Hystrix使用入门手册(中文)

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导语:网上资料(尤其中文文档)对hystrix基础功能的解释比较笼统,看了往往一头雾水。为此,本文将通过若干demo,加入对官网How-it-Works的理解和翻译,力求更清晰解释hystrix的基础功能。所用demo均对官网How-To-Use进行了二次修改,见https://github.com/star2478/java-hystrix

Hystrix是Netflix开源的一款容错系统,能帮助使用者码出具备强大的容错能力和鲁棒性的程序。如果某程序或class要使用Hystrix,只需简单继承HystrixCommand/HystrixObservableCommand并重写run()/construct(),然后调用程序实例化此class并执行execute()/queue()/observe()/toObservable()

// HelloWorldHystrixCommand要使用Hystrix功能 
public class HelloWorldHystrixCommand extends HystrixCommand {  
    private final String name; 
    public HelloWorldHystrixCommand(String name) {   
        super(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("ExampleGroup"));     
        this.name = name; 
    } 
    // 如果继承的是HystrixObservableCommand,要重写Observable construct() 
    @Override 
    protected String run() {     
        return "Hello " + name; 
    } 
} 
/* 调用程序对HelloWorldHystrixCommand实例化,执行execute()即触发HelloWorldHystrixCommand.run()的执行 */ 
String result = new HelloWorldHystrixCommand("HLX").execute();
System.out.println(result);  // 打印出Hello HLX 

pom.xml加上以下依赖。spring cloud也集成了hystrix,不过本文只介绍原生hystrix。

<dependency>
  <groupId>com.netflix.hystrix</groupId>
  <artifactId>hystrix-core</artifactId>
  <version>1.5.8</version>
</dependency>

本文重点介绍的是Hystrix各项基础能力的用法及其效果,不从零介绍hystrix,要了解基础知识推荐官网wiki民间blog

1、HystrixCommand vs HystrixObservableCommand

要想使用hystrix,只需要继承HystrixCommandHystrixObservableCommand,简单用法见上面例子。两者主要区别是:

  • 前者的命令逻辑写在run();后者的命令逻辑写在construct()

  • 前者的run()是由新创建的线程执行;后者的construct()是由调用程序线程执行

  • 前者一个实例只能向调用程序发送(emit)单条数据,比如上面例子中run()只能返回一个String结果;后者一个实例可以顺序发送多条数据,比如demo中顺序调用多个onNext(),便实现了向调用程序发送多条数据,甚至还能发送一个范围的数据集

2、4个命令执行方法

execute()queue()observe()toObservable()这4个方法用来触发执行run()/construct(),一个实例只能执行一次这4个方法,特别说明的是HystrixObservableCommand没有execute()queue()

4个方法的主要区别是:

  • execute():以同步堵塞方式执行run()。以demo为例,调用execute()后,hystrix先创建一个新线程运行run(),接着调用程序要在execute()调用处一直堵塞着,直到run()运行完成

  • queue():以异步非堵塞方式执行run()。以demo为例,一调用queue()就直接返回一个Future对象,同时hystrix创建一个新线程运行run(),调用程序通过Future.get()拿到run()的返回结果,而Future.get()是堵塞执行的

  • observe():事件注册前执行run()/construct()。以demo为例,第一步是事件注册前,先调用observe()自动触发执行run()/construct()(如果继承的是HystrixCommand,hystrix将创建新线程非堵塞执行run();如果继承的是HystrixObservableCommand,将以调用程序线程堵塞执行construct()),第二步是从observe()返回后调用程序调用subscribe()完成事件注册,如果run()/construct()执行成功则触发onNext()onCompleted(),如果执行异常则触发onError()

  • toObservable():事件注册后执行run()/construct()。以demo为例,第一步是事件注册前,一调用toObservable()就直接返回一个Observable<String>对象,第二步调用subscribe()完成事件注册后自动触发执行run()/construct()(如果继承的是HystrixCommand,hystrix将创建新线程非堵塞执行run(),调用程序不必等待run();如果继承的是HystrixObservableCommand,将以调用程序线程堵塞执行construct(),调用程序等待construct()执行完才能继续往下走),如果run()/construct()执行成功则触发onNext()onCompleted(),如果执行异常则触发onError()

3、fallback(降级)

使用fallback机制很简单,继承HystrixCommand只需重写getFallback(),继承HystrixObservableCommand只需重写resumeWithFallback(),比如HelloWorldHystrixCommand加上下面代码片段:

