微服务开发与实战Day05 - 服务保护和分布式事务

news2024/10/6 18:34:08

一、服务保护和分布式事务

二、雪崩问题

微服务调用链路中某个服务故障,引起整个链路中的所有微服务都不可用,这就是雪崩。

1. 雪崩问题产生的原因是什么?

  • 微服务相互调用,服务提供者出现故障或阻塞;
  • 服务调用者没有做好异常处理,导致自身故障;
  • 调用链中的所有服务级联失败,导致整个集群故障

2. 解决问题的思路有哪些?

尽量避免服务出现故障或阻塞

  • 保证代码的健壮性
  • 保证网络畅通;
  • 能应对较高的并发请求

服务调用者做好远程调用异常的后备方案,避免故障扩散。

服务保护技术
SentinelHystrix
线程隔离信号量隔离线程池隔离/信号量隔离
熔断策略基于慢调用比例或异常比例基于异常比率
限流基于QPS,支持流量整形有限的支持
Fallback支持支持
控制台开箱即用,可配置规则、查看秒级监控、机器发现等不完善
配置方式基于控制台,重启后失效基于注解或配置文件,永远生效

3. 服务保护方案 - 请求限流

请求限流:限制访问微服务的请求并发量,避免服务因流量激增出现故障。

4. 服务保护方案 - 线程隔离

线程隔离:也叫做舱壁模式,模拟船舱隔板的防水原理。通过限定每个业务能使用的线程数量二将故障业务隔离,避免故障扩散。

5. 服务保护方案 - 服务熔断

服务熔断:由断路器统计请求的异常比例或慢调用比例,如果超出阈值则会熔断该业务,拦截该接口的请求。熔断期间,所有请求快速失败,全都走fallback逻辑。

失败处理:定义fallback逻辑,让业务失败时不再抛出异常,而是返回默认数据或友好提示。

三、Sentinel

1. 初识Sentinel

Sentinel是阿里巴巴开源的一款微服务流量控制组件。官网地址:home | Sentinel

使用步骤:

(1)sentinel的安装

①下载jar包:Releases · alibaba/Sentinel · GitHub

②运行

将jar包放在任意非中文,不包含任何特殊字符的目录下,重命名为sentinel-dashboard.jar

java -Dserver.port=8090 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8090 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard.jar

③访问 http://localhost:8090

用户名和密码都是sentinel

(2)微服务整合

我们在cart-servicr模块中整合sentinel,连接sentinel-dashboard控制台,步骤如下:

①引入sentinel依赖 pom.xml(cart-service)

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

②修改application.yaml文件,添加下面内容

spring:
  cloud:
    sentinel:
      transport:
        dashboard: localhost:8090 # sentinel的控制台地址

③访问cart-service的任意端点

重启cart-service,然后访问查询购物车接口,sentinel的客户端就会将服务访问的信息提交到sentinel-dashboard控制台。并展示出统计信息:

④点击簇点链路菜单,会看到下面的页面:

⑤簇点链路

簇点链路

簇点链路,就是单机调用链路,是一次请求进入服务后经过的每一个被Sentinel监控的资源链。默认Sentinel会监控SpringMVC的每一个Endpoint(http接口)。限流、熔断等都是针对簇点链路中的资源设置的。而资源名默认就是接口的请求路径:

Restful风格的API请求路径一般都相同,这会导致簇点资源名称重复。因此我们需要修改配置,把请求方式+请求路径作为簇点资源名称。

spring:
  cloud:
    sentinel:
      transport:
        dashboard: localhost:8090 # sentinel的控制台地址
      http-method-specify: true # 开启请求方式前缀

重启CartApplication,访问购物车相关接口

2. 请求限流

使用步骤:

①在簇点链路后面点击流控按钮,即可对其做限流设置

②双击运行jemter

③把day05资料中的雪崩测试.jmx拖入jmeter

④启动测试

⑤察看结果树和汇总报告

3. 线程隔离

当商品服务出现阻塞或故障时,调用商品服务的购物车服务可能因此而被拖慢,甚至资源耗尽。所以必须限制购物车服务中查询商品这个业务的可用线程数,实现线程隔离。

使用步骤:

①在sentinel控制台中,会出现Feign接口的簇点资源,点击后面的流控按钮,即可配置线程隔离

(5个并发线程,如果单线程QPS为2,则5线程QPS为10)

②修改item-service的ItemController里的queryItemByIds进行测试

@ApiOperation("根据id批量查询商品")
@GetMapping
public List<ItemDTO> queryItemByIds(@RequestParam("ids") List<Long> ids){
  // 模拟业务延迟
  ThreadUtil.sleep(500);
  return itemService.queryItemByIds(ids);
}

