JavaSpringCloud Alibaba Sentinel

Sentinel 是什么?

随着微服务的流行,服务和服务之间的稳定性变得越来越重要。Sentinel 以流量为切入点,从流量控制、熔断降级、系统负载保护等多个维度保护服务的稳定性。
Sentinel 具有以下特征:

  • 丰富的应用场景:Sentinel 承接了阿里巴巴近 10 年的双十一大促流量的核心场景,例如秒杀(即突发流量控制在系统容量可以承受的范围)、消息削峰填谷、集群流量控制、实时熔断下游不可用应用等。
  • 完备的实时监控:Sentinel 同时提供实时的监控功能。可以在控制台中看到接入应用的单台机器秒级数据,甚至 500 台以下规模的集群的汇总运行情况。
  • 广泛的开源生态:Sentinel 提供开箱即用的与其它开源框架/库的整合模块,例如与 Spring Cloud、Dubbo、gRPC 的整合。只需要引入相应的依赖并进行简单的配置即可快速地接入 Sentinel。
  • 完善的 SPI 扩展点:Sentinel 提供简单易用、完善的 SPI 扩展接口。可以通过实现扩展接口来快速地定制逻辑。例如定制规则管理、适配动态数据源等。

Sentinel 的主要特性:
Alibaba Sentinel - 图1

Sentinel 基本概念

资源

资源是 Sentinel 的关键概念。它可以是 Java 应用程序中的任何内容,例如,由应用程序提供的服务,或由应用程序调用的其它应用提供的服务,甚至可以是一段代码。在接下来的文档中,都会用资源来描述代码块。只要通过 Sentinel API 定义的代码,就是资源,能够被 Sentinel 保护起来。大部分情况下,可以使用方法签名,URL,甚至服务名称作为资源名来标示资源。

规则

围绕资源的实时状态设定的规则,可以包括流量控制规则、熔断降级规则以及系统保护规则。所有规则可以动态实时调整。

Sentinel 功能和设计理念

流量控制

流量控制在网络传输中是一个常用的概念,它用于调整网络包的发送数据。然而,从系统稳定性角度考虑,在处理请求的速度上,也有非常多的讲究。任意时间到来的请求往往是随机不可控的,而系统的处理能力是有限的。需要根据系统的处理能力对流量进行控制。Sentinel 作为一个调配器,可以根据需要把随机的请求调整成合适的形状,如下图所示:
Alibaba Sentinel - 图2
流量控制设计理念,流量控制有以下几个角度:

  • 资源的调用关系,例如资源的调用链路,资源和资源之间的关系;
  • 运行指标,例如 QPS、线程池、系统负载等;
  • 控制的效果,例如直接限流、冷启动、排队等。

Sentinel 的设计理念是自由选择控制的角度,并进行灵活组合,从而达到想要的效果。

熔断降级

除了流量控制以外,降低调用链路中的不稳定资源也是 Sentinel 的使命之一。由于调用关系的复杂性,如果调用链路中的某个资源出现了不稳定,最终会导致请求发生堆积。Sentinel 和 Hystrix 的原则是一致的:当检测到调用链路中某个资源出现不稳定的表现,例如请求响应时间长或异常比例升高的时候,则对这个资源的调用进行限制,让请求快速失败,避免影响到其它的资源而导致级联故障。

熔断降级设计理念

在限制的手段上,Sentinel 和 Hystrix 采取了完全不一样的方法。Hystrix 通过 线程池隔离 的方式,来对依赖(在 Sentinel 的概念中对应 资源)进行了隔离。这样做的好处是资源和资源之间做到了最彻底的隔离。缺点是除了增加了线程切换的成本(过多的线程池导致线程数目过多),还需要预先给各个资源做线程池大小的分配。

