摘要：系統(tǒng)需要支持命令的撤銷。第步計算斷路器的健康度會將成功失敗拒絕超時等信息報告給斷路器，斷路器會維護一組計數(shù)器來統(tǒng)計這些數(shù)據(jù)。第步，當(dāng)前命令的線程池請求隊列或者信號量被占滿的時候。

在分布式架構(gòu)中，當(dāng)某個服務(wù)單元發(fā)生故障之后，通過斷路由器的故障監(jiān)控(類似熔斷保險絲)，向調(diào)用方返回一個錯誤響應(yīng)，而不是長時間的等待。這樣就不會使得線程因調(diào)用故障服務(wù)被長時間占用不釋放，避免了故障在分布式系統(tǒng)中的蔓延。

Spring Cloud Hystrix針對上述問題實現(xiàn)了斷路由器、線程隔離等一系列服務(wù)保護功能。它是基于Netflix Hystrix實現(xiàn)，該框架的目標在于通過控制那些訪問遠程系統(tǒng)、服務(wù)和第三方庫的節(jié)點，從而對延遲和故障提供更強大的容錯能力。

Hystrix具備服務(wù)降級、服務(wù)熔斷、線程和信號隔離、請求緩存、請求合并以及服務(wù)監(jiān)控等強大功能。

構(gòu)建一個如下架構(gòu)圖的服務(wù)調(diào)用關(guān)系

分析上述架構(gòu)圖，主要有以下幾項工作：

eureka-server工程: 服務(wù)注冊中心，端口1111

hello-service工程: HELLO-SERVICE服務(wù)單元，啟動兩個實例，端口分別為8081和8082

ribbon-consumer工程: 使用Ribbon實現(xiàn)的服務(wù)消費者，端口9000

首先在pom.xml文件中增加spring-cloud-starter-hystrix依賴

在ribbon-consumer主類中使用@EnableCircuitBreaker注解開啟斷路由器功能，在這里還有一個小技巧，可以使用@SpringCloudApplicationd代替@EnableCircuitBreaker、@EnableEurekaClient、@SpringBootApplication這三個注解。

改造ribbon-consumer中的HelloService，如下

package cn.sh.ribbon.service;

import com.netflix.hystrix.contrib.javanica.annotation.HystrixCommand;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

/**
 * @author sh
 */
@Service
public class HelloService {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloService.class);

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    /**
     * 使用@HystrixCommand注解指定回調(diào)方法
     * @param name
     * @return
     */
    @HystrixCommand(fallbackMethod = "ribbonHelloFallback", commandKey = "helloKey")
    public String ribbonHello(String name) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        String result = restTemplate.getForObject("http://HELLO-SERVICE/hello?name=" + name, String.class);
        long end = System.currentTimeMillis();
        logger.info("Spend Time:" + (end - start));
        return result;
    }

    public String ribbonHelloFallback() {
        return "Hello, this is fallback";
    }
}

改造hello-service模塊中的HelloService.java，如下:

package cn.sh.hello.service;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.Random;

/**
 * @author sh
 */
@Service
public class HelloService {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloService.class);

    public String hello(String name) throws InterruptedException {
        int sleepTime = new Random().nextInt(3000);
        logger.info("sleepTime:" + sleepTime);
        Thread.sleep(sleepTime);
        return "Hello, " + name;
    }
}

在服務(wù)提供者的改造中，我們會讓方法阻塞幾秒中返回內(nèi)容，由于Hystrix默認的超時時間為2000ms，在這里產(chǎn)生0-3000的隨機數(shù)可以讓處理過程有一定概率觸發(fā)斷路由器。

下面根據(jù)工作流程圖，我們來分析一下Hystrix是如何工作的。

首先，構(gòu)建一個HystrixCommand或HystrixObservableCommand對象，用來表示對依賴服務(wù)的操作請求，同時傳遞所有需要的參數(shù)。這兩個對象都采用了命令模式來實現(xiàn)對服務(wù)調(diào)用操作的封裝，但是這兩個對象分別針對不同的應(yīng)用場景。

HystrixCommand: 用在依賴的服務(wù)返回單個操作結(jié)果的時候

HystrixObservableCommand: 用在依賴的服務(wù)返回多個操作結(jié)果的時候

命令模式，將來自客戶端的請求封裝成一個對象，從而讓你可以使用不同的請求對客戶端進行參數(shù)化。它可以用于實現(xiàn)行為請求者和行為實現(xiàn)者的解耦，以便使兩者可以適應(yīng)變化

