微服务学习3

目录

1.微服务保护

1.1.服务保护方案

1.1.1.请求限流

1.1.2.线程隔离

1.1.3.服务熔断

1.2.Sentinel

1.2.1.微服务整合

1.2.2.请求限流

1.3.线程隔离

1.3.1.OpenFeign整合Sentinel

1.3.2.配置线程隔离

1.4.服务熔断

1.4.1.编写降级逻辑

1.4.2服务熔断

2.分布式事务

1.相关概念

2.2认识Seata

在微服务远程调用的过程中，还存在几个问题需要解决。

首先是业务健壮性问题：

例如在之前的查询购物车列表业务中，购物车服务需要查询最新的商品信息，与购物车数据做对比，提醒用户。大家设想一下，如果商品服务查询时发生故障，查询购物车列表在调用商品服 务时，是不是也会异常？从而导致购物车查询失败。但从业务角度来说，为了提升用户体验，即便是商品查询失败，购物车列表也应该正确展示出来，哪怕是不包含最新的商品信息。

还有级联失败问题：

还是查询购物车的业务，假如商品服务业务并发较高，占用过多Tomcat连接。可能会导致商品服务的所有接口响应时间增加，延迟变高，甚至是长时间阻塞直至查询失败。

此时查询购物车业务需要查询并等待商品查询结果，从而导致查询购物车列表业务的响应时间也变长，甚至也阻塞直至无法访问。而此时如果查询购物车的请求较多，可能导致购物车服务的Tomcat连接占用较多，所有接口的响应时间都会增加，整个服务性能很差， 甚至不可用。

依次类推，整个微服务群中与购物车服务、商品服务等有调用关系的服务可能都会出现问题，最终导致整个集群不可用。

微服务调用链路中的某个服务故障，引起整个链路中所有的微服务都不可用

这就是级联失败问题，或者叫雪崩问题。

还有跨服务的事务问题：

比如昨天讲到过的下单业务，下单的过程中需要调用多个微服务：

  • 商品服务：扣减库存

  • 订单服务：保存订单

  • 购物车服务：清理购物车

这些业务全部都是数据库的写操作，我们必须确保所有操作的同时成功或失败。但是这些操作在不同微服务，也就是不同的Tomcat，这样的情况如何确保事务特性呢？

今天的内容会分成几部分：

  • 微服务保护

    • 服务保护方案

    • 请求限流

    • 隔离和熔断

  • 分布式事务

    • 初识分布式事务

    • Seata

通过今天的学习，你将能掌握下面的能力：

  • 知道雪崩问题产生原因及常见解决方案

  • 能使用Sentinel实现服务保护

  • 理解分布式事务产生的原因

  • 能使用Seata解决分布式事务问题

  • 理解AT模式基本原理

1.微服务保护

保证服务运行的健壮性，避免级联失败导致的雪崩问题，就属于微服务保护。这章我们就一起来学习一下微服务保护的常见方案以及对应的技术。

1.1.服务保护方案

微服务保护的方案有很多，比如：

  • 请求限流

  • 线程隔离

  • 服务熔断

这些方案或多或少都会导致服务的体验上略有下降，比如请求限流，降低了并发上限；线程隔离，降低了可用资源数量；服务熔断，降低了服务的完整度，部分服务变的不可用或弱可用。因此这些方案都属于服务降级的方案。但通过这些方案，服务的健壮性得到了提升，

接下来，我们就逐一了解这些方案的原理。

1.1.1.请求限流

服务故障最重要原因，就是并发太高！解决了这个问题，就能避免大部分故障。当然，接口的并发不是一直很高，而是突发的。因此请求限流，就是限制或控制接口访问的并发流量，避免服务因流量激增而出现故障。

请求限流往往会有一个限流器，数量高低起伏的并发请求曲线，经过限流器就变的非常平稳。这就像是水电站的大坝，起到蓄水的作用，可以通过开关控制水流出的大小，让下游水流始终维持在一个平稳的量。

