Sentinel入门指北

【前面的话】在前文 浅析Spring Boot单体应用熔断技术 中对比了一下几种常见的接口熔断的技术。这里就具体使用 Sentinel 来记录以下。

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壹、sentinel介绍

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 是面向分布式服务架构的流量控制组件，主要以流量为切入点，从流量控制、熔断降级、系统自适应保护等多个维度来帮助您保障微服务的稳定性。

Sentinel的基本概念基本概念包括:

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。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的主要功能

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。我们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：

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 的设计理念是让您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。当调用链路中某个资源出现不稳定，例如，表现为 timeout，异常比例升高的时候，则对这个资源的调用进行限制，并让请求快速失败，避免影响到其它的资源，最终产生雪崩的效果。

降级有以下几个角度:

• 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，也不需要您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。

• 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。

主要工作机制

• 对主流框架提供适配或者显示的 API，来定义需要保护的资源，并提供设施对资源进行实时统计和调用链路分析。
• 根据预设的规则，结合对资源的实时统计信息，对流量进行控制。同时，Sentinel 提供开放的接口，方便您定义及改变规则。
• Sentinel 提供实时的监控系统，方便您快速了解目前系统的状态。

贰、基础使用

2.1、 通过抛出异常的方式

SphU包含了try-catch风格的API。用这种方式，当资源发生了限流之后会抛出BlockException。这个时候可以捕捉异常，进行限流之后的逻辑处理。示例代码如下:

// 资源名可使用任意有业务语义的字符串，比如方法名、接口名或其它可唯一标识的字符串。
try (Entry entry = SphU.entry("resourceName")) {
  // 被保护的业务逻辑
  // do something here...
} catch (BlockException ex) {
  // 资源访问阻止，被限流或被降级
  // 在此处进行相应的处理操作
}

注意：SphU.entry(xxx)需要与entry.exit()方法成对出现，匹配调用，否则会导致调用链记录异常，抛出ErrorEntryFreeException异常。

2.2、通过返回布尔值方式

SphO提供 if-else 风格的 API。用这种方式，当资源发生了限流之后会返回 false，这个时候可以根据返回值，进行限流之后的逻辑处理。示例代码如下:

// 资源名可使用任意有业务语义的字符串
if (SphO.entry("自定义资源名")) {
  // 务必保证finally会被执行
  try {
    /**
    * 被保护的业务逻辑
    */
  } finally {
    SphO.exit();
  }
} else {
  // 资源访问阻止，被限流或被降级
  // 进行相应的处理操作
}

2.3、异步调用支持

Sentinel 支持异步调用链路的统计。在异步调用中，需要通过 SphU.asyncEntry(xxx) 方法定义资源，并通常需要在异步的回调函数中调用 exit 方法。以下是一个简单的示例：

try {
    AsyncEntry entry = SphU.asyncEntry(resourceName);

    // 异步调用.
    doAsync(userId, result -> {
        try {
            // 在此处处理异步调用的结果.
        } finally {
            // 在回调结束后 exit.
            entry.exit();
        }
    });
} catch (BlockException ex) {
    // Request blocked.
    // Handle the exception (e.g. retry or fallback).
}

SphU.asyncEntry(xxx) 不会影响当前（调用线程）的 Context，因此以下两个 entry 在调用链上是平级关系（处于同一层），而不是嵌套关系：

// 调用链类似于：
// -parent
// ---asyncResource
// ---syncResource
asyncEntry = SphU.asyncEntry(asyncResource);
entry = SphU.entry(normalResource);

若在异步回调中需要嵌套其它的资源调用（无论是 entry 还是 asyncEntry），只需要借助Sentinel提供的上下文切换功能，在对应的地方通过 ContextUtil.runOnContext(context, f) 进行 Context 变换，将对应资源调用处的 Context 切换为生成的异步 Context，即可维持正确的调用链路关系。示例如下：

public void handleResult(String result) {
    Entry entry = null;
    try {
        entry = SphU.entry("handleResultForAsync");
        // Handle your result here.
    } catch (BlockException ex) {
        // Blocked for the result handler.
    } finally {
        if (entry != null) {
            entry.exit();
        }
    }
}

public void someAsync() {
    try {
        AsyncEntry entry = SphU.asyncEntry(resourceName);