Sentinel 对这个问题采取了两种手段

  1. 通过并发线程数进行限制:和资源池隔离的方法不同,Sentinel 通过限制资源并发线程的数量,来减少不稳定资源对其它资源的影响。这样不但没有线程切换的损耗,也不需要预先分配线程池的大小。当某个资源出现不稳定的情况下,例如响应时间变长,对资源的直接影响就是会造成线程数的逐步堆积。当线程数在特定资源上堆积到一定的数量之后,对该资源的新请求就会被拒绝。堆积的线程完成任务后才开始继续接收请求。
  2. 通过响应时间对资源进行降级:除了对并发线程数进行控制以外,Sentinel 还可以通过响应时间来快速降级不稳定的资源。当依赖的资源出现响应时间过长后,所有对该资源的访问都会被直接拒绝,直到过了指定的时间窗口之后才重新恢复。

    系统负载保护

    Sentinel 同时提供系统维度的自适应保护能力。防止雪崩,是系统防护中重要的一环。当系统负载较高的时候,如果还持续让请求进入,可能会导致系统崩溃,无法响应。在集群环境下,网络负载均衡会把本应这台机器承载的流量转发到其它的机器上去。如果这个时候其它的机器也处在一个边缘状态的时候,这个增加的流量就会导致这台机器也崩溃,最后导致整个集群不可用。针对这个情况,Sentinel 提供了对应的保护机制,让系统的入口流量和系统的负载达到一个平衡,保证系统在能力范围之内处理最多的请求。
    Sentinel 的开源生态:
    Alibaba Sentinel - 图3
    Sentinel 分为两个部分:
  • 核心库(Java 客户端)不依赖任何框架/库,能够运行于所有 Java 运行时环境,同时对 Dubbo / Spring Cloud 等框架也有较好的支持。
  • 控制台(Dashboard)基于 Spring Boot 开发,打包后可以直接运行,不需要额外的 Tomcat 等应用容器。

    Sentinel 基本使用

    1、首先需要导入依赖

    1. <dependency>
    2. <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    3. <artifactId>sentinel-core</artifactId>
    4. <version>1.6.3</version>
    5. </dependency>

    2、定义资源限流规则

    资源 是 Sentinel 中的核心概念之一。最常用的资源是代码中的 Java 方法。当然,也可以更灵活的定义资源

    1. //初始化规则
    2. private static void initFlowRules() {
    3. List<FlowRule> rules = new ArrayList<>(); //限流规则的集合
    4. FlowRule flowRule = new FlowRule();//限流规则
    5. flowRule.setResource("ruleTest");//资源(可以是方法名称、接口)
    6. //线程数(FLOW_GRADE_THREAD)与QPS (FLOW_GRADE_QPS)
    7. flowRule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS); //限流的阈值的类型
    8. flowRule.setCount(18);// QPS数
    9. rules.add(flowRule);
    10. FlowRuleManager.loadRules(rules);
    11. }

    3、启动测试类,官网提供了以下代码做演示:

    1. public static void main(String[] args) {
    2. initFlowRules(); //初始化一个规则
    3. while(true){
    4. Entry entry=null;
    5. try{
    6. entry= SphU.entry("ruleTest");
    7. System.out.println("Hello Word");
    8. }catch (BlockException e){//如果被限流了,那么会抛出这个异常
    9. e.printStackTrace();
    10. }finally {
    11. if(entry!=null){
    12. entry.exit();// 释放
    13. }
    14. }
    15. }
    16. }

    Demo 运行之后,可以在日志 ~/logs/csp/${appName}-metrics.log.xxx 里看到下面的输出:
    Alibaba Sentinel - 图4
    其中 p 代表通过的请求,block 代表被阻止的请求,s 代表成功执行完成的请求个数,e 代表用户自定义的异常,rt 代表平均响应时长。可以看到,这个程序每秒稳定输出 “hello world” 18 次,和规则中预先设定的阈值是一样的。

    Sentinel 控制台

    下载 https://github.com/alibaba/Sentinel/releases ,下载 sentinel-dashboard-1.6.3.jar 。(启动 Sentinel 控制台需要 JDK 版本为 1.8 及以上版本。)
    启动控制台:

    1. java -Dserver.port=8080 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard.jar

    其中 -Dserver.port=8080 用于指定 Sentinel 控制台端口为 8080。从 Sentinel 1.6.0 起,Sentinel 控制台引入基本的登录功能,默认用户名和密码都是 sentinel。
    Alibaba Sentinel - 图5.