这是预防手段，那如果服务真的出现故障了，我们怎么去做避免故障扩散呢？

这就引出下面几个方案了。

1.1.2.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而将故障业务隔离，避免故障扩散。

        当一个业务接口响应时间长，而且并发高时，就可能耗尽服务器的线程资源，导致服务内的其它接口受到影响。所以我们必须把这种影响降低，或者缩减影响的范围。线程隔离正是解决这个问题的好办法。

线程隔离的思想来自轮船的舱壁模式：

轮船的船舱会被隔板分割为N个相互隔离的密闭舱，假如轮船触礁进水，只有损坏的部分密闭舱会进水，而其他舱由于相互隔离，并不会进水。这样就把进水控制在部分船体，避免了整个船舱进水而沉没。

实际开发中使用这个思想，尽可能的把故障隔离在一定范围内。

那利用这个原理我们写代码的时候可以怎么解决？

为了避免某个接口故障或压力过大导致整个服务不可用，我们可以限定每个接口可以使用的资源范围，也就是将其“隔离”起来。

如图所示，我们给查询购物车业务限定可用线程数量上限为20，这样即便查询购物车的请求因为查询商品服务而出现故障，最多就占用这20个线程的资源量，再有请求过来就会拒绝（由于商品服务故障，而无法释放资源）。也不会导致服务器的线程资源被耗尽，不会影响到其它接口。

但这些被占用的资源还是无法释放，因此仅仅做线程隔离还是不够。我们还要做服务熔断！

1.1.3.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，则拦截该接口的请求。

线程隔离虽然避免了雪崩问题，但故障服务（商品服务）依然会拖慢购物车服务（服务调用方）的接口响应速度。而且商品查询的故障依然会导致查询购物车功能出现故障，购物车业务也变的不可用了。

所以，我们要做两件事情：

  • 编写服务降级逻辑：就是服务调用失败后的处理逻辑，根据业务场景，可以抛出异常，也可以返回友好提示或默认数据。

  • 异常统计和熔断：统计服务提供方的异常比例，当比例过高表明该接口会影响到其它服务，应该拒绝调用该接口，而是直接走降级逻辑。

        也就是说我们要提前给服务C，编写一段fallback，当请求发现熔断时，请求就走fallback（就是一个业务逻辑）可以提前准备好一段数据或者友好提示，然后快速返回。以后服务C就不会再被调用了。这样就避免了服务器C故障导致的服务A也出现故障。甚至于都不会占用线程，请求一来就滚蛋了！这样线程也不会多余占用了。

1.2.Sentinel

微服务保护的技术有很多，但在目前国内使用较多的还是Sentinel，所以接下来使用Sentinel做微服务保护。

控制台开启sentinel服务器命令：

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

1.2.1.微服务整合

我们在cart-service模块中整合sentinel，连接sentinel-dashboard控制台，步骤如下： 1）引入sentinel依赖

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

2）配置控制台

修改application.yaml文件，添加下面内容：

spring:cloud: sentinel:transport:dashboard: localhost:8090

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：

点击簇点链路菜单，会看到下面的页面：

所谓簇点链路，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。默认情况下，Sentinel会监控SpringMVC的每一个Endpoint（接口）。

因此，我们看到/carts这个接口路径就是其中一个簇点，我们可以对其进行限流、熔断、隔离等保护措施。

不过，需要注意的是，我们的SpringMVC接口是按照Restful风格设计，因此购物车的查询、删除、修改等接口全部都是/carts路径：

默认情况下Sentinel会把路径作为簇点资源的名称，无法区分路径相同但请求方式不同的接口，查询、删除、修改等都被识别为一个簇点资源，这显然是不合适的。

所以我们可以选择打开Sentinel的请求方式前缀，把请求方式 + 请求路径作为簇点资源名：

首先，在cart-service的application.yml中添加下面的配置：

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

然后，重启服务，通过页面访问购物车的相关接口，可以看到sentinel控制台的簇点链路发生了变化：

1.2.2.请求限流

在簇点链路后面点击流控按钮，即可对其做限流配置：

在弹出的菜单中这样填写：

这样就把查询购物车列表这个簇点资源的流量限制在了每秒6个，也就是最大QPS为6.