        // Asynchronous invocation.
        doAsync(userId, result -> {
            // 在异步回调中进行上下文变换，通过 AsyncEntry 的 getAsyncContext 方法获取异步 Context
            ContextUtil.runOnContext(entry.getAsyncContext(), () -> {
                try {
                    // 此处嵌套正常的资源调用.
                    handleResult(result);
                } finally {
                    entry.exit();
                }
            });
        });
    } catch (BlockException ex) {
        // Request blocked.
        // Handle the exception (e.g. retry or fallback).
    }
}

此时的调用链就类似于：

-parent
---asyncInvocation
-----handleResultForAsync

叁、注解使用

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。使用 Sentinel Annotation AspectJ Extension 的时候需要引入以下依赖：

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-annotation-aspectj</artifactId>
    <version>1.8.1</version>
</dependency>

注意：注解方式埋点不支持 private 方法。

@SentinelResource 用于定义资源，并提供可选的异常处理和 fallback 配置项。 @SentinelResource 注解包含以下属性：

• value：资源名称，必需项（不能为空）
• entryType：entry 类型，可选项（默认为 EntryType.OUT）
• blockHandler / blockHandlerClass: blockHandler 对应处理 BlockException 的函数名称，可选项。blockHandler 函数访问范围需要是 public，返回类型需要与原方法相匹配，参数类型需要和原方法相匹配并且最后加一个额外的参数，类型为 BlockException。blockHandler 函数默认需要和原方法在同一个类中。若希望使用其他类的函数，则可以指定 blockHandlerClass 为对应的类的 Class 对象，注意对应的函数必需为 static 函数，否则无法解析。
• fallback：fallback 函数名称，可选项，用于在抛出异常的时候提供 fallback 处理逻辑。 fallback 函数可以针对所有类型的异常（除了 exceptionsToIgnore 里面排除掉的异常类型）进行处理。fallback 函数签名和位置要求：
  • 返回值类型必须与原函数返回值类型一致；
  • 方法参数列表需要和原函数一致，或者可以额外多一个 Throwable 类型的参数用于接收对应的异常。
  • fallback 函数默认需要和原方法在同一个类中。若希望使用其他类的函数，则可以指定 fallbackClass 为对应的类的 Class 对象，注意对应的函数必需为 static 函数，否则无法解析。
• defaultFallback（since 1.6.0）：默认的 fallback 函数名称，可选项，通常用于通用的 fallback 逻辑（即可以用于很多服务或方法）。默认 fallback 函数可以针对所以类型的异常（除了 exceptionsToIgnore 里面排除掉的异常类型）进行处理。若同时配置了 fallback 和 defaultFallback，则只有 fallback 会生效。defaultFallback 函数签名要求：
  • 返回值类型必须与原函数返回值类型一致；
  • 方法参数列表需要为空，或者可以额外多一个 Throwable 类型的参数用于接收对应的异常。
  • defaultFallback 函数默认需要和原方法在同一个类中。若希望使用其他类的函数，则可以指定 fallbackClass 为对应的类的 Class 对象，注意对应的函数必需为 static 函数，否则无法解析。
• exceptionsToIgnore（since 1.6.0）：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 函数只针对降级异常（DegradeException）进行处理，不能针对业务异常进行处理。

特别地，若 blockHandler 和 fallback 都进行了配置，则被限流降级而抛出 BlockException 时只会进入 blockHandler 处理逻辑。若未配置 blockHandler、fallback 和 defaultFallback，则被限流降级时会将 BlockException 直接抛出。

肆、规则的种类

Sentinel 的所有规则都可以在内存态中动态地查询及修改，修改之后立即生效。同时 Sentinel 也提供相关 API，供您来定制自己的规则策略。

Sentinel 支持以下几种规则：流量控制规则、熔断降级规则、系统保护规则、来源访问控制规则 和 热点参数规则。

4.1、流量控制规则 (FlowRule)

