount, boolean prioritized) {
// 基于限流模式判断要统计的节点,
// 如果是直连模式,关联模式,对ClusterNode统计,如果是链路模式,则对DefaultNode统计
Node selectedNode = selectNodeByRequesterAndStrategy(rule, context, node);
if (selectedNode == null) {
return true;
}
// 判断规则
return rule.getRater().canPass(selectedNode, acquireCount, prioritized);
}
这里对规则的判断先要通过FlowRule#getRater()
获取流量控制器TrafficShapingController
,然后再做限流。
而TrafficShapingController
有3种实现:
- DefaultController:快速失败,默认的方式,基于滑动时间窗口算法
- WarmUpController:预热模式,基于滑动时间窗口算法,只不过阈值是动态的
- RateLimiterController:排队等待模式,基于漏桶算法
最终的限流判断都在TrafficShapingController的canPass方法中。
2.9.2.滑动时间窗口
滑动时间窗口的功能分两部分来看:
- 一是时间区间窗口的QPS计数功能,这个是在StatisticSlot中调用的
- 二是对滑动窗口内的时间区间窗口QPS累加,这个是在FlowRule中调用的
先来看时间区间窗口的QPS计数功能。
2.9.2.1.时间窗口请求量统计
回顾2.5章节中的StatisticSlot部分,有这样一段代码:
就是在统计通过该节点的QPS,我们跟入看看,这里进入了DefaultNode内部:
发现同时对DefaultNode
和ClusterNode
在做QPS统计,我们知道DefaultNode
和ClusterNode
都是StatisticNode
的子类,这里调用addPassRequest()
方法,最终都会进入StatisticNode
中。
随便跟入一个:
这里有秒、分两种纬度的统计,对应两个计数器。找到对应的成员变量,可以看到:
两个计数器都是ArrayMetric类型,并且传入了两个参数:
java
// intervalInMs:是滑动窗口的时间间隔,默认为 1 秒
// sampleCount: 时间窗口的分隔数量,默认为 2,就是把 1秒分为 2个小时间窗
public ArrayMetric(int sampleCount, int intervalInMs) {
this.data = new OccupiableBucketLeapArray(sampleCount, intervalInMs);
}
如图:
接下来,我们进入ArrayMetric
类的addPass
方法:
java
@Override
public void addPass(int count) {
// 获取当前时间所在的时间窗
WindowWrap<MetricBucket> wrap = data.currentWindow();
// 计数器 +1
wrap.value().addPass(count);
}
那么,计数器如何知道当前所在的窗口是哪个呢?
这里的data是一个LeapArray:
LeapArray的四个属性:
java
public abstract class LeapArray<T> {
// 小窗口的时间长度,默认是500ms ,值 = intervalInMs / sampleCount
protected int windowLengthInMs;
// 滑动窗口内的 小窗口 数量,默认为 2
protected int sampleCount;
// 滑动窗口的时间间隔,默认为 1000ms
protected int intervalInMs;
// 滑动窗口的时间间隔,单位为秒,默认为 1
private double intervalInSecond;
}
LeapArray是一个环形数组,因为时间是无限的,数组长度不可能无限,因此数组中每一个格子放入一个时间窗(window),当数组放满后,角标归0,覆盖最初的window。
因为滑动窗口最多分成sampleCount数量的小窗口,因此数组长度只要大于sampleCount,那么最近的一个滑动窗口内的2个小窗口就永远不会被覆盖,就不用担心旧数据被覆盖的问题了。
我们跟入 data.currentWindow();
方法:
java
public WindowWrap<T> currentWindow(long timeMillis) {
if (timeMillis < 0) {
return null;
}
// 计算当前时间对应的数组角标
int idx = calculateTimeIdx(timeMillis);
// 计算当前时间所在窗口的开始时间.
long windowStart = calculateWindowStart(timeMillis);
/*
* 先根据角标获取数组中保存的 oldWindow 对象,可能是旧数据,需要判断.
*
* (1) oldWindow 不存在, 说明是第一次,创建新 window并存入,然后返回即可
* (2) oldWindow的 starTime = 本次请求的 windowStar, 说明正是要找的窗口,直接返回.