1.3.线程隔离

限流可以降低服务器压力，尽量减少因并发流量引起的服务故障的概率，但并不能完全避免服务故障。一旦某个服务出现故障，我们必须隔离对这个服务的调用，避免发生雪崩。

比如，查询购物车的时候需要查询商品，为了避免因商品服务出现故障导致购物车服务级联失败，我们可以把购物车业务中查询商品的部分隔离起来，限制可用的线程资源：

这样，即便商品服务出现故障，最多导致查询购物车业务故障，并且可用的线程资源也被限定在一定范围，不会导致整个购物车服务崩溃。

所以，我们要对查询商品的FeignClient接口做线程隔离。

1.3.1.OpenFeign整合Sentinel

修改cart-service模块的application.yml文件，开启Feign的sentinel功能：

feign: sentinel: enabled: true # 开启feign对sentinel的支持

需要注意的是，默认情况下SpringBoot项目的tomcat最大线程数是200，允许的最大连接是8492，单机测试很难打满。

所以我们需要配置一下cart-service模块的application.yml文件，修改tomcat连接：

server: port: 8082 tomcat: threads: max: 50 # 允许的最大线程数 accept-count: 50 # 最大排队等待数量 max-connections: 100 # 允许的最大连接

然后重启cart-service服务，可以看到查询商品的FeignClient自动变成了一个簇点资源：

1.3.2.配置线程隔离

接下来，点击查询商品的FeignClient对应的簇点资源后面的流控按钮：

在弹出的表单中填写下面内容：

注意，这里勾选的是并发线程数限制，也就是说这个查询功能最多使用5个线程，而不是5QPS。如果查询商品的接口每秒处理2个请求，则5个线程的实际QPS在10左右，而超出的请求自然会被拒绝。

1.4.服务熔断

在上节课，我们利用线程隔离对查询购物车业务进行隔离，保护了购物车服务的其它接口。由于查询商品的功能耗时较高（我们模拟了500毫秒延时），再加上线程隔离限定了线程数为5，导致接口吞吐能力有限，最终QPS只有10左右。这就导致了几个问题：

第一，超出的QPS上限的请求就只能抛出异常，从而导致购物车的查询失败。但从业务角度来说，即便没有查询到最新的商品信息，购物车也应该展示给用户，用户体验更好。也就是给查询失败设置一个降级处理逻辑。

第二，由于查询商品的延迟较高（模拟的500ms），从而导致查询购物车的响应时间也变的很长。这样不仅拖慢了购物车服务，消耗了购物车服务的更多资源，而且用户体验也很差。对于商品服务这种不太健康的接口，我们应该直接停止调用，直接走降级逻辑，避免影响到当前服务。也就是将商品查询接口熔断。

1.4.1.编写降级逻辑

触发限流或熔断后的请求不一定要直接报错，也可以返回一些默认数据或者友好提示，用户体验会更好。

给FeignClient编写失败后的降级逻辑有两种方式：

  • 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，我们一般选择这种方式。

这里我们演示方式二的失败降级处理。

步骤一：在hm-api模块中给ItemClient定义降级处理类，实现FallbackFactory：

代码如下：

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.exception.BizIllegalException;
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 ItemClientFallback implements FallbackFactory<ItemClient> {@Overridepublic ItemClient create(Throwable cause) {return new ItemClient() {@Overridepublic List<ItemDTO> queryItemByIds(Collection<Long> ids) {log.error("远程调用ItemClient#queryItemByIds方法出现异常，参数：{}", ids, cause);// 查询购物车允许失败，查询失败，返回空集合return CollUtils.emptyList();}@Overridepublic void deductStock(List<OrderDetailDTO> items) {// 库存扣减业务需要触发事务回滚，查询失败，抛出异常throw new BizIllegalException(cause);}};}
}