• 重要属性

Field	说明	默认值
resource	资源名，资源名是限流规则的作用对象
count	限流阈值
grade	限流阈值类型，QPS 或线程数模式	QPS 模式
limitApp	流控针对的调用来源	default，代表不区分调用来源
strategy	调用关系限流策略：直接、链路、关联	根据资源本身（直接）
controlBehavior	流控效果（直接拒绝 / 排队等待 / 慢启动模式），不支持按调用关系限流	直接拒绝

同一个资源可以同时有多个限流规则。

• 通过代码定义流量控制规则

理解上面规则的定义之后，我们可以通过调用 FlowRuleManager.loadRules() 方法来用硬编码的方式定义流量控制规则，比如：

private static void initFlowQpsRule() {
    List<FlowRule> rules = new ArrayList<>();
    FlowRule rule1 = new FlowRule();
    rule1.setResource(resource);
    // Set max qps to 20
    rule1.setCount(20);
    rule1.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS);
    rule1.setLimitApp("default");
    rules.add(rule1);
    FlowRuleManager.loadRules(rules);
}

4.2、熔断降级规则 (DegradeRule)

• 熔断降级规则包含下面几个重要的属性：

Field	说明	默认值
resource	资源名，即规则的作用对象
grade	熔断策略，支持慢调用比例/异常比例/异常数策略	慢调用比例
count	慢调用比例模式下为慢调用临界 RT（超出该值计为慢调用）；异常比例/异常数模式下为对应的阈值
timeWindow	熔断时长，单位为 s
minRequestAmount	熔断触发的最小请求数，请求数小于该值时即使异常比率超出阈值也不会熔断（1.7.0 引入）	5
statIntervalMs	统计时长（单位为 ms），如 60*1000 代表分钟级（1.8.0 引入）	1000 ms
slowRatioThreshold	慢调用比例阈值，仅慢调用比例模式有效（1.8.0 引入）

同一个资源可以同时有多个降级规则

• 通过代码定义流量控制规则

理解上面规则的定义之后，我们可以通过调用 DegradeRuleManager.loadRules() 方法来用硬编码的方式定义流量控制规则。

private static void initDegradeRule() {
    List<DegradeRule> rules = new ArrayList<>();
    DegradeRule rule = new DegradeRule(resource);
        .setGrade(CircuitBreakerStrategy.ERROR_RATIO.getType());
        .setCount(0.7); // Threshold is 70% error ratio
        .setMinRequestAmount(100)
        .setStatIntervalMs(30000) // 30s
        .setTimeWindow(10);
    rules.add(rule);
    DegradeRuleManager.loadRules(rules);
}

4.3、系统保护规则 (SystemRule)

Sentinel 系统自适应限流从整体维度对应用入口流量进行控制，结合应用的 Load、CPU 使用率、总体平均 RT、入口 QPS 和并发线程数等几个维度的监控指标，通过自适应的流控策略，让系统的入口流量和系统的负载达到一个平衡，让系统尽可能跑在最大吞吐量的同时保证系统整体的稳定性。

• 系统规则包含下面几个重要的属性

Field	说明	默认值
highestSystemLoad	load1 触发值，用于触发自适应控制阶段	-1 (不生效)
avgRt	所有入口流量的平均响应时间	-1 (不生效)
maxThread	入口流量的最大并发数	-1 (不生效)
qps	所有入口资源的 QPS	-1 (不生效)
highestCpuUsage	当前系统的 CPU 使用率（0.0-1.0）	-1 (不生效)

• 通过代码定义流量控制规则

理解上面规则的定义之后，我们可以通过调用 SystemRuleManager.loadRules() 方法来用硬编码的方式定义流量控制规则

private void initSystemProtectionRule() {
  List<SystemRule> rules = new ArrayList<>();
  SystemRule rule = new SystemRule();
  rule.setHighestSystemLoad(10);
  rules.add(rule);
  SystemRuleManager.loadRules(rules);
}

4.4、访问控制规则 (AuthorityRule)

很多时候，我们需要根据调用方来限制资源是否通过，这时候可以使用 Sentinel 的访问控制（黑白名单）的功能。黑白名单根据资源的请求来源（origin）限制资源是否通过，若配置白名单则只有请求来源位于白名单内时才可通过；若配置黑名单则请求来源位于黑名单时不通过，其余的请求通过。