命令模式的示例代碼在command模塊下

通過命令模式的示例代碼可以分析出命令模式的幾個關(guān)鍵點：

Receiver: 接收者，處理具體的業(yè)務(wù)邏輯

Command: 抽象命令，定義了一個對象應(yīng)具備的一系列命令操作，如execute()、undo()、redo()等。當(dāng)命令操作被調(diào)用的時候就會觸發(fā)接收者做具體命令對應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯。

ConcreteCommand: 具體的命令實現(xiàn)，在這里要綁定命令操作和接收者之間的關(guān)系，execute()命令的實現(xiàn)轉(zhuǎn)交給了Receiver的action()方法

Invoker: 調(diào)用者，它擁有一個命令對象，可以在需要時通過命令對象完成具體的業(yè)務(wù)邏輯

命令模式中Invoker和Receiver的關(guān)系非常類似于請求-響應(yīng)模式，所以它比較適用于實現(xiàn)記錄日志、撤銷操作、隊列請求等。

以下情況我們可以考慮使用命令模式:

使用命令模式作為回調(diào)在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中的替代。

需要在不同的時間指定請求、將請求排隊。一個命令對象和原先的請求發(fā)出者可以有不同的生命周期。換言之，原先的請求發(fā)出者可能已經(jīng)不在了，但是命令本身仍然是活動的。這時命令的接收者可以是在本地，也可以在網(wǎng)絡(luò)的另一個地址。命令對象可以在序列化之后傳送到另一臺機器上。

系統(tǒng)需要支持命令的撤銷。命令對象可以把狀態(tài)存儲起來，等到客戶端需要撤銷命令所產(chǎn)生的效果時，可以調(diào)用undo()方法，把命令所產(chǎn)生的效果撤銷掉。命令對象還提供redo()方法，以供客戶端在需要時再重新實施命令效果。

如果要將系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)更新到日志里，以便在系統(tǒng)崩潰時，可以根據(jù)日志讀回所有的數(shù)據(jù)更新命令，重新調(diào)用execute()方法一條一條執(zhí)行這些命令，從而恢復(fù)系統(tǒng)在崩潰前所做的數(shù)據(jù)更新。

從圖中我們可以看到一共存在4種命令的執(zhí)行方式，Hystrix在執(zhí)行時會根據(jù)創(chuàng)建的Command對象以及具體的情況來選擇一個執(zhí)行。

HystrixCommand

HystrixCommand實現(xiàn)了兩個執(zhí)行方式：

execute(): 同步執(zhí)行，從依賴的服務(wù)返回一個單一的結(jié)果對象，或是在錯誤時拋出異常

queue(): 異步執(zhí)行，直接返回一個Future對象，其中包含了服務(wù)執(zhí)行結(jié)束時要返回的單一結(jié)果對象。

R value = command.execute();
Future fValue = command.queue();

HystrixObservableCommand

HystrixObservableCommand實現(xiàn)了另兩種執(zhí)行方式:

observer(): 返回Observable對象，它代表了操作的多個結(jié)果，是一個HotObservable

toObservable(): 同樣返回Observable對象，也代表操作的多個結(jié)果，返回的是一個ColdObservable

Observable ohvalue = command.observe();
Observable ocvalue = command.toObservable();

Hot Observable和Cold Observable，分別對應(yīng)了上面command.observe()和command.toObservable的返回對象。

Hot Observable，不論事件源是否有訂閱者，都會在創(chuàng)建后對事件進行發(fā)布，所以對Hot Observable的每一個訂閱者都有可能是從事件源的中途開始的，并可能只是看到了整個操作的局部過程。

Cold Observable在沒有訂閱者的時候不會發(fā)布事件，而是進行等待，直到有訂閱者后才會發(fā)布事件，所以對于Cold Observable的訂閱者，它可以保證從一開始看到整個操作的全部過程。