FallbackFactory<>泛型中填写的我们要实现的Client接口，重写接口中的方法，方法里面写的就是fallback的失败的处理逻辑。正常情况下由Feign发请求。一旦发生异常，我们自己创建的这个ItemClient，就发挥作用了。我们自己重写的处理逻辑，将来被熔断时就会执行。

正常来说请求走动态代理实现的类，异常情况下走我们自己实现的类。

步骤二：在hm-api模块中的com.hmall.api.config.DefaultFeignConfig类中将ItemClientFallback注册为一个Bean：

步骤三：在hm-api模块中的ItemClient接口中使用ItemClientFallbackFactory：

每个Client都要有自己的FallbackFactory

重启后，再次测试，发现被限流的请求不再报错，走了降级逻辑：

但是未被限流的请求延时依然很高：

导致最终的平局响应时间较长。

1.4.2服务熔断

查询商品的RT较高（模拟的500ms），从而导致查询购物车的RT也变的很长。这样不仅拖慢了购物车服务，消耗了购物车服务的更多资源，而且用户体验也很差。

对于商品服务这种不太健康的接口，我们应该停止调用，直接走降级逻辑，避免影响到当前服务。也就是将商品查询接口熔断。当商品服务接口恢复正常后，再允许调用。这其实就是断路器的工作模式了。

Sentinel中的断路器不仅可以统计某个接口的慢请求比例，还可以统计异常请求比例。当这些比例超出阈值时，就会熔断该接口，即拦截访问该接口的一切请求，降级处理；当该接口恢复正常时，再放行对于该接口的请求。

断路器的工作状态切换有一个状态机来控制：

状态机包括三个状态：

  • closed：关闭状态，断路器放行所有请求，但会统计异常比例、慢请求比例。超过阈值则切换到open状态

  • open：打开状态，服务调用被熔断，访问被熔断服务的请求会被拒绝，快速失败，直接走降级逻辑(fallback)。Open状态持续一段时间后会进入half-open状态

  • half-open：半开状态，放行一次请求，根据执行结果来判断接下来的操作。

    • 请求成功：则切换到closed状态

    • 请求失败：则切换到open状态

这个代码肯定是不用我们自己写的，人家底层已经实现好的，我们要做的仅仅就是配置熔断规则

我们可以在控制台通过点击簇点后的熔断按钮来配置熔断策略：

在弹出的表格中这样填写：

这种是按照慢调用比例来做熔断，上述配置的含义是：

  • RT (ResponseTiem响应时间)超过200毫秒的请求调用就是慢调用

  • 统计最近1000ms内的最少5次请求，如果慢调用比例不低于0.5，则触发熔断

  • 熔断持续时长20s

配置完成后，再次利用Jemeter测试，可以发现：

在一开始一段时间是允许访问的，后来触发熔断后，查询商品服务的接口通过QPS直接为0，所有请求都被熔断了。而查询购物车的本身并没有受到影响。

此时整个购物车查询服务的平均RT影响不大：

2.分布式事务

1.相关概念

首先我们看看项目中的下单业务整体流程：

由于订单、购物车、商品分别在三个不同的微服务，而每个微服务都有自己独立的数据库，因此下单过程中就会跨多个数据库完成业务。而每个微服务都会执行自己的本地事务：

  • 交易服务：下单事务

  • 购物车服务：清理购物车事务

  • 库存服务：扣减库存事务

        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。其中每个微服务的本地事务，也可以称为分支事务。多个有关联的分支事务一起就组成了全局事务。我们必须保证整个全局事务同时成功或失败。

