Spring Cloud Circuit Breaker：断路器模式 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

好的，各位观众老爷，各位技术大咖，以及各位正在熬夜加班的程序员兄弟们，晚上好！欢迎来到我的“Spring Cloud Circuit Breaker：断路器模式，让你的微服务不再“裸奔””技术讲座！

今天咱们聊聊一个在微服务架构中至关重要，但又常常被忽略的英雄——Spring Cloud Circuit Breaker，也就是我们常说的“断路器”。

开场白：微服务世界的“电闸”

想象一下，你家里的电路，如果没有保险丝或者断路器，一旦某个电器短路，整个屋子就可能陷入一片黑暗。微服务也是如此，如果没有“断路器”保护，一个服务的崩溃可能会像多米诺骨牌一样，迅速蔓延到整个系统，最终导致“全家桶”式的崩溃，那场面，简直惨不忍睹！😨

所以，今天我们就来好好研究一下这个“电闸”，看看它如何保护我们的微服务。

第一幕：什么是断路器？（What is Circuit Breaker？）

用大白话来说，断路器就像一个智能开关，它会监视下游服务的状态。如果下游服务运行良好，它就保持“闭合”状态，允许请求顺利通过。但如果下游服务开始出现问题，例如响应超时、错误率过高等，断路器就会跳闸，进入“开启”状态，直接拒绝后续请求，防止问题进一步蔓延。

为什么要用断路器？

咱们先来设想一个场景：

你的微服务A需要调用微服务B，但是微服务B由于某种原因（例如：数据库崩溃、网络拥堵、代码bug）变得非常缓慢，甚至直接挂掉了。

如果没有断路器，微服务A会一直傻傻地等待微服务B的响应，耗尽自己的线程资源，最终导致微服务A也崩溃。更可怕的是，如果有很多微服务都依赖于微服务B，那么整个系统就会雪崩式崩溃！

断路器的作用，就是防止这种雪崩效应的发生。

断路器的三种状态

断路器有三种状态，就像交通信号灯一样：

Closed（闭合状态）： 这是断路器的默认状态，所有的请求都正常转发到下游服务。就像绿灯一样，一路畅通。
Open（开启状态）： 当下游服务的错误率超过设定的阈值时，断路器就会进入开启状态，所有的请求都会被快速失败，不会再发送到下游服务。就像红灯一样，禁止通行。
Half-Open（半开状态）： 在开启状态一段时间后，断路器会进入半开状态，允许少量的请求尝试调用下游服务。如果这些请求成功，则断路器会重新回到闭合状态；如果这些请求仍然失败，则断路器会保持开启状态，并等待更长的时间。就像黄灯一样，谨慎通行。

用表格总结一下：

状态	描述	作用	形象比喻
Closed	断路器关闭，允许所有请求通过	正常转发请求，不干预	绿灯，畅通无阻
Open	断路器打开，拒绝所有请求	防止雪崩效应，保护上游服务	红灯，禁止通行
Half-Open	断路器半开，允许少量请求尝试通过	探测下游服务是否恢复，决定是否重新闭合	黄灯，谨慎通行

第二幕：Spring Cloud Circuit Breaker 如何工作？（How it Works？）

Spring Cloud Circuit Breaker 提供了一个统一的抽象层，允许你使用不同的断路器实现，例如：

Resilience4j: 一个轻量级、高性能的断路器库，功能丰富，配置灵活，是目前Spring Cloud官方推荐的断路器实现。
Hystrix: Netflix开源的断路器库，曾经非常流行，但已经停止维护，不建议在新项目中使用。

我们以Resilience4j为例，来看看它如何工作：

配置断路器： 你需要配置断路器的各种参数，例如：
- failureRateThreshold: 错误率阈值，当错误率超过这个值时，断路器就会开启。
- slowCallRateThreshold: 慢调用率阈值，当慢调用率超过这个值时，断路器也会开启。
- waitDurationInOpenState: 断路器在开启状态的等待时间，等待时间过后，断路器会进入半开状态。
- permittedNumberOfCallsInHalfOpenState: 在半开状态下允许尝试的请求数量。
- slidingWindowSize: 滑动窗口的大小，用于计算错误率和慢调用率。
- minimumNumberOfCalls: 在滑动窗口中，至少需要多少次调用才能计算错误率和慢调用率。
使用注解或编程方式： 你可以使用@CircuitBreaker注解或者编程方式，将断路器应用到你的方法上。
调用下游服务： 当你调用被断路器保护的方法时，断路器会拦截请求，并根据下游服务的状态来决定是否允许请求通过。
状态转换： 断路器会根据下游服务的响应结果，以及配置的参数，自动进行状态转换。
Fallback机制： 当断路器开启时，你可以提供一个Fallback方法，用于处理请求失败的情况。例如，你可以返回一个默认值，或者从缓存中获取数据。

代码示例（使用Resilience4j）：

import io.github.resilience4j.circuitbreaker.annotation.CircuitBreaker;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class MyService {

    @CircuitBreaker(name = "myService", fallbackMethod = "myFallback")
    public String callDownstreamService() {
        // 调用下游服务的代码
        // 如果下游服务出现问题，会抛出异常
        return "Response from downstream service";
    }

    public String myFallback(Throwable t) {
        // Fallback方法，用于处理请求失败的情况
        return "Fallback response";
    }
}