③在cart-service里的application.yaml新增tomcat限制

server:
  port: 8082
  tomcat:
    threads:
      max: 50
    accept-count: 25
    max-connections: 100

④重启ItemApplication、ItemApplication2、CartApplication,进行线程隔离测试

⑤查询购物车异常,但其他服务正常

4. Fallback

使用步骤:

①将FeignClient作为Sentinel的簇点资源:application.yaml(cart-service)

feign:
  sentinel:
    enabled: true

②FeignClient的Fallback有两种配置方式:

  • 方式一:FallbackClass,无法对远程调用的异常做处理
  • 方式二:FallbackFactory,可以对远程调用的异常做处理,通常都会选择这种。

案例:给FeignClient编写Fallback逻辑

假如我们有一个FiegnClient如下:

@FeignClient(value = "userservice")
public interface UserClient {
    @GetMapping("/user/{id})
    User findById(@PathVariable("id") Long id);
}

为其编写Fallback逻辑

使用步骤:

①自定义类,实现FallbackFactory,编写对某个FeignClient的fallback逻辑

@Slf4j
public class UserClientFallbackFactory implements FallbackFactory<UserClient> {
    @Override
    public UserClient create(Throwable throwable) {
        // 创建UserClient接口实现类,实现其中的方法,编写失败降级的处理逻辑
        return new UserClient() {
            @Override
            public User findById(Long id) {
                // 记录异常信息,可以返回空或抛出异常
                log.error("查询用户失败", throwable);
                return null;
            }
        };
    }
}

②将刚刚定义的UserClientFallbackFactory注册为一个Bean:

@Bean
public UserClientFallbackFactory userClientFallback() {
    return new UserClientFallbackFactory();
}

③在UserClient接口中使用UserClientFallbackFactory

@FeignClient(value = "userservice", fallbackFactory = UserClientFallbackFactory.class)
public interface UserClient {
    @GetMapping("/user/{id}")
    User findById(@PathVariable("id") Long id);
}

步骤:hm-api模块

①在hm-api模块下的client新建fallback.ItemClientFallbackFactory

package com.hmall.api.client.fallback;

import com.hmall.api.client.ItemClient;
import com.hmall.api.dto.ItemDTO;
import com.hmall.api.dto.OrderDetailDTO;
import com.hmall.common.utils.CollUtils;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.cloud.openfeign.FallbackFactory;

import java.util.Collection;
import java.util.List;

@Slf4j
public class ItemClientFallbackFactory implements FallbackFactory<ItemClient> {
    @Override
    public ItemClient create(Throwable cause) {
        return new ItemClient() {
            @Override
            public List<ItemDTO> queryItemByIds(Collection<Long> ids) {
                log.error("查询商品失败!", cause);
                return CollUtils.emptyList();
            }

            @Override
            public void deductStock(List<OrderDetailDTO> items) {
                log.error("扣减商品库存失败!", cause);
                throw new RuntimeException(cause);
            }
        };
    }
}

②在DefaultFeignConfig中新增

    @Bean
    public ItemClientFallbackFactory itemClientFallbackFactory() {
        return new ItemClientFallbackFactory();
    }

③ItemClient

@FeignClient(value = "item-service", fallbackFactory = ItemClientFallbackFactory.class)
public interface ItemClient {
// ... ...
}

④开启sentinel监控 -> cart-service模块的application.yaml

feign:
  sentinel:
    enabled: true

⑤重启CartApplication进行测试

⑥新增流控(注意要删除之前配置的流控规则)

5. 服务熔断

熔断是解决雪崩问题的重要手段。思路是由断路器统计服务调用的异常比例、慢请求比例,如果超出阈值则会熔断该服务,即拦截访问该服务的一切请求;而当服务恢复时,断路器会放行访问该服务的请求。

点击控制台中簇点资源后的熔断按钮,即可配置熔断策略:

步骤:

①新增熔断规则

②线程隔离测试

四、分布式事务

1. 分布式事务

在分布式系统中,如果一个业务需要多个服务合作完成,而且每一个服务都有事务,多个事务必须同时成功或失败,这样的事务就是分布式事务。其中的每个服务的事务就是一个分支事务。整个业务称为全局事务

下单业务,前端请求首先进入订单服务,创建订单并写入数据库。然后订单服务调用购物车服务和库存服务:

  • 购物车服务负责清理购物车信息
  • 库存服务负责扣减商品库存

2. 初始Seata

Seata是2019年1月蚂蚁金服和阿里巴巴共同开源的分布式事务解决方案。致力于提供高性能和简单易用的分布式事务服务,为用户打造一站式的分布式解决方案。

官网地址:Apache Seata,其中的文档、博客中提供了大量的使用说明、源码分析。

分布式事务解决思路

解决分布式事务,各个子事务之间必须能感知到彼此的事务状态,才能保证状态一致。

2.1 Seata架构

Seata事务管理中有三个重要角色:

  • TC(Transaction Coordinator) - 事务协调者:维护全局和分支事务的状态,协调全局事务提交或回滚。
  • TM(Transaction Manager) - 事务管理器:定义全局事务的范围、开始全局事务、提交或回滚全局事务。
  • RM(Resource Manager) - 资源管理器:管理分支事务,与TC交谈以注册分支事务和报告分支事务的状态。

3. 部署TC服务

参考文档进行部署:Docs

使用步骤:

①准备数据库表:执行课前资料里提供的seata-tc.sql

②准备配置文件

把课前资料里的下图两个文件上传到虚拟机root根目录下

(注意要根据自己的实际情况更改application.yml里数据库的连接密码)

③加载seata镜像

④检测mysql和nacos是否在hm-net网络里,如果不在则添加进入

查看:

docker inspect nacos
docker inspect mysql

添加:

docker network connect hm-net nacos
docker network connect hm-net mysql

⑤在虚拟机/root下执行以下命令(根据自己的情况改IP地址)

docker run --name seata \
-p 8099:8099 \
-p 7099:7099 \
-e SEATA_IP=192.168.126.151 \
-v ./seata:/seata-server/resources \
--privileged=true \
--network hm-net \
-d \
seataio/seata-server:1.5.2

⑥查看seata运行日志

 docker logs -f seata

⑦在nacos查看服务列表 http://192.168.126.151:8848/

⑧访问 http://192.168.126.151:7099/

用户名和密码都是admin

4. 微服务集成Seata

步骤:以cart-service模块为例

①在项目中引入Seata依赖 pom.xml(cart-service、item-service、trade-service)

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

②在application.yaml里添加配置,让微服务找到TC服务地址

注意,需要改成自己的虚拟机地址

同时,在cart-service、item-service、trade-service这三个模块的bootstrap,yaml里配置如下

spring:
  application:
    name: cart-service # 服务名称
  profiles:
    active: dev
  cloud:
    nacos:
      server-addr: 192.168.126.151 # nacos地址
      config:
        file-extension: yaml # 文件后缀名
        shared-configs: # 共享配置
          - data-id: shared-jdbc.yaml # 共享mybatis配置
          - data-id: shared-log.yaml # 共享日志配置
          - data-id: shared-swagger.yaml # 共享日志配置
          - data-id: shared-seata.yaml # 共享seata配置

application.yaml实例如下

server:
  port: 8081
hm:
  db:
    database: hm-item
  swagger:
    title: "黑马商城商品管理接口文档"
    desc: "黑马商城商品管理接口文档"
    package: com.hmall.item.controller

③重新启动CartApplication、TradeApplication、ItemApplication、ItemApplication2

5. XA模式

XA规范是X/Open组织定义的分布式事务处理(DTP,Distributed Transaction Processing)标准,XA规范描述了全局的TM与局部的RM之间的接口,几乎所有主流的关系型数据库都对XA规范提供了支持。Seata的XA模式如下:

一阶段的工作:

①RM注册分支事务到TC

②RM执行分支业务sql但不提交

③RM报告执行状态到TC

二阶段的工作:

①TC检测各分支事务执行状态

  • 如果都成功,通知所有RM提交事务
  • 如果有失败,通知所有RM回滚事务

②RM接收TC指令,提交或回滚事务

XA模式的优点是什么?

  • 事务的强一致性,满足ACID原则
  • 常用数据库都支持,实现简单,并且没有代码侵入

XA模式的缺点是什么?