授权规则，即黑白名单规则（AuthorityRule）非常简单，主要有以下配置项：

• resource：资源名，即限流规则的作用对象
• limitApp：对应的黑名单/白名单，不同 origin 用 , 分隔，如 appA,appB
• strategy：限制模式，AUTHORITY_WHITE 为白名单模式，AUTHORITY_BLACK 为黑名单模式，默认为白名单模式

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【后面的话】在使用API去加载规则的时候，发现存在规则不生效的时候，通过调试发现：Sentinel在加载规则到内存中的时候会校验规则的合法性，如果规则不合法，该规则将不被加载。

具体可以查看com.alibaba.csp.sentinel.property#configLoad方法的实现类中参数校验方法，下面贴出FlowRule 和 Degrade的校验方法

/**
 * Check whether provided flow rule is valid.
 *
 * @param rule flow rule to check
 * @return true if valid, otherwise false
 */
public static boolean isValidRule(FlowRule rule) {
    boolean baseValid = rule != null && !StringUtil.isBlank(rule.getResource()) && rule.getCount() >= 0
        && rule.getGrade() >= 0 && rule.getStrategy() >= 0 && rule.getControlBehavior() >= 0;
    if (!baseValid) {
        return false;
    }
    // Check strategy and control (shaping) behavior.
    return checkClusterField(rule) && checkStrategyField(rule) && checkControlBehaviorField(rule);
}

private static boolean checkClusterField(/*@NonNull*/ FlowRule rule) {
    if (!rule.isClusterMode()) {
        return true;
    }
    ClusterFlowConfig clusterConfig = rule.getClusterConfig();
    if (clusterConfig == null) {
        return false;
    }
    if (!validClusterRuleId(clusterConfig.getFlowId())) {
        return false;
    }
    if (!isWindowConfigValid(clusterConfig.getSampleCount(), clusterConfig.getWindowIntervalMs())) {
        return false;
    }
    switch (clusterConfig.getStrategy()) {
        case ClusterRuleConstant.FLOW_CLUSTER_STRATEGY_NORMAL:
            return true;
        default:
            return false;
    }
}

public static boolean isWindowConfigValid(int sampleCount, int windowIntervalMs) {
    return sampleCount > 0 && windowIntervalMs > 0 && windowIntervalMs % sampleCount == 0;
}

private static boolean checkStrategyField(/*@NonNull*/ FlowRule rule) {
    if (rule.getStrategy() == RuleConstant.STRATEGY_RELATE || rule.getStrategy() == RuleConstant.STRATEGY_CHAIN) {
        return StringUtil.isNotBlank(rule.getRefResource());
    }
    return true;
}

private static boolean checkControlBehaviorField(/*@NonNull*/ FlowRule rule) {
    switch (rule.getControlBehavior()) {
        case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_WARM_UP:
            return rule.getWarmUpPeriodSec() > 0;
        case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_RATE_LIMITER:
            return rule.getMaxQueueingTimeMs() > 0;
        case RuleConstant.CONTROL_BEHAVIOR_WARM_UP_RATE_LIMITER:
            return rule.getWarmUpPeriodSec() > 0 && rule.getMaxQueueingTimeMs() > 0;
        default:
            return true;
    }
}

public static boolean isValidRule(DegradeRule rule) {
    boolean baseValid = rule != null && !StringUtil.isBlank(rule.getResource())
        && rule.getCount() >= 0 && rule.getTimeWindow() > 0;
    if (!baseValid) {
        return false;
    }
    if (rule.getMinRequestAmount() <= 0 || rule.getStatIntervalMs() <= 0) {
        return false;
    }
    switch (rule.getGrade()) {
        case RuleConstant.DEGRADE_GRADE_RT:
            return rule.getSlowRatioThreshold() >= 0 && rule.getSlowRatioThreshold() <= 1;
        case RuleConstant.DEGRADE_GRADE_EXCEPTION_RATIO:
            return rule.getCount() <= 1;
        case RuleConstant.DEGRADE_GRADE_EXCEPTION_COUNT:
            return true;
        default:
            return false;
    }
}

最后是我自己实现的 demo 。

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