    客户端接入控制台

    将刚刚演示的Demo 接入控制台,首秀按要导入依赖:

    1. <dependency>
    2. <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    3. <artifactId>sentinel-transport-simple-http</artifactId>
    4. <version>1.6.3</version>
    5. </dependency>

    启动时加入 JVM 参数 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=consoleIp:port 指定控制台地址和端口。若启动多个应用,则需要通过 -Dcsp.sentinel.api.port=xxxx 指定客户端监控 API 的端口(默认是 8719)。其他配置项见:https://github.com/alibaba/Sentinel/wiki/%E5%90%AF%E5%8A%A8%E9%85%8D%E7%BD%AE%E9%A1%B9
    配置如下:

    1. -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-demo

    这样子启动Demo,客户端配置好了与控制台的连接参数之后,并不会主动连接上控制台,需要触发一次客户端的规则才会开始进行初始化,并向控制台发送心跳和客户端规则等信息。就能再控制台上看到效果如下:
    Alibaba Sentinel - 图6
    其他具体相关可以查看github介绍。

    Sentinel 整合SpringBoot

    Sentinel 提供了 @SentinelResource 注解用于定义资源,并提供了 AspectJ 的扩展用于自动定义资源、处理 BlockException 等。首先需要导入依赖:

    1. <dependency>
    2. <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    3. <artifactId>sentinel-core</artifactId>
    4. <version>1.6.3</version>
    5. </dependency>
    6. <dependency>
    7. <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    8. <artifactId>sentinel-transport-simple-http</artifactId>
    9. <version>1.6.3</version>
    10. </dependency>
    11. <dependency>
    12. <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    13. <artifactId>sentinel-annotation-aspectj</artifactId>
    14. <version>1.6.3</version>
    15. </dependency>

    在主启动类中添加规则: ```java @SpringBootApplication public class SentinelDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {

    1. initFlowRules();
    2. SpringApplication.run(SentinelDemoApplication.class, args);

    }

    //初始化规则 private static void initFlowRules(){

    1. List<FlowRule> rules=new ArrayList<>(); //限流规则的集合
    2. FlowRule flowRule=new FlowRule();
    3. flowRule.setResource("sayHello");//资源(方法名称、接口)
    4. flowRule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS); //限流的阈值的类型
    5. flowRule.setCount(2);
    6. rules.add(flowRule);
    7. FlowRuleManager.loadRules(rules);

    }

}

  1. 还需要通过配置的方式将 `SentinelResourceAspect` 注册为一个 Spring Bean
  2. ```java
  3. @Configuration
  4. public class AopConfiguration {
  5. @Bean
  6. public SentinelResourceAspect sentinelResourceAspect(){
  7. return new SentinelResourceAspect();
  8. }
  9. }

此刻可以通过注解 @SentinelResource 来定义资源 :

  1. @RestController
  2. public class SentinelController {
  3. //针对方法级别的限流
  4. @SentinelResource(value = "sayHello", blockHandler = "exceptionHandler", fallback = "fallbackHandler")
  5. @GetMapping("/say")
  6. public String sayHello(String name) {
  7. System.out.println("hello world");
  8. if (1 == 1) throw new RuntimeException("Hello");
  9. return "hello world";
  10. }
  11. // 该方法的参数除了 BlockException,包括参数、返回值,需要与原来的资源方法一致
  12. public String exceptionHandler(String name, BlockException ex) {
  13. return "blockHandler:" + name + ex.getMessage();
  14. }
  15. //用于在抛出异常的时候提供 fallback处理逻辑。
  16. public String fallbackHandler(String name) {
  17. return "fallbackHandler:" + name;
  18. }
  19. }

启动服务就可以看到效果了。这里需要加入到Sentinel-dashboard中:-Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-demo