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Golang 熔断器

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本文主要从源码角度介绍golang 熔断器 的一种实现。

熔断器像是一个保险丝。当我们依赖的服务出现问题时，可以及时容错。一方面可以减少依赖服务对自身访问的依赖，防止出现雪崩效应；另一方面降低请求频率以方便上游尽快恢复服务。

熔断器的应用也非常广泛。除了在我们应用中，为了请求服务时使用熔断器外，在 web 网关、微服务中，也有非常广泛的应用。本文将从源码角度学习sony 开源的一个熔断器实现 github /sony/gobreaker 。（代码注释可以从 github/lpflpf/gobreaker 查看)

熔断器的模式

gobreaker是基于《微软云设计模式》一书中的熔断器模式的Golang实现。

下面是模式定义的一个 状态机 ：

熔断器有三种状态，四种状态转移的情况：

三种状态：

  • 熔断器关闭状态, 服务正常访问
  • 熔断器开启状态，服务异常
  • 熔断器半开状态，部分请求，验证是否可以访问

四种状态转移：

  • 在熔断器关闭状态下，当失败后并满足一定条件后，将直接转移为熔断器开启状态。
  • 在熔断器开启状态下，如果过了规定的时间，将进入半开启状态，验证目前服务是否可用。
  • 在熔断器半开启状态下，如果出现失败，则再次进入关闭状态。
  • 在熔断器半开启后，所有请求（有限额）都是成功的，则熔断器关闭。所有请求将正常访问。

gobreaker 的实现

gobreaker 是在上述状态机的基础上，实现的一个熔断器。

熔断 器的定义 

 type CircuitBreaker struct {
  name          string
  maxRequests   uint32  // 最大请求数 （半开启状态会限流）
  interval      time.Duration   // 统计周期
  timeout       time.Duration   // 进入熔断后的超时时间
  readyToTrip   func(counts Counts) bool // 通过Counts 判断是否开启熔断。需要自定义
  onStateChange func(name string, from State, to State) // 状态修改时的钩子函数

  mutex      sync.Mutex // 互斥锁，下面数据的更新都需要加锁
  state      State  // 记录了当前的状态
  generation uint64 // 标记属于哪个周期
  counts     Counts // 计数器，统计了 成功、失败、连续成功、连续失败等，用于决策是否进入熔断
  expiry     time.Time // 进入下个周期的时间
}

其中，如下参数是我们可以自定义的：

  • MaxRequests：最大请求数。当在最大请求数下，均请求正常的情况下，会关闭熔断器
  • interval：一个正常的统计周期。如果为0，那每次都会将计数清零
  • timeout: 进入熔断后，可以再次请求的时间
  • readyToTrip：判断熔断生效的钩子函数
  • onStateChagne：状态变更的钩子函数

请求的执行

熔断器的执行操作，主要包括三个阶段；①请求之前的判定；②服务的请求执行；③请求后的状态和计数的更新 

 // 熔断器的调用
func (cb *CircuitBreaker) Execute(req func() (interface{}, error)) (interface{}, error) {

  // ①请求之前的判断
  generation, err := cb.beforeRequest()
  if err != nil {
    return nil, err
  }

  defer func() {
    e := recover()
    if e != nil {
      // ③ panic 的捕获
      cb.afterRequest(generation, false)
      panic(e)
    }
  }()

  // ② 请求和执行
  result, err := req()

  // ③ 更新计数
  cb.afterRequest(generation, err == nil)
  return result, err
}

请求之前的判定操作

请求之前，会判断当前熔断器的状态。如果熔断器以开启，则不会继续请求。如果熔断器半开，并且已达到最大请求阈值，也不会继续请求。 

 func (cb *CircuitBreaker) beforeRequest() (uint64, error) {
  cb.mutex. Lock ()
  defer cb.mutex.Unlock()

  now := time.Now()
  state, generation := cb.currentState(now)

  if state == StateOpen { // 熔断器开启，直接返回
    return generation, ErrOpenState
  } else if state == StateHalfOpen && cb.counts.Requests >= cb.maxRequests { // 如果是半打开的状态，并且请求次数过多了，则直接返回
    return generation, ErrTooManyRequests
  }

  cb.counts.onRequest()
  return generation, nil
}

其中当前状态的计算，是依据当前状态来的。如果当前状态为已开启，则判断是否已经超时，超时就可以 变更状态到半开 ；如果当前状态为关闭状态，则通过周期判断是否进入下一个周期。 

 func (cb *CircuitBreaker) currentState(now time.Time) (State, uint64) {
  switch cb.state {
  case StateClosed:
    if !cb.expiry.IsZero() && cb.expiry.Before(now) { // 是否需要进入下一个计数周期
      cb.toNewGeneration(now)
    }
  case StateOpen:
    if cb.expiry.Before(now) {
      // 熔断器由开启变更为半开
      cb.setState(StateHalfOpen, now)
    }
  }
  return cb.state, cb.generation
}

周期长度的设定，也是以据当前状态来的。如果当前正常（熔断器关闭），则设置为一个interval 的周期；如果当前熔断器是开启状态，则设置为超时时间（超时后，才能变更为半开状态）。

请求之后的处理操作

每次请求之后，会通过请求结果是否成功，对熔断器做计数。 

 func (cb *CircuitBreaker) afterRequest(before uint64, success bool) {
  cb.mutex.Lock()
  defer cb.mutex.Unlock()

  now := time.Now()

  // 如果不在一个周期，就不再计数
  state, generation := cb.currentState(now)
  if generation != before {
    return
  }

  if success {
    cb.onSuccess(state, now)
  } else {
    cb.onFailure(state, now)
  }
}

如果在半开的状态下：

  • 如果请求成功，则会判断当前连续成功的请求数 大于等于 maxRequests， 则可以把状态由 半开状态转移为关闭状态
  • 如果在半开状态下，请求失败，则会直接将 半开状态转移为开启状态

如果在关闭状态下：

  • 如果请求成功，则计数更新
  • 如果请求失败，则调用readyToTrip 判断是否需要将状态 关闭状态转移为开启状态

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