@Override
protected String getFallback() {
    return "fallback: " + name;
}

fallback实际流程是当run()/construct()被触发执行时或执行中发生错误时,将转向执行getFallback()/resumeWithFallback()。结合下图,4种错误情况将触发fallback:

  • 非HystrixBadRequestException异常:以demo为例,当抛出HystrixBadRequestException时,调用程序可以捕获异常,没有触发getFallback(),而其他异常则会触发getFallback(),调用程序将获得getFallback()的返回

  • run()/construct()运行超时:以demo为例,使用无限while循环或sleep模拟超时,触发了getFallback()

  • 熔断器启动:以demo为例,我们配置10s内请求数大于3个时就启动熔断器,请求错误率大于80%时就熔断,然后for循环发起请求,当请求符合熔断条件时将触发getFallback()。更多熔断策略见下文

  • 线程池/信号量已满:以demo为例,我们配置线程池数目为3,然后先用一个for循环执行queue(),触发的run()sleep 2s,然后再用第2个for循环执行execute(),发现所有execute()都触发了fallback,这是因为第1个for的线程还在sleep,占用着线程池所有线程,导致第2个for的所有命令都无法获取到线程

来自hystrix github wiki

调用程序可以通过isResponseFromFallback()查询结果是由run()/construct()还是getFallback()/resumeWithFallback()返回的

4、隔离策略

hystrix提供了两种隔离策略:线程池隔离和信号量隔离。hystrix默认采用线程池隔离。

  • 线程池隔离:不同服务通过使用不同线程池,彼此间将不受影响,达到隔离效果。以demo为例,我们通过andThreadPoolKey配置使用命名为ThreadPoolTest的线程池,实现与其他命名的线程池天然隔离,如果不配置andThreadPoolKey则使用withGroupKey配置来命名线程池

  • 信号量隔离:线程隔离会带来线程开销,有些场景(比如无网络请求场景)可能会因为用开销换隔离得不偿失,为此hystrix提供了信号量隔离,当服务的并发数大于信号量阈值时将进入fallback。以demo为例,通过withExecutionIsolationStrategy(ExecutionIsolationStrategy.SEMAPHORE)配置为信号量隔离,通过withExecutionIsolationSemaphoreMaxConcurrentRequests配置执行并发数不能大于3,由于信号量隔离下无论调用哪种命令执行方法,hystrix都不会创建新线程执行run()/construct(),所以调用程序需要自己创建多个线程来模拟并发调用execute(),最后看到一旦并发线程>3,后续请求都进入fallback

5、熔断机制

熔断机制相当于电路的跳闸功能,举个栗子,我们可以配置熔断策略为当请求错误比例在10s内>50%时,该服务将进入熔断状态,后续请求都会进入fallback。

demo为例,我们通过withCircuitBreakerRequestVolumeThreshold配置10s内请求数超过3个时熔断器开始生效,通过withCircuitBreakerErrorThresholdPercentage配置错误比例>80%时开始熔断,然后for循环执行execute()触发run(),在run()里,如果name是小于10的偶数则正常返回,否则超时,通过多次循环后,超时请求占所有请求的比例将大于80%,就会看到后续请求都不进入run()而是进入getFallback(),因为不再打印"running run():" + name了。

除此之外,hystrix还支持多长时间从熔断状态自动恢复等功能,见下文附录。

6、结果cache

hystrix支持将一个请求结果缓存起来,下一个具有相同key的请求将直接从缓存中取出结果,减少请求开销。要使用hystrix cache功能,第一个要求是重写getCacheKey(),用来构造cache key;第二个要求是构建context,如果请求B要用到请求A的结果缓存,A和B必须同处一个context。通过HystrixRequestContext.initializeContext()context.shutdown()可以构建一个context,这两条语句间的所有请求都处于同一个context。

demotestWithCacheHits()为例,command2acommand2bcommand2c同处一个context,前两者的cache key都是2HLX(见getCacheKey()),所以command2a执行完后把结果缓存,command2b执行时就不走run()而是直接从缓存中取结果了,而command2c的cache key是2HLX1,无法从缓存中取结果。此外,通过isResponseFromCache()可检查返回结果是否来自缓存。

7、合并请求collapsing

hystrix支持N个请求自动合并为一个请求,这个功能在有网络交互的场景下尤其有用,比如每个请求都要网络访问远程资源,如果把请求合并为一个,将使多次网络交互变成一次,极大节省开销。重要一点,两个请求能自动合并的前提是两者足够“近”,即两者启动执行的间隔时长要足够小,默认为10ms,即超过10ms将不自动合并。

demo为例,我们连续发起多个queue请求,依次返回f1~f6共6个Future对象,根据打印结果可知f1~f5同处一个线程,说明这5个请求被合并了,而f6由另一个线程执行,这是因为f5f6中间隔了一个sleep,超过了合并要求的最大间隔时长。