* (3) oldWindow的 starTime < 本次请求的 windowStar, 说明是旧数据,需要被覆盖,创建
* 新窗口,覆盖旧窗口
*/
while (true) {
WindowWrap<T> old = array.get(idx);
if (old == null) {
// 创建新 window
WindowWrap<T> window = new WindowWrap<T>(windowLengthInMs, windowStart, newEmptyBucket(timeMillis));
// 基于CAS写入数组,避免线程安全问题
if (array.compareAndSet(idx, null, window)) {
// 写入成功,返回新的 window
return window;
} else {
// 写入失败,说明有并发更新,等待其它人更新完成即可
Thread.yield();
}
} else if (windowStart == old.windowStart()) {
return old;
} else if (windowStart > old.windowStart()) {
if (updateLock.tryLock()) {
try {
// 获取并发锁,覆盖旧窗口并返回
return resetWindowTo(old, windowStart);
} finally {
updateLock.unlock();
}
} else {
// 获取锁失败,等待其它线程处理就可以了
Thread.yield();
}
} else if (windowStart < old.windowStart()) {
// 这种情况不应该存在,写这里只是以防万一。
return new WindowWrap<T>(windowLengthInMs, windowStart, newEmptyBucket(timeMillis));
}
}
}
找到当前时间所在窗口(WindowWrap)后,只要调用WindowWrap对象中的add方法,计数器+1即可。
这里只负责统计每个窗口的请求量,不负责拦截。限流拦截要看FlowSlot中的逻辑。
2.9.2.2.滑动窗口QPS计算
在2.9.1小节我们讲过,FlowSlot的限流判断最终都由TrafficShapingController
接口中的canPass
方法来实现。该接口有三个实现类:
- DefaultController:快速失败,默认的方式,基于滑动时间窗口算法
- WarmUpController:预热模式,基于滑动时间窗口算法,只不过阈值是动态的
- RateLimiterController:排队等待模式,基于漏桶算法
因此,我们跟入默认的DefaultController中的canPass方法来分析:
java
@Override
public boolean canPass(Node node, int acquireCount, boolean prioritized) {
// 计算目前为止滑动窗口内已经存在的请求量
int curCount = avgUsedTokens(node);
// 判断:已使用请求量 + 需要的请求量(1) 是否大于 窗口的请求阈值
if (curCount + acquireCount > count) {
// 大于,说明超出阈值,返回false
if (prioritized && grade == RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS) {
long currentTime;
long waitInMs;
currentTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
waitInMs = node.tryOccupyNext(currentTime, acquireCount, count);
if (waitInMs < OccupyTimeoutProperty.getOccupyTimeout()) {
node.addWaitingRequest(currentTime + waitInMs, acquireCount);
node.addOccupiedPass(acquireCount);
sleep(waitInMs);
// PriorityWaitException indicates that the request will pass after waiting for {@link @waitInMs}.
throw new PriorityWaitException(waitInMs);
}
}
return false;
}
// 小于等于,说明在阈值范围内,返回true
return true;
}
因此,判断的关键就是int curCount = avgUsedTokens(node);
java
private int avgUsedTokens(Node node) {
if (node == null) {
return DEFAULT_AVG_USED_TOKENS;
}
return grade == RuleConstant.FLOW_GRADE_THREAD ? node.curThreadNum() : (int)(node.passQps());
}
因为我们采用的是限流,走node.passQps()
逻辑:
java
// 这里又进入了 StatisticNode类
@Override
public double passQps() {
// 请求量 ÷ 滑动窗口时间间隔 ,得到的就是QPS
return rollingCounterInSecond.pass() / rollingCounterInSecond.getWindowIntervalInSec();
}
那么rollingCounterInSecond.pass()
是如何得到请求量的呢?
java
// rollingCounterInSecond 本质是ArrayMetric,之前说过
@Override
public long pass() {
// 获取当前窗口
data.currentWindow();
long pass = 0;
// 获取 当前时间的 滑动窗口范围内 的所有小窗口
List<MetricBucket> list = data.values();
// 遍历
for (MetricBucket window : list) {
// 累加求和
pass += window.pass();
}
// 返回
return pass;
}
来看看data.values()
如何获取 滑动窗口范围内 的所有小窗口:
java
// 此处进入LeapArray类中:
public List<T> values(long timeMillis) {
if (timeMillis < 0) {
return new ArrayList<T>();
}
// 创建空集合,大小等于 LeapArray长度
int size = array.length();
List<T> result = new ArrayList<T>(size);
// 遍历 LeapArray
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 获取每一个小窗口
WindowWrap<T> windowWrap = array.get(i);
// 判断这个小窗口是否在 滑动窗口时间范围内(1秒内)
if (windowWrap == null || isWindowDeprecated(timeMillis, windowWrap)) {
// 不在范围内,则跳过
continue;
}
// 在范围内,则添加到集合中
result.add(windowWrap.value());
}
// 返回集合
return result;
}
那么,isWindowDeprecated(timeMillis, windowWrap)
又是如何判断窗口是否符合要求呢?
