熔斷器像是一個(gè)保險(xiǎn)絲。當(dāng)我們依賴的服務(wù)出現(xiàn)問題時(shí)，可以及時(shí)容錯(cuò)。一方面可以減少依賴服務(wù)對(duì)自身訪問的依賴，防止出現(xiàn)雪崩效應(yīng)；另一方面降低請(qǐng)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(qǐng)求服務(wù)時(shí)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。本文將從源碼角度學(xué)習(xí) sony 開源的一個(gè)熔斷器實(shí)現(xiàn)

github/sony/gobreaker （代碼注釋可以從github/lpflpf/gobreaker查看)

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(gè)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(qǐng)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(shí)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(qǐng)求（有限額）都是成功的，則熔斷器關(guān)閉。所有請(qǐng)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(gè)熔斷器。

2.1熔斷器的定義

type CircuitBreaker struct { ?
? name ? ? ? ? ?string ?
? maxRequests ? uint32 ?// 最大請(qǐng)求數(shù) （半開啟狀態(tài)會(huì)限流） ?
? interval ? ? ?time.Duration ? // 統(tǒng)計(jì)周期 ?
? timeout ? ? ? time.Duration ? // 進(jìn)入熔斷后的超時(shí)時(shí)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(shí)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(gè)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(gè)周期的時(shí)間 ?
} ?

其中，如下參數(shù)是我們可以自定義的：

• MaxRequests：最大請(qǐng)求數(shù)。當(dāng)在最大請(qǐng)求數(shù)下，均請(qǐng)求正常的情況下，會(huì)關(guān)閉熔斷器
• interval：一個(gè)正常的統(tǒng)計(jì)周期。如果為 0，那每次都會(huì)將計(jì)數(shù)清零
• timeout: 進(jìn)入熔斷后，可以再次請(qǐng)求的時(shí)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(qǐng)求的執(zhí)行

熔斷器的執(zhí)行操作，主要包括三個(gè)階段；①請(qǐng)求之前的判定；②服務(wù)的請(qǐng)求執(zhí)行；③請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)求之前的判定操作

請(qǐng)求之前，會(huì)判斷當(dāng)前熔斷器的狀態(tài)。如果熔斷器以開啟，則不會(huì)繼續(xù)請(qǐng)求。如果熔斷器半開，并且已達(dá)到最大請(qǐng)求閾值，也不會(huì)繼續(xù)請(qǐng)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(qǐng)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(shí)，超時(shí)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(gè)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(gè)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(gè) 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(shí)時(shí)間（超時(shí)后，才能變更為半開狀態(tài)）。

2.4請(qǐng)求之后的處理操作

每次請(qǐng)求之后，會(huì)通過請(qǐng)求結(jié)果是否成功，對(duì)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(gè)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(qǐng)求成功，則會(huì)判斷當(dāng)前連續(xù)成功的請(qǐng)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(qǐng)求失敗，則會(huì)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(qǐng)求成功，則計(jì)數(shù)更新
如果請(qǐng)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)

總結(jié):

• 于頻繁請(qǐng)求一些遠(yuǎn)程或者第三方的不可靠的服務(wù)，存在失敗的概率還是非常大的。使用熔斷器的好處就是可以是我們自身的服務(wù)不被這些不可靠的服務(wù)拖垮，造成雪崩。
• 由于熔斷器里面，不僅會(huì)維護(hù)不少的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，還有互斥鎖做資源隔離，成本也會(huì)不少。
• 在半開狀態(tài)下，可能出現(xiàn)請(qǐng)求過多的情況。這是由于半開狀態(tài)下，連續(xù)請(qǐng)求成功的數(shù)量未達(dá)到最大請(qǐng)求值。所以，熔斷器對(duì)于請(qǐng)求時(shí)間過長（但是比較頻繁）的服務(wù)可能會(huì)造成大量的 too many requests 錯(cuò)誤

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