我们知道每一个分支事务就是传统的单体事务，都可以满足ACID特性，但全局事务跨越多个服务、多个数据库，是否还能满足呢？

我们来做一个测试，先进入购物车页面：

目前有4个购物车，然结算下单，进入订单结算页面：

然后将购物车中某个商品的库存修改为0：

然后，提交订单，最终因库存不足导致下单失败：

然后我们去查看购物车列表，发现购物车数据依然被清空了，并未回滚：

事务并未遵循ACID的原则，归其原因就是参与事务的多个子业务在不同的微服务，跨越了不同的数据库。虽然每个单独的业务都能在本地遵循ACID，但是它们互相之间没有感知，不知道有人失败了，无法保证最终结果的统一，也就无法遵循ACID的事务特性了。

这就是分布式事务问题，出现以下情况之一就可能产生分布式事务问题：

  • 业务跨多个服务实现

  • 业务跨多个数据源实现

2.2认识Seata

解决分布式事务的方案有很多，但实现起来都比较复杂，因此我们一般会使用开源的框架来解决分布式事务问题。在众多的开源分布式事务框架中，功能最完善、使用最多的就是阿里巴巴在2019年开源的Seata了。

https://seata.io/zh-cn/docs/overview/what-is-seata.html

其实分布式事务产生的一个重要原因，就是参与事务的多个分支事务互相无感知，不知道彼此的执行状态。因此解决分布式事务的思想非常简单：

就是找一个统一的事务协调者，与多个分支事务通信，检测每个分支事务的执行状态，保证全局事务下的每一个分支事务同时成功或失败即可。大多数的分布式事务框架都是基于这个理论来实现的。

Seata也不例外，在Seata的事务管理中有三个重要的角色：

  • 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。

        public Long createOrder(OrderFormDTO orderFormDTO) {// 1.订单数据Order order = new Order();// 1.1.查询商品List<OrderDetailDTO> detailDTOS = orderFormDTO.getDetails();// 1.2.获取商品id和数量的MapMap<Long, Integer> itemNumMap = detailDTOS.stream().collect(Collectors.toMap(OrderDetailDTO::getItemId, OrderDetailDTO::getNum));Set<Long> itemIds = itemNumMap.keySet();// 1.3.查询商品List<ItemDTO> items = itemClient.queryItemsByIds(itemIds);// 1.4.基于商品价格、购买数量计算商品总价：totalFeeint total = 0;for (ItemDTO item : items) {total += item.getPrice() * itemNumMap.get(item.getId());}order.setTotalFee(total);// 1.5.其它属性order.setPaymentType(orderFormDTO.getPaymentType());order.setUserId(UserContext.getUser());order.setStatus(1);// 1.6.将Order写入数据库order表中save(order);// 2.保存订单详情List<OrderDetail> details = buildDetails(order.getId(), items, itemNumMap);detailService.saveBatch(details);// 3.清理购物车商品cartClient.deleteCartItemByIds(itemIds);// 4.扣减库存try {itemClient.deductStock(detailDTOS);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException("库存不足！");}return order.getId();}

        什么是全局事务范围呢？比如说在这个创建订单方法中：保存订单数据、清理购物车、扣减库存。就涉及三个事务。

因此，这里的整个分布式事务起点就是进入方法开始。结尾就是方法结束为止。整个方法就是全局事务的边界。

所以说我们的TM就是定义全局事务的范围，将来方法一进来，TM就能感知到，方法结束TM也嫩知道全局事务结束了！监控了整个方法，将来方法进入和结束，TM都会给TC报告。

注意：最终事务的提交和回滚TM决定不了。

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，并驱动分支事务提交或回滚。注册的时候会告诉TC自己属于哪一个全局事务。这样一来分支事务和所属全局事务产生联系，进行通信。

seata执行原理：

分支事务执行业务时通过RM告诉TC业务执行状态(成功还是失败)，TC就能收到所有的结果，如果有分支失败，TC就告诉所有相关事务回滚！

Seata的工作架构如图所示：

其中，TM和RM可以理解为Seata的客户端部分，引入到参与事务的微服务依赖中即可。将来TM和RM就会协助微服务，实现本地分支事务与TC之间交互，实现事务的提交或回滚。

而TC服务则是事务协调中心，是一个独立的微服务，需要单独部署。

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