java
public boolean isWindowDeprecated(long time, WindowWrap<T> windowWrap) {
// 当前时间 - 窗口开始时间 是否大于 滑动窗口的最大间隔(1秒)
// 也就是说,我们要统计的时 距离当前时间1秒内的 小窗口的 count之和
return time - windowWrap.windowStart() > intervalInMs;
}
2.9.3.漏桶
上一节我们讲过,FlowSlot的限流判断最终都由TrafficShapingController
接口中的canPass
方法来实现。该接口有三个实现类:
- DefaultController:快速失败,默认的方式,基于滑动时间窗口算法
- WarmUpController:预热模式,基于滑动时间窗口算法,只不过阈值是动态的
- RateLimiterController:排队等待模式,基于漏桶算法
因此,我们跟入默认的RateLimiterController中的canPass方法来分析:
java
@Override
public boolean canPass(Node node, int acquireCount, boolean prioritized) {
// Pass when acquire count is less or equal than 0.
if (acquireCount <= 0) {
return true;
}
// 阈值小于等于 0 ,阻止请求
if (count <= 0) {
return false;
}
// 获取当前时间
long currentTime = TimeUtil.currentTimeMillis();
// 计算两次请求之间允许的最小时间间隔
long costTime = Math.round(1.0 * (acquireCount) / count * 1000);
// 计算本次请求 允许执行的时间点 = 最近一次请求的可执行时间 + 两次请求的最小间隔
long expectedTime = costTime + latestPassedTime.get();
// 如果允许执行的时间点小于当前时间,说明可以立即执行
if (expectedTime <= currentTime) {
// 更新上一次的请求的执行时间
latestPassedTime.set(currentTime);
return true;
} else {
// 不能立即执行,需要计算 预期等待时长
// 预期等待时长 = 两次请求的最小间隔 +最近一次请求的可执行时间 - 当前时间
long waitTime = costTime + latestPassedTime.get() - TimeUtil.currentTimeMillis();
// 如果预期等待时间超出阈值,则拒绝请求
if (waitTime > maxQueueingTimeMs) {
return false;
} else {
// 预期等待时间小于阈值,更新最近一次请求的可执行时间,加上costTime
long oldTime = latestPassedTime.addAndGet(costTime);
try {
// 保险起见,再判断一次预期等待时间,是否超过阈值
waitTime = oldTime - TimeUtil.currentTimeMillis();
if (waitTime > maxQueueingTimeMs) {
// 如果超过,则把刚才 加 的时间再 减回来
latestPassedTime.addAndGet(-costTime);
// 拒绝
return false;
}
// in race condition waitTime may <= 0
if (waitTime > 0) {
// 预期等待时间在阈值范围内,休眠要等待的时间,醒来后继续执行
Thread.sleep(waitTime);
}
return true;
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
return false;
}
与我们之前分析的漏桶算法基本一致:
2.10.DegradeSlot
最后一关,就是降级规则判断了。
Sentinel的降级是基于状态机来实现的:
对应的实现在DegradeSlot类中,核心API:
java
@Override
public void entry(Context context, ResourceWrapper resourceWrapper, DefaultNode node,
int count, boolean prioritized, Object... args) throws Throwable {
// 熔断降级规则判断
performChecking(context, resourceWrapper);
// 继续下一个slot
fireEntry(context, resourceWrapper, node, count, prioritized, args);
}
继续进入performChecking
方法:
java
void performChecking(Context context, ResourceWrapper r) throws BlockException {
// 获取当前资源上的所有的断路器 CircuitBreaker
List<CircuitBreaker> circuitBreakers = DegradeRuleManager.getCircuitBreakers(r.getName());
if (circuitBreakers == null || circuitBreakers.isEmpty()) {
return;
}
for (CircuitBreaker cb : circuitBreakers) {
// 遍历断路器,逐个判断
if (!cb.tryPass(context)) {
throw new DegradeException(cb.getRule().getLimitApp(), cb.getRule());
}
}
}
2.10.1.CircuitBreaker
我们进入CircuitBreaker的tryPass方法中:
java
@Override
public boolean tryPass(Context context) {
// 判断状态机状态