解释一下：

@CircuitBreaker(name = "myService", fallbackMethod = "myFallback"): 这个注解告诉Spring Cloud Circuit Breaker，我们要为callDownstreamService()方法应用一个名为myService的断路器，并且当断路器开启时，调用myFallback()方法。
callDownstreamService(): 这是我们要保护的方法，它会调用下游服务。
myFallback(Throwable t): 这是Fallback方法，它接收一个Throwable类型的参数，用于获取异常信息。

第三幕：配置你的断路器（Configuration is Key！）

配置断路器是至关重要的，你需要根据你的业务场景和下游服务的特性，来选择合适的参数。

一些配置建议：

错误率阈值（failureRateThreshold）： 这个值越高，断路器就越不容易开启。你需要根据下游服务的稳定性和容错能力来选择合适的值。
慢调用率阈值（slowCallRateThreshold）： 如果你的下游服务响应时间不稳定，经常出现慢调用，那么你需要设置这个值，防止慢调用拖垮你的服务。
等待时间（waitDurationInOpenState）： 这个值决定了断路器在开启状态的等待时间，你需要根据下游服务的恢复时间来选择合适的值。如果等待时间太短，下游服务可能还没有完全恢复，断路器就重新闭合了，导致问题再次发生。如果等待时间太长，则会影响用户的体验。
滑动窗口大小（slidingWindowSize）： 滑动窗口越大，计算错误率和慢调用率就越准确，但也会消耗更多的资源。你需要根据你的系统资源来选择合适的值。

你可以通过以下方式配置断路器：

application.yml/application.properties: 这是最常用的配置方式，你可以直接在配置文件中设置断路器的参数。
Java代码： 你可以使用Java代码来创建和配置断路器，这种方式更加灵活，但代码量也会增加。
动态配置中心： 你可以使用Spring Cloud Config等动态配置中心来动态修改断路器的参数，这种方式可以让你在运行时调整断路器的行为，而无需重启服务。

表格：常见的断路器配置参数

参数名	类型	描述	建议值
`failureRateThreshold`	Integer	错误率阈值，当错误率超过这个值时，断路器会开启。	50-75 (表示50%-75%)，根据服务的稳定性调整。
`slowCallRateThreshold`	Integer	慢调用率阈值，当慢调用率超过这个值时，断路器也会开启。	50-75 (表示50%-75%)，根据服务的响应时间波动情况调整。
`waitDurationInOpenState`	Duration	断路器在开启状态的等待时间，等待时间过后，断路器会进入半开状态。	5s – 60s，根据服务的恢复时间调整。
`permittedNumberOfCallsInHalfOpenState`	Integer	在半开状态下允许尝试的请求数量。	3-10，控制半开状态下的尝试请求数量，避免一下子压垮下游服务。
`slidingWindowSize`	Integer	滑动窗口的大小，用于计算错误率和慢调用率。	100-500，滑动窗口越大，计算越准确，但资源消耗也越大。
`minimumNumberOfCalls`	Integer	在滑动窗口中，至少需要多少次调用才能计算错误率和慢调用率。	10-50，避免在调用次数过少时，由于偶然的错误导致断路器开启。
`automaticTransitionFromOpenToHalfOpenEnabled`	Boolean	是否自动从开启状态转换到半开状态。如果设置为true，则断路器会在`waitDurationInOpenState`之后自动进入半开状态。如果设置为false，则需要手动触发状态转换。	一般设置为true，方便自动恢复。

第四幕：监控和告警（Monitoring and Alerting）

仅仅配置断路器是不够的，你还需要监控断路器的状态，并在断路器开启时及时收到告警。

你可以使用以下工具来监控断路器：

Micrometer: 一个通用的监控指标库，可以与各种监控系统集成，例如Prometheus、Grafana、InfluxDB等。
Spring Boot Actuator: 提供了一系列的监控端点，可以查看断路器的状态、配置等信息。
Resilience4j Dashboard: Resilience4j提供了一个简单的Dashboard，可以实时查看断路器的状态。

告警：

当断路器开启时，你需要及时收到告警，以便及时处理问题。你可以使用以下方式发送告警：

邮件： 当断路器开启时，发送邮件通知相关人员。
短信： 当断路器开启时，发送短信通知相关人员。
钉钉/企业微信： 当断路器开启时，发送消息到钉钉/企业微信群。

第五幕：最佳实践（Best Practices）

为每个关键服务都配置断路器： 不要只为部分服务配置断路器，要为每个关键服务都配置断路器，防止单个服务的崩溃影响整个系统。
合理设置断路器的参数： 根据你的业务场景和下游服务的特性，合理设置断路器的参数，避免误判或漏判。
提供Fallback机制： 当断路器开启时，提供Fallback机制，例如返回一个默认值，或者从缓存中获取数据，提高系统的可用性。
监控和告警： 监控断路器的状态，并在断路器开启时及时收到告警，以便及时处理问题。
定期测试断路器： 定期测试断路器的功能，确保其能够正常工作。

总结：

Spring Cloud Circuit Breaker 是微服务架构中不可或缺的一部分，它可以有效地防止雪崩效应的发生，保护你的服务免受下游服务故障的影响。

记住，断路器就像你家的“电闸”，关键时刻能救命！ 🛡️

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解和使用Spring Cloud Circuit Breaker，让你的微服务不再“裸奔”，而是穿上了一件坚固的“盔甲”！

感谢大家的观看，我们下次再见！ 👋

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