微服务学习 | Spring Cloud 中使用 Sentinel 实现服务限流

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前言

限流的目的是通过对并发访问/请求进行限速，或者对一个时间窗口内的请求进行限速来保护系统，一旦达到限制速率则可以拒绝服务、排队或等待、降级等处理

Sentinel是阿里中间件团队开源的，面向分布式服务架构的轻量级高可用流量控制组件，主要以流量为切入点，从流量控制、熔断降级、系统负载保护等多个维度来帮助用户保护服务的稳定性。

在 Sentinel 中，实现限流的方法有以下两种：

通过代码方法实现限流。
通过 Sentinel 控制台设置实现限流。

接下来我们讲解以上两种方式形式如何实现限流保护

通过代码实现限流

通过代码实现限流需要以下两步方可实现：

定义资源
定义限流规则

定义资源

定义资源可以通过代码方式或注解方式来实现，具体实现如下。

通过代码定义资源

可以通过代码的的方式 SphU.entry("resourceName") 来定义资源，具体实现代码如下：

@RequestMapping("/getuser")
public String getUser() {
    try (Entry entry = SphU.entry("getuser")) {
        // 被保护逻辑
        return "User";
    } catch (Exception e) {
        // 限流之后的业务逻辑
        return "限流";
    }
}

PS：SphU 是 Sentinel Protection Hotspot Util 的缩写，Sentinel 热点保护工具类。

通过注解方式定义资源

通过注解 @SentinelResource 也可以实现资源的定义，如下代码所示：

// 定义资源和限流后触发的方法
@SentinelResource(value = "resourceName", blockHandler = "myBlockHandler")
@RequestMapping("/getnamebyid")
public String getNameById(Integer id) {
return id + "-lei";
}
// 限流后触发的方法
public String myBlockHandler(Integer id, BlockException blockException) {
    String msg = "Do myBlockHandler method.";
    System.out.println(msg);
    return msg;
}

其中，value 属性定义的资源名称，blockHandler 定义的是原方法被限流/降级/系统保护之后执行的方法。

注意事项

定义的限流方法 myBlockHandler 必须和原方法的返回值、参数保持一致，否则会报错(Sentinel通过反射调用的限流方法)；
限流方法必须添加 BlockException 参数，不然会因为找不到合适的限流后执行方法，而提示报错；

@SentinelResource 注解属性说明：

value：资源名称，必需项（不能为空）。
entryType：资源调用的流量类型：入口流量（EntryType.IN）和出口流量（EntryType.OUT），注意系统规则只对 IN 生效。
blockHandler/blockHandlerClass: 限流和熔断时执行 BlockException 所对应的方法名。
fallback/fallbackClass：非 BlockException 时，其他非限流、非熔断时异常对应的方法。
exceptionsToIgnore：用于指定哪些异常被排除掉，不会计入异常统计中，也不会进入 fallback 逻辑中，而是会原样抛出。

注：1.6.0 之前的版本 fallback 函数只针对熔断降级异常（DegradeException）进行处理，不能针对业务异常进行处理。

定义限流规则

在 Spring Boot 项目中，只需要将限流规则添加到项目启动时执行即可，如下代码所示：

public static void main(String[] args) {
    SpringApplication.run(SentinelDemoApplication.class, args);
    // 加载限流规则
    initFlowRules();
}

而限流规则定义如下：

private static void initFlowRules() {
    List<FlowRule> rules = new ArrayList<>();
    FlowRule rule = new FlowRule();
    rule.setResource("resourceName"); // 资源名称
    rule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS); // 根据 QPS 限流
    rule.setCount(1); // QPS 阈值【每秒只允许通过一个请求】
    rule.setStrategy(RuleConstant.STRATEGY_DIRECT); // 调用关系限流策略【非必须设置】
    rule.setControlBehavior(RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_DEFAULT); // 流控效果【非必须设置】
    rule.setClusterMode(false); // 是否集群限流【非必须设置，默认非集群】
    rules.add(rule);
    FlowRuleManager.loadRules(rules);
}

其中：

setStrategy：设置调用关系限流策略，包含的值有：
- 直接（RuleConstant.STRATEGY_DIRECT）【默认值】
- 链路（RuleConstant.STRATEGY_RELATE）
- 关联（RuleConstant.STRATEGY_CHAIN）
setControlBehavior：设置流控效果，包含的值有：
- 直接拒绝（RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_DEFAULT）【默认值】
- 冷启动（RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_WARM_UP）
- 匀速启动（RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_RATE_LIMITER）
- 冷启动+匀速启动（RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_WARM_UP_RATE_LIMITER）

通过控制台实现限流

Sentinel 还可以使用控制台的方式进行限流，这样子可以减少对原项目代码的入侵，不过默认情况下限流规则是保存在内存中，所以重启之后规则会丢失，默认情况下下的推送流程如下：

它的实现步骤如下：

下载并运行 Sentinel Dashboard（控制台）。
在程序中加入并配置 Sentinel Dashboard。
在 Sentinel Dashboard 配置限流/熔断等规则。
验证效果。

下载并运行Sentinel控制台

我们可以从 Sentinel 官方仓库下载最新版本的控制台 jar 包，访问地址：github.com/sentinel

使用如下命令启动控制台：

java -jar sentinel-dashboard.jar --server.port=18080

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。可以参考鉴权模块文档配置用户名和密码，命令如下：

java -Dserver.port=18080 -Dsentinel.dashboard.auth.username=sentinel -Dsentinel.dashboard.auth.password=123456 -jar sentinel-dashboard.jar