if (currentState.get() == State.CLOSED) {
// 如果是closed状态,直接放行
return true;
}
if (currentState.get() == State.OPEN) {
// 如果是OPEN状态,断路器打开
// 继续判断OPEN时间窗是否结束,如果是则把状态从OPEN切换到 HALF_OPEN,返回true
return retryTimeoutArrived() && fromOpenToHalfOpen(context);
}
// OPEN状态,并且时间窗未到,返回false
return false;
}
有关时间窗的判断在retryTimeoutArrived()
方法:
java
protected boolean retryTimeoutArrived() {
// 当前时间 大于 下一次 HalfOpen的重试时间
return TimeUtil.currentTimeMillis() >= nextRetryTimestamp;
}
OPEN到HALF_OPEN切换在fromOpenToHalfOpen(context)
方法:
java
protected boolean fromOpenToHalfOpen(Context context) {
// 基于CAS修改状态,从 OPEN到 HALF_OPEN
if (currentState.compareAndSet(State.OPEN, State.HALF_OPEN)) {
// 状态变更的事件通知
notifyObservers(State.OPEN, State.HALF_OPEN, null);
// 得到当前资源
Entry entry = context.getCurEntry();
// 给资源设置监听器,在资源Entry销毁时(资源业务执行完毕时)触发
entry.whenTerminate(new BiConsumer<Context, Entry>() {
@Override
public void accept(Context context, Entry entry) {
// 判断 资源业务是否异常
if (entry.getBlockError() != null) {
// 如果异常,则再次进入OPEN状态
currentState.compareAndSet(State.HALF_OPEN, State.OPEN);
notifyObservers(State.HALF_OPEN, State.OPEN, 1.0d);
}
}
});
return true;
}
return false;
}
这里出现了从OPEN到HALF_OPEN、从HALF_OPEN到OPEN的变化,但是还有几个没有:
- 从CLOSED到OPEN
- 从HALF_OPEN到CLOSED
2.10.2.触发断路器
请求经过所有插槽 后,一定会执行exit方法,而在DegradeSlot的exit方法中:
会调用CircuitBreaker的onRequestComplete方法。而CircuitBreaker有两个实现:
我们这里以异常比例熔断为例来看,进入ExceptionCircuitBreaker
的onRequestComplete
方法:
java
@Override
public void onRequestComplete(Context context) {
// 获取资源 Entry
Entry entry = context.getCurEntry();
if (entry == null) {
return;
}
// 尝试获取 资源中的 异常
Throwable error = entry.getError();
// 获取计数器,同样采用了滑动窗口来计数
SimpleErrorCounter counter = stat.currentWindow().value();
if (error != null) {
// 如果出现异常,则 error计数器 +1
counter.getErrorCount().add(1);
}
// 不管是否出现异常,total计数器 +1
counter.getTotalCount().add(1);
// 判断异常比例是否超出阈值
handleStateChangeWhenThresholdExceeded(error);
}
来看阈值判断的方法:
java
private void handleStateChangeWhenThresholdExceeded(Throwable error) {
// 如果当前已经是OPEN状态,不做处理
if (currentState.get() == State.OPEN) {
return;
}
// 如果已经是 HALF_OPEN 状态,判断是否需求切换状态
if (currentState.get() == State.HALF_OPEN) {
if (error == null) {
// 没有异常,则从 HALF_OPEN 到 CLOSED
fromHalfOpenToClose();
} else {
// 有一次,再次进入OPEN
fromHalfOpenToOpen(1.0d);
}
return;
}
// 说明当前是CLOSE状态,需要判断是否触发阈值
List<SimpleErrorCounter> counters = stat.values();
long errCount = 0;
long totalCount = 0;
// 累加计算 异常请求数量、总请求数量
for (SimpleErrorCounter counter : counters) {
errCount += counter.errorCount.sum();
totalCount += counter.totalCount.sum();
}
// 如果总请求数量未达到阈值,什么都不做
if (totalCount < minRequestAmount) {
return;
}
double curCount = errCount;
if (strategy == DEGRADE_GRADE_EXCEPTION_RATIO) {
// 计算请求的异常比例
curCount = errCount * 1.0d / totalCount;
}
// 如果比例超过阈值,切换到 OPEN
if (curCount > threshold) {
transformToOpen(curCount);
}
}