附录:各种策略配置

根据http://hot66hot.iteye.com/blog/2155036 整理而得。

  • HystrixCommandProperties
/* --------------统计相关------------------*/ 
// 统计滚动的时间窗口,默认:5000毫秒(取自circuitBreakerSleepWindowInMilliseconds)   
private final HystrixProperty metricsRollingStatisticalWindowInMilliseconds;   
// 统计窗口的Buckets的数量,默认:10个,每秒一个Buckets统计   
private final HystrixProperty metricsRollingStatisticalWindowBuckets; // number of buckets in the statisticalWindow   
// 是否开启监控统计功能,默认:true   
private final HystrixProperty metricsRollingPercentileEnabled;   
/* --------------熔断器相关------------------*/ 
// 熔断器在整个统计时间内是否开启的阀值,默认20。也就是在metricsRollingStatisticalWindowInMilliseconds(默认10s)内至少请求20次,熔断器才发挥起作用   
private final HystrixProperty circuitBreakerRequestVolumeThreshold;   
// 熔断时间窗口,默认:5秒.熔断器中断请求5秒后会进入半打开状态,放下一个请求进来重试,如果该请求成功就关闭熔断器,否则继续等待一个熔断时间窗口
private final HystrixProperty circuitBreakerSleepWindowInMilliseconds;   
//是否启用熔断器,默认true. 启动   
private final HystrixProperty circuitBreakerEnabled;   
//默认:50%。当出错率超过50%后熔断器启动
private final HystrixProperty circuitBreakerErrorThresholdPercentage;  
//是否强制开启熔断器阻断所有请求,默认:false,不开启。置为true时,所有请求都将被拒绝,直接到fallback 
private final HystrixProperty circuitBreakerForceOpen;   
//是否允许熔断器忽略错误,默认false, 不开启   
private final HystrixProperty circuitBreakerForceClosed; 
/* --------------信号量相关------------------*/ 
//使用信号量隔离时,命令调用最大的并发数,默认:10   
private final HystrixProperty executionIsolationSemaphoreMaxConcurrentRequests;   
//使用信号量隔离时,命令fallback(降级)调用最大的并发数,默认:10   
private final HystrixProperty fallbackIsolationSemaphoreMaxConcurrentRequests; 
/* --------------其他------------------*/ 
//使用命令调用隔离方式,默认:采用线程隔离,ExecutionIsolationStrategy.THREAD   
private final HystrixProperty executionIsolationStrategy;   
//使用线程隔离时,调用超时时间,默认:1秒   
private final HystrixProperty executionIsolationThreadTimeoutInMilliseconds;   
//线程池的key,用于决定命令在哪个线程池执行   
private final HystrixProperty executionIsolationThreadPoolKeyOverride;   
//是否开启fallback降级策略 默认:true   
private final HystrixProperty fallbackEnabled;   
// 使用线程隔离时,是否对命令执行超时的线程调用中断(Thread.interrupt())操作.默认:true   
private final HystrixProperty executionIsolationThreadInterruptOnTimeout; 
// 是否开启请求日志,默认:true   
private final HystrixProperty requestLogEnabled;   
//是否开启请求缓存,默认:true   
private final HystrixProperty requestCacheEnabled; // Whether request caching is enabled. 
  • HystrixCollapserProperties
//请求合并是允许的最大请求数,默认: Integer.MAX_VALUE   
private final HystrixProperty maxRequestsInBatch;   
//批处理过程中每个命令延迟的时间,默认:10毫秒   
private final HystrixProperty timerDelayInMilliseconds;   
//批处理过程中是否开启请求缓存,默认:开启   
private final HystrixProperty requestCacheEnabled; 
  • HystrixThreadPoolProperties
/* 配置线程池大小,默认值10个 */ 
private final HystrixProperty corePoolSize; 
/* 配置线程值等待队列长度,默认值:-1 建议值:-1表示不等待直接拒绝,测试表明线程池使用直接决绝策略+ 合适大小的非回缩线程池效率最高.所以不建议修改此值。 当使用非回缩线程池时,queueSizeRejectionThreshold,keepAliveTimeMinutes 参数无效 */
private final HystrixProperty maxQueueSize; 

参考文献

https://github.com/Netflix/Hystrix
https://github.com/Netflix/Hystrix/wiki/How-To-Use
http://hot66hot.iteye.com/blog/2155036

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