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Hystrix 源码解析 —— 断路器 HystrixCircuitBreaker

2017-12-12 11:36 323 查看

摘要: 原创出处 http://www.iocoder.cn/Hystrix/circuit-breaker/ 「芋道源码」欢迎转载，保留摘要，谢谢！

本文主要基于 Hystrix 1.5.X 版本

1. 概述

2. HystrixCircuitBreaker

3. HystrixCircuitBreaker.Factory

4. HystrixCircuitBreakerImpl
4.1 构造方法

4.2 #subscribeToStream()

4.3 #attemptExecution()

4.4 #markSuccess()

4.5 #markNonSuccess()

4.6 #allowRequest()

4.7 #isOpen()

1. 概述

本文主要分享 断路器 HystrixCircuitBreaker。

HystrixCircuitBreaker 有三种状态：

CLOSED

：关闭

OPEN

：打开

HALF_OPEN

：半开

其中，断路器处于

OPEN

状态时，链路处于非健康状态，命令执行时，直接调用回退逻辑，跳过正常逻辑。

HystrixCircuitBreaker 状态变迁如下图：

红线：初始时，断路器处于

CLOSED

状态，链路处于健康状态。当满足如下条件，断路器从

CLOSED

变成

OPEN

状态：

周期( 可配，

HystrixCommandProperties.default_metricsRollingStatisticalWindow = 10000 ms

)内，总请求数超过一定量( 可配，

HystrixCommandProperties.circuitBreakerRequestVolumeThreshold = 20

) 。

错误请求占总请求数超过一定比例( 可配，

HystrixCommandProperties.circuitBreakerErrorThresholdPercentage = 50%

) 。

绿线：断路器处于

OPEN

状态，命令执行时，若当前时间超过断路器开启时间一定时间(

HystrixCommandProperties.circuitBreakerSleepWindowInMilliseconds = 5000 ms

)，断路器变成

HALF_OPEN

状态，尝试调用正常逻辑，根据执行是否成功，打开或关闭熔断器【蓝线】。

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2. HystrixCircuitBreaker

com.netflix.hystrix.HystrixCircuitBreaker

，Hystrix 断路器接口。定义接口如下代码：

public interface HystrixCircuitBreaker {    /**     * Every {@link HystrixCommand} requests asks this if it is allowed to proceed or not.  It is idempotent and does     * not modify any internal state, and takes into account the half-open logic which allows some requests through     * after the circuit has been opened     *      * @return boolean whether a request should be permitted     */    boolean allowRequest();    /**     * Whether the circuit is currently open (tripped).     *      * @return boolean state of circuit breaker     */    boolean isOpen();    /**     * Invoked on successful executions from {@link HystrixCommand} as part of feedback mechanism when in a half-open state.     */    void markSuccess();    /**     * Invoked on unsuccessful executions from {@link HystrixCommand} as part of feedback mechanism when in a half-open state.     */    void markNonSuccess();    /**     * Invoked at start of command execution to attempt an execution.  This is non-idempotent - it may modify internal     * state.     */    boolean attemptExecution();}

#allowRequest()

和

#attemptExecution()

方法，方法目的基本类似，差别在于当断路器满足尝试关闭条件时，前者不会将断路器不会修改状态(

CLOSE => HALF-OPEN

)，而后者会。

HystrixCircuitBreaker 有两个子类实现：

NoOpCircuitBreaker ：空的断路器实现，用于不开启断路器功能的情况。

HystrixCircuitBreakerImpl ：完整的断路器实现。

在 AbstractCommand 创建时，初始化 HystrixCircuitBreaker ，代码如下：

/* package */abstract class AbstractCommand<R> implements HystrixInvokableInfo<R>, HystrixObservable<R> {        /**     * 断路器     */    protected final HystrixCircuitBreaker circuitBreaker;    protected AbstractCommand(HystrixCommandGroupKey group, HystrixCommandKey key, HystrixThreadPoolKey threadPoolKey, HystrixCircuitBreaker circuitBreaker, HystrixThreadPool threadPool,            HystrixCommandProperties.Setter commandPropertiesDefaults, HystrixThreadPoolProperties.Setter threadPoolPropertiesDefaults,            HystrixCommandMetrics metrics, TryableSemaphore fallbackSemaphore, TryableSemaphore executionSemaphore,            HystrixPropertiesStrategy propertiesStrategy, HystrixCommandExecutionHook executionHook) {        // ... 省略无关代码                // 初始化 断路器        this.circuitBreaker = initCircuitBreaker(this.properties.circuitBreakerEnabled().get(), circuitBreaker, this.commandGroup, this.commandKey, this.properties, this.metrics);        // ... 省略无关代码    }    private static HystrixCircuitBreaker initCircuitBreaker(boolean enabled, HystrixCircuitBreaker fromConstructor,                                                            HystrixCommandGroupKey groupKey, HystrixCommandKey commandKey,                                                            HystrixCommandProperties properties, HystrixCommandMetrics metrics) {        if (enabled) {            if (fromConstructor == null) {                // get the default implementation of HystrixCircuitBreaker                return HystrixCircuitBreaker.Factory.getInstance(commandKey, groupKey, properties, metrics);            } else {                return fromConstructor;            }        } else {            return new NoOpCircuitBreaker();        }    }}

当

HystrixCommandProperties.circuitBreakerEnabled = true

时，即断路器功能开启，使用 Factory 获得 HystrixCircuitBreakerImpl 对象。在「3. HystrixCircuitBreaker.Factory」详细解析。

当

HystrixCommandProperties.circuitBreakerEnabled = false

时，即断路器功能关闭，创建 NoOpCircuitBreaker 对象。另外，NoOpCircuitBreaker 代码简单到脑残，点击链接查看实现。

3. HystrixCircuitBreaker.Factory

com.netflix.hystrix.HystrixCircuitBreaker.Factory

，HystrixCircuitBreaker 工厂，主要用于：

创建 HystrixCircuitBreaker 对象，目前