Hystrix

1、简介

在微服务中，服务与服务之间的调用经常出现两个不确定性因素：

1. 网络延迟
2. 服务异常

延迟在微服务中是一个非常重要的性能指标，随着服务的增加，调用链越来越复杂，此时低延迟往往是微服务系统架构中首要目标；高网络延迟可能会拖垮整个微服务，这是不允出现的。此外服务内部可能会发生未知异常，或者未捕获的异常，这时异常如果没有得到正确的处理，将会沿着调用链往上抛出，这对上传调用链来说也是致命的，因为往往这个时候上层调用方它不知道该如何处理未知异常。

对于服务异常，我们应该在系统架构时满足维加斯规则（Vegas Rule）：在微服务中发生的事情，就留在该微服务中。通俗点说，微服务中发生的异常要自己处理，不应该给其他微服务返回非约定交互报文之外的任何信息。

对于网络延迟，这是无法避免的，CAP理论中也谈到过分布式架构中网络分区无法避免，用于可能发生；因此我们只能在可能发生网络延迟的地方，做超时设置、超时后的副本处理等操作。

Hystrix用于解决上面两个问题。（注意，它并不能让错误不发生或者让网络延迟不发生，它只是提供了后备行为和自校正功能，可以用于优雅的处理错误和网络延迟。）Hystrix的工作原理很简单，被保护的方法可以设定失败阈值，在给定的失败阈值内方法发生失败（异常/延迟），通过调用一个预先准备的后备方法来返回预先准备的数据报文（本质上仍然是通过切面实现）。Hystrix有三种状态，分别是关闭状态、打开状态、半开状态。

1. 关闭状态（closed），Hystrix默认为关闭状态
2. 打开状态（open），超过设定的失败阈值后，熔断机制打开，Hystrix进入打开状态，此时所有请求直接请求提供熔断方法，不再请求正常服务

1. 半开状态（half open）,Hystrix进入打开状态之后，超过circuitBreaker.sleepWindowInMilliseconds时间周期，Hystrix进入半打开状态，此时尝试调用正常服务，如果服务调用失败会重置为失败状态

2、正文

2.1 Hystrix使用场景

Hystrix多用于有网络延时的场景，因此其使用场景也是那些容易出现网络延迟的方法，比如说：

1. 远程服务调用，rest请求
2. 数据库访问

1. 复杂且耗时的计算场景

2.2 Hystrix处理异常

Hystrix用于微服中，因此使用Hystrix之前，需要准备一个简单的微服务环境，指定Spring Cloud版本和Spring Boot版本，此外引入web依赖用于模拟微服务间调用。

<parent>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
  <version>2.3.4.RELEASE</version>
</parent>

<dependencies>
  <dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
  </dependency>
</dependencies>

<dependencyManagement>
  <dependencies>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
      <version>Hoxton.RELEASE</version>
      <type>pom</type>
      <scope>import</scope>
    </dependency>
  </dependencies>
</dependencyManagement>

Hystrix依赖导入

<dependencies>
  <dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix</artifactId>
  </dependency>
</dependencies>

配置服务启动端口

server:
  port: 18888

启动类增加@EnableHystrix注解

@SpringBootApplication
@EnableHystrix
public class ServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ServiceApplication.class, args);
    }

}

方法一：

编写使用Hystrix保护的方法，这里使用@HystrixCommand注解注释需要受Hystrix保护的方法，并且指定fallbackMethod属性的值为fallback，fallback是一个提前预置的方法，该方法与受保护的方法返回值一致，用于服务断路器打开时备用。我在demo方法中，直接抛出了一个RuntimeException，模拟服务调用失败。

@RestController
@RequestMapping("/fallback")
public class FallbackMethodController {

    @GetMapping
    @HystrixCommand(fallbackMethod = "fallback")
    public ResponseEntity<String> demo() {
        // 模拟服务异常
       throw new RuntimeException("Error.");
    }
    
    private ResponseEntity<String> fallback() {
        return new ResponseEntity<>("Hello World!", HttpStatus.OK);
    }

}

对该rest接口发起请求，此时无论请求多少次都会得到Hello World!返回值。

方法二：

除了上面这种直接在方法指定后备方法之外，还可以采用另外一种方法，直接在Controller类上定义默认的后备方法，这样整个Controller需要受保护的方法，无需每个都明确指定后备方法了。（区别：@HystrixCommand无需再指定fallbackMethod）

@RestController
@RequestMapping("/defaultFallback")
// 整体定义后备方法
@DefaultProperties(defaultFallback = "defaultFallback")
public class DefaultFallbackMethodController {

    @GetMapping
    @HystrixCommand
    public ResponseEntity<String> demo() {
        throw new RuntimeException("Error.");
    }

    public ResponseEntity<String> defaultFallback() {
        return new ResponseEntity<>("Hello World.", HttpStatus.OK);
    }
}

2.3 Hystrix处理超时

Hystrix除了能优雅的处理未知异常之外，其另外一个能力就是方法执行延迟的处理， @HystrixCommand注解默认情况下设置了1秒的超时时间，如果1秒内方法未返回，将会执行预置的后备方法。1秒的超时时间不一定满足所有的业务场景，或者有些方法它就是硬不要设置超时时间，关于这些需求Hystrix都提供了相应的配置项。

@HystrixCommand注解中提供了commandProperties属性，它是一个HystrixProperty数组，因此@HystrixProperty可以定义多个；其中name指定要配置的项，value指定对应配置项的值。