HystrixCommand也使用RxJava實現(xiàn)：

execute():該方法是通過queue()返回的異步對象Future的get()方法來實現(xiàn)同步執(zhí)行的。該方法會等待任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，然后獲得R類型的結(jié)果返回。

queue():通過toObservable()獲得一個Cold Observable，并且通過通過toBlocking()將該Observable轉(zhuǎn)換成BlockingObservable，它可以把數(shù)據(jù)以阻塞的方式發(fā)出來，toFuture方法則是把BlockingObservable轉(zhuǎn)換為一個Future，該方法只是創(chuàng)建一個Future返回，并不會阻塞，這使得消費者可以自己決定如何處理異步操作。execute()則是直接使用了queue()返回的Future中的阻塞方法get()來實現(xiàn)同步操作的。

通過這種方式轉(zhuǎn)換的Future要求Observable只發(fā)射一個數(shù)據(jù)，所以這兩個實現(xiàn)都只能返回單一結(jié)果。

在Hystrix的底層實現(xiàn)中大量使用了RxJava。上面提到的Observable對象就是RxJava的核心內(nèi)容之一，可以把Observable對象理解為事件源或是被觀察者，與其對應(yīng)的是Subscriber對象，可以理解為訂閱者或是觀察者。

Observable用來向訂閱者Subscriber對象發(fā)布事件，Subscriber對象在接收到事件后對其進行處理，這里所指的事件通常就是對依賴服務(wù)的調(diào)用。

一個Observable可以發(fā)出多個事件，直到結(jié)束或是發(fā)生異常。

Observable對象每發(fā)出一個事件，就會調(diào)用對應(yīng)觀察者Subscriber對象的onNext()方法。

每一個Observable的執(zhí)行，最后一定會通過調(diào)用Subscriber.onCompleted()或是Subscriber.onError()來結(jié)束該事件的操作流。

若當(dāng)前命令的請求緩存功能是被啟用的，并且該命令緩存命中，那么緩存的結(jié)果會立即以O(shè)bservable對象的形式返回。

在命令結(jié)果沒有緩存命中的時候，Hystrix在執(zhí)行命令前需要檢查斷路器是否為打開狀態(tài):

如果斷路器是打開的，Hystrix不會執(zhí)行命令，而是直接賺到fallback處理邏輯(對應(yīng)下面第8步)

如果斷路器是關(guān)閉的，那么Hystrix會跳到第5步，檢查是否有可用資源來執(zhí)行命令。

如果與命令相關(guān)的線程池和請求隊列或者信號量(不使用線程池的時候)已被占滿，那么Hystrix不會執(zhí)行命令，轉(zhuǎn)接到fallback處理邏輯(對應(yīng)下面第8步)

Hystrix所判斷的線程池并非容器的線程池，而是每個依賴服務(wù)的專有線程池。Hystrix為了保證不會因為某個依賴服務(wù)的問題影響到其他依賴服務(wù)而采用了艙壁模式來隔離每個依賴的服務(wù)。

Hystrix會根據(jù)我們編寫的方法來決定采取什么樣的方式去請求依賴服務(wù):

HystrixCommand.run(): 返回一個單一的結(jié)果，或者拋出異常

HystrixObservableCommand.construct(): 返回一個Observable對象來發(fā)射多個結(jié)果，或通過onError發(fā)送錯誤通知

如果run()或construct()方法的執(zhí)行時間超過了命令設(shè)置的超時閥值，當(dāng)前處理線程會拋出一個TimeoutException(如果該命令不在其自身的線程中執(zhí)行，則會通過多帶帶的計時線程拋出)。在這種情況下，Hystrix會轉(zhuǎn)到fallback邏輯去處理(第8步)。同時，如果當(dāng)前命令沒有被取消或中斷，那么它最終會忽略run()或construct()方法的返回。

如果命令沒有拋出異常并返回了結(jié)果，那么Hystrix在記錄一些日志并采集監(jiān)控報告之后將該結(jié)果返回。在使用run()時，返回一個Observable，它會發(fā)射單個結(jié)果并產(chǎn)生onCompleted的結(jié)束通知，在使用construct()時，會直接返回該方法產(chǎn)生的Observable對象。

Hystrix會將成功、失敗、拒絕、超時等信息報告給斷路器，斷路器會維護一組計數(shù)器來統(tǒng)計這些數(shù)據(jù)。

斷路器會使用這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)來決定是否要將斷路器打開，來對某個依賴服務(wù)的請求進行熔斷/短路，直到恢復(fù)期結(jié)束。若在恢復(fù)期結(jié)束后，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)判斷如果還是未達到健康指標，就再次熔斷/短路。