Sentinel 控制台启动时的可选配置项：

配置项	默认值	描述
server.port	8080	指定端口
csp.sentinel.dashboard.server	localhost:8080	指定地址
project.name	-	指定程序的名称
sentinel.dashboard.auth.username	sentinel	Dashboard 登录账号（需要版本1.6+）
sentinel.dashboard.auth.password	sentinel	Dashboard 登录密码（需要版本1.6+）
server.servlet.session.timeout	30分钟	登录 Session 过期时间（需要版本1.6+）
配置为 7200 表示 7200 秒
配置为 60m 表示 60 分钟

在程序中加入并配置 Sentinel

在需要进行流控的项目中加入 Sentinel 依赖：

<dependency>
  <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
  <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId>
</dependency>

在项目中配置 Sentinel Dashboard 地址：

spring:
  application:
    name: sentinel-dashboard-demo
  cloud:
    sentinel:
      transport:
        dashboard: localhost:18080
        client-ip: 127.0.0.1 
        port: 8721
        heartbeat-interval-ms: 10000

其中，只有 dashboard 是必输项，其他的都可以省略，他们的含义如下：

dashboard：sentinel 控制台地址。
client-ip：当前客户端 IP，不设置自动选择一个 IP 注册。
port：与 sentinel 通讯的端口，如不设置，会从 8719 开始扫描，依次 +1，直到找到未被占用的接口。
heartbeat-interval-ms：心跳发送周期，默认值是 10s。

设置规则

新增限流规则

参数说明：

针对来源：Sentinel 可以针对调用者进行限流，填写具体微服务名时，指定对此微服务进行限流，默认值为 default（不区分来源，全部限制）。
阈值类型/单机阈值：用于限制和控制流量的一种度量标准的类型，可以为 QPS（Queries Per Second，每秒请求数）也可以为“并发线程数”。
- QPS：每秒请求达到此值开始限流。
- 并发线程数：请求此资源的线程达到某个值时限流。每个请求分配一个线程，当请求执行时间长时，很快就会触发限流，相反如果线程执行速度快，那么限流触发就会概率就会比较小。
流控模式：流量控制模式。
- 直接：接口达到限流条件时，直接限流。
- 关联：当关联的资源达到阈值时，就限流自己。
- 链路：指定资源从入口资源进来的流量，如果达到阈值，就进行限流。
流控效果：流量控制效果。
- 快速失败：该方式是默认的流量控制方式，比如 QPS 超过任意规则的阈值后，新的请求就会被立即拒绝，拒绝方式为抛出 FlowException。这种方式适用于对系统处理能力确切已知的情况下，比如通过压测确定了系统的准确水位时。
- 排队等待（也叫匀速通过）：排队等待会严格控制请求通过的间隔时间，让请求稳定且匀速的通过，可以用来处理间隔性突发的高流量。例如抢票软件，在某一秒或者一分钟内有大量的请求到来，而接下来的一段时间里处于空闲状态，我们希望系统能够在接下来的空余时间里也能出去这些请求，而不是直接拒绝。在设置排队等待时，需要填写超时时间。
- Warm Up：此项叫做预热或者冷启动方式，此模式主要是防止流量突然增加时，直接把系统拉升到高水位可能瞬间把系统压垮，通过"冷启动"，让通过的流量缓慢增加，在一定时间内逐渐增加到阈值上限，给冷系统一个预热的时间，避免冷系统被压垮。当使用 Warm Up 模式时，我们还需要指定启动时开放的 QPS 比例（DEFAULT_COLD_FACTOR，默认值为 3，代表 30%），以及系统预热所需时长（warmUpPeriodSec，默认值是 10 秒）。

限流页面当“是否集群”选中之后，就会是这样的界面：

其中最后一项“失败退化”中的 Token Server 含义如下： Token Server 是 Sentinel 用于集群流量控制的关键组件，它负责分发令牌并进行流量控制。当 Sentinel 的应用程序配置为集群限流模式时，它会向 Token Server 请求令牌，然后根据令牌情况来进行流量控制。如果 Token Server 不可用，可能是由于网络故障、Token Server 实例崩溃等原因，这时候无法从 Token Server 获取令牌。 Token Server 配置的含义如下：

当配置选项为"是"时：表示当 Token Server 不可用时，Sentinel 会自动切换为单机限流模式。在单机限流模式中，Sentine 会从本地的限流规则进行流量控制，不再依赖 Token Server。这样可以保证即使 Token Server 不可用，也能够继续对流量进行限制。
当配置选项为"否"时：表示当 Token Server 不可用时，Sentinel 不会自动切换为单机限流模式，流量控制会被暂停，即无法进行限流，可能会导致服务负载过高。

自定义限流错误信息

当请求被限流后，返回的响应信息往往不是很友好，我们这里统一处理返回异常信息，实现BlockExceptionHandler接口

@Configuration
public class MySentinelConfig implements BlockExceptionHandler {

    @Override
    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, BlockException e) throws Exception {
        // BlockException 异常接口，其子类为Sentinel五种规则异常的实现类
        // AuthorityException 授权异常
        // DegradeException 降级异常
        // FlowException 限流异常
        // ParamFlowException 参数限流异常
        // SystemBlockException 系统负载异常
        String msg = null;
        if (e instanceof FlowException) {
            msg = "限流";
        } else if (e instanceof DegradeException) {
            msg = "降级";
        } else if (e instanceof ParamFlowException) {
            msg = "热点参数限流";
        } else if (e instanceof SystemBlockException) {
            msg = "系统规则（负载/...不满足要求）";
        } else if (e instanceof AuthorityException) {
            msg = "授权规则不通过";
        }

        R error = R.error(500, msg);
        response.setCharacterEncoding("UTF-8");
        response.setContentType("application/json");
        response.getWriter().write(JSON.toJSONString(error));
    }
}