  • 因为一阶段需要锁定数据库资源,等待二阶段结束才释放,性能较差
  • 依赖关系型数据库实现事务

实现XA模式

Seata的starter已经完成了XA模式的自动装配,实现非常简单,步骤如下:

1. 修改application.yaml文件(每个参与事务的微服务),开启XA模式:

seata:
  data-source-proxy-mode: XA # 开启数据源代理的XA模式

在shared-seata.yaml里编辑

2. 给发起全局事务的入口方法添加@GlobalTransactional注解,本例中是OrderServiceImpl中的createOrder方法:

@Override
@GlobalTransactional
public Long createOrder(OrderFormDTO orderFormDTO) {
    // ... ...
}

CartServiceImpl的removeByItemIds()

@Override
@Transactional
public void removeByItemIds(Collection<Long> itemIds) {
    // ... ...
}

ItemServiceImpl里的deductStock()

@Override
@Transactional
public void deductStock(List<OrderDetailDTO> items) {
    // ... ...
}

3. 重启服务并测试

6. AT模式

Seata主推的是AT模式,AT模式同样是分阶段提交的事务类型,不过弥补了XA模型中资源锁定周期过长的缺陷。

阶段一RM的工作:

  • 注册分支事务
  • 记录undo-log(数据快照)
  • 执行业务sql并提交
  • 报告事务状态

阶段二提交时RM的工作:

  • 删除undo-log即可

阶段二回滚时RM的工作:

  • 根据undo-log恢复数据到更新前

简述AT模式与XA模式最大的区别是什么?

  • XA模式一阶段不提交事务,锁定资源;AT模式一阶段直接提交,不锁定资源;
  • XA模式依赖数据库机制实现回滚;AT模式利用数据快照实现数据回滚;
  • XA模式强一致;AT模式最终一致

实现AT模式

步骤:

①添加资料中的seata-at.sql到微服务对应的数据库中:hm-cart、hm-item、hm-trade三个数据库

②修改application.yaml文件,将事务模式修改为AT模式:(不填就默认为AT模式)

③其次,我们要利用@GlobalTransactional标记分布式事务的入口方法:

④重启服务并测试

7. 练习

除了下单业务以外,用户如果选择余额支付,前端会将请求发送到pay-service模块。而这个模块要做三件事情:

  • 直接从user-service模块调用接口,扣除余额付款
  • 更新本地(pay-service)交易流水表状态
  • 通知交易服务(trade-service)更新其中的业务订单状态

显然,这里也存在分布式事务问题。

步骤:

①添加资料中的seata-at.sql到微服务对应的数据库中:hm-pay、hm-trade、hm-user三个数据库

②修改application.yaml文件,将事务模式修改为AT模式(上面已经改过,这里就不演示了)

③在pay-service、trade-service、user-service这三个模块中引入seata的依赖

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

④同时,在pay-service、trade-service、user-service这三个模块的bootstrap,yaml里配置如下

spring:
  application:
    name: pay-service # 服务名称
  profiles:
    active: dev
  cloud:
    nacos:
      server-addr: 192.168.126.151 # nacos地址
      config:
        file-extension: yaml # 文件后缀名
        shared-configs: # 共享配置
          - data-id: shared-jdbc.yaml # 共享mybatis配置
          - data-id: shared-log.yaml # 共享日志配置
          - data-id: shared-swagger.yaml # 共享日志配置
          - data-id: shared-seata.yaml # 共享seata配置

④利用@GlobalTransactional标记分布式事务的入口方法:

com.hmall.pay.service.impl.PayOrderServiceImpl类的tryPayOrderByBalance

    @Override
    @GlobalTransactional
    public void tryPayOrderByBalance(PayOrderFormDTO payOrderFormDTO) {
        // 1.查询支付单
        PayOrder po = getById(payOrderFormDTO.getId());
        // 2.判断状态
        if(!PayStatus.WAIT_BUYER_PAY.equalsValue(po.getStatus())){
            // 订单不是未支付,状态异常
            throw new BizIllegalException("交易已支付或关闭!");
        }
        // 3.尝试扣减余额
        userClient.deductMoney(payOrderFormDTO.getPw(), po.getAmount());
        // 4.修改支付单状态
        boolean success = markPayOrderSuccess(payOrderFormDTO.getId(), LocalDateTime.now());
        if (!success) {
            throw new BizIllegalException("交易已支付或关闭!");
        }
        // 5.修改订单状态
       tradeClient.markOrderPaySuccess(po.getBizOrderNo());
    }

trade-service模块下的OrderServiceImpl

user-service模块下的UserServiceImpl

⑤把user表的balance字段的类型改为无符号整型

ALTER TABLE `user` MODIFY `balance` INT UNSIGNED DEFAULT NULL COMMENT '账户余额';

⑥问题:在PayOrder里amount的单位为,而扣减余额的时候单位按来算了,或者balance字段的单位也是分???不太清楚

在UserMapper里修改如下进行模拟测试

⑦重启服务进行测试

把Jack用户的余额改为2000,进行测试

ALTER TABLE `user` MODIFY `balance` FLOAT UNSIGNED DEFAULT NULL COMMENT '账户余额';

支付密码:123

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