當(dāng)命令執(zhí)行失敗時，Hystrix會進入fallback嘗試回退處理，我們通常也稱之為服務(wù)降級。能夠引起服務(wù)降級處理的情況主要有以下幾種:

第4步，當(dāng)前命令處于熔斷/短路狀態(tài)，斷路器是打開的時候。

第5步，當(dāng)前命令的線程池、請求隊列或者信號量被占滿的時候。

第6步，HystrixObservableCommand.construct()或HystrixCommand.run()拋出異常的時候。

在服務(wù)降級邏輯中，我們需要實現(xiàn)一個通用的響應(yīng)結(jié)果，并且該結(jié)果的處理邏輯應(yīng)當(dāng)是從緩存或是根據(jù)一些靜態(tài)邏輯來獲取，而不是依賴網(wǎng)絡(luò)請求獲取。如果一定要在降級邏輯中包含網(wǎng)絡(luò)請求，那么該請求也必須被包裝在HystrixCommand或是HystrixObservableCommand中，從而形成級聯(lián)的降級策略，而最終的降級邏輯一定不是一個依賴網(wǎng)絡(luò)請求的處理，而是一個能夠穩(wěn)定返回結(jié)果的處理邏輯。

HystrixCommand和HystrixObservableCommand中實現(xiàn)降級邏輯時有以下不同:

當(dāng)使用HystrixCommand的時候，通過實現(xiàn)HystrixCommand.getFallback()來實現(xiàn)服務(wù)降級邏輯。

當(dāng)使用HystrixObservableCommand的時候，通過HystrixObservableCommand.resumeWithFallback()實現(xiàn)服務(wù)降級邏輯，該方法會返回一個Observable對象來發(fā)射一個或多個降級結(jié)果。

當(dāng)命令的降級邏輯返回結(jié)果之后，Hystrix就將該結(jié)果返回給調(diào)用者。當(dāng)使用HystrixCommand.getFallback()時候，它會返回一個Observable對象，該對象會發(fā)射getFallback()的處理結(jié)果。而使用HystrixObservableCommand.resumeWithFallback()實現(xiàn)的時候，它會將Observable對象直接返回。

如果我們沒有為命令實現(xiàn)降級邏輯或在降級處理中拋出了異常，Hystrix依然會返回一個Observable對象，但是他不會發(fā)射任何結(jié)果數(shù)據(jù)，而是通過onError方法通知命令立即中斷請求，并通過onError()方法將引起命令失敗的異常發(fā)送給調(diào)用者。在降級策略的實現(xiàn)中我們應(yīng)盡可能避免失敗的情況。

如果在執(zhí)行降級時發(fā)生失敗，Hystrix會根據(jù)不同的執(zhí)行方法作出不同的處理:

execute(): 拋出異常

queue(): 正常返回Future對象，但是調(diào)用get()來獲取結(jié)果時會拋出異常

observe(): 正常返回Observable對象，當(dāng)訂閱它的時候，將立即通過訂閱者的onError方法來通知中止請求

toObservable(): 正常返回Observable對象，當(dāng)訂閱它的時候，將通過調(diào)用訂閱者的onError方法來通知中止請求

當(dāng)Hystrix命令執(zhí)行成功之后，它會將處理結(jié)果直接返回或是以O(shè)bservable的形式返回。具體的返回形式取決于不同的命令執(zhí)行方式。

toObservable(): 返回原始的Observable，必須通過訂閱它才會真正觸發(fā)命令的執(zhí)行流程

observe(): 在toObservable()產(chǎn)生原始Observable之后立即訂閱它，讓命令能夠馬上開始異步執(zhí)行，并返回一個Observable對象，當(dāng)調(diào)用它的subscribe時，將重新產(chǎn)生結(jié)果和通知給訂閱者。

queue(): 將toObservable()產(chǎn)生的原始Observable通過toBlocking()方法轉(zhuǎn)換成BlockingObservable對象，并調(diào)用它的toFuture()方法返回異步的Future對象

execute(): 在queue()產(chǎn)生異步結(jié)果Future對象之后，通過調(diào)用get()方法阻塞并等待結(jié)果的返回。

spring-cloud-example