@RestController
@RequestMapping("/timeout")
public class TimeoutController {

    @GetMapping
    @HystrixCommand(
            fallbackMethod = "fallback",
            commandProperties = {
                    @HystrixProperty(
                            name = "execution.isolation.thread.timeoutInMilliseconds",
                            value = "2000"
                    )
            })
    public ResponseEntity<String> demo() {
        try {
            // 模拟接口请求，时间设置为3秒
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return new ResponseEntity<>("Hello!", HttpStatus.OK);
    }


    private ResponseEntity<String> fallback() {
        return new ResponseEntity<>("Timeout!", HttpStatus.OK);
    }

}

接口并未返回Hello!，而是返回了后备方法的返回值Timeout!，这是因为我们设值的超时时间是2秒，而 TimeUnit.SECONDS.sleep(3)睡眠了3秒，导致熔断器打开，返回了后备方法。

Hystrix的方法超时时间也可以关闭，@HystrixProperty提供了关闭的开关如下所示：

@RestController
@RequestMapping("/closeTimeout")
public class TimeoutDisableController {


    @GetMapping
    @HystrixCommand(
            fallbackMethod = "fallback",
            commandProperties = {
                    @HystrixProperty(
                            name = "execution.timeout.enabled",
                            value = "false"
                    )
            })
    public ResponseEntity<String> demo() {
        try {
            // 模拟接口请求
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return new ResponseEntity<>("Hello!", HttpStatus.OK);
    }


    private ResponseEntity<String> fallback() {
        return new ResponseEntity<>("Timeout!", HttpStatus.OK);
    }
    
}

此时/closeTimeout接口无论多久多不会触发超时保护（理论上不会这样玩儿！）

2.4 Hystrix断路器阈值设置

上面有说到Hystrix断路器的三个状态，在默认情况下，Hystrix保护的方法，在10秒内，请求次数超过了20次，50%以上的请求发生失败， 断路器将会进入打开状态，5秒后断路器进入半开状态，尝试重新调用原始的方法，如果调用失败，断路器直接变为打开状态。

Hystrix断路器阈值，默认配置：
在给定的时间范围内，方法应该被调用的次数

在给定时间范围内，方法调用产生失败的百分比

请求量和错误百分比的滚动时间周期

处于打开状态的断路器，要经过多长时间才会进入半开状态，进入半开状态之后，将会再次尝试原始方法

如下将默认断路器阈值进行修改，修改后60秒内，请求次数超过4次，50%以上的请求失败，断路器就会进入打开状态，并且60秒后断路器才会进入半开状态，尝试调用原始方法。我这里设置成这样是为了方便测试。

@RestController
@RequestMapping("/circuitBreaker")
public class CircuitBreakConfigController {


    @GetMapping
    @HystrixCommand(
            fallbackMethod = "fallback",
            commandProperties = {
                    @HystrixProperty(
                            name = "execution.isolation.thread.timeoutInMilliseconds",
                            value = "1000"
                    ),
                    @HystrixProperty(
                            name = "circuitBreaker.requestVolumeThreshold",
                            value = "4"
                    ),
                    @HystrixProperty(
                            name = "circuitBreaker.errorThresholdPercentage",
                            value = "50"
                    ),
                    @HystrixProperty(
                            name = "metrics.rollingStats.timeInMilliseconds",
                            value = "60000"
                    ),
                    @HystrixProperty(
                            name = "circuitBreaker.sleepWindowInMilliseconds",
                            value = "60000"
                    )
            })
    public ResponseEntity<String> demo() {
        try {
            // 模拟接口请求
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return new ResponseEntity<>("Hello!", HttpStatus.OK);
    }


    private ResponseEntity<String> fallback() {
        return new ResponseEntity<>("Timeout!", HttpStatus.OK);
    }


}

将超时时间设置为1秒，方法中执行TimeUnit.SECONDS.sleep(2);使得线程阻塞2秒，显然每次调用都会失败，因此在第四之后（60s内）的请求，都会直接执行后备方法。

2.5 Hystrix与Fegin集成

很多时候我们会使用Open Fegin来向服务端请求数据，这个时候我们可以使用Hystrix来包含Fegin Client，集成方式也十分简单。

OpenFeign中已经集成了Hystrix，因此不需要再单独导入Hystrix的依赖

<!--openfeign 中已经依赖了Hystrix-->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
</dependency>

启动类中添加@EnableFeignClients注解，该注解默认支持Hystrix

@SpringBootApplication
@EnableFeignClients // 支持Hystrix
public class ConsumerApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConsumerApplication.class, args);
    }

}

开启Feign对Hystix的支持，此外由于Feign集成的Ribbon，Ribbon也有默认的请求超时时间，因此我们要想正确的使用Hystrix带来的熔断保护，就应该将Ribbon的超时时间设定的比Hystrix的超时时间大。（两者默认超时时间都是1秒）

server:
  port: 19999

# 开启feign对hystrix的支持
feign:
  hystrix:
    enabled: true
  client:
    config:
      default:
        readTimeout: 3000
        connectTimeout: 3000

定义一个Feign Client，并指定fallback类，该类需要实现Feign Client才能提供熔断服务。注意，Feign Client的实现类需要添加到容器中。

@FeignClient(value = "service", url = "http://localhost:18888/fallback", fallback = ServerClientFallback.class)
public interface ServerClient {

    @GetMapping
    ResponseEntity<String> demo();

}

@Component
class ServerClientFallback implements ServerClient {

    @Override
    public ResponseEntity<String> demo() {
        return new ResponseEntity<>("Client FallBack!", HttpStatus.OK);
    }
}

定义一个测试controller，我们不启动1888服务，模拟服务端不可用的情况！

@RestController
@RequestMapping("/feign")
public class FeignController {

    @Autowired
    private ServerClient serverClient;

    @GetMapping
    public ResponseEntity<String> demo() {
        return serverClient.demo();
    }
}

此时触发服务降级，直接返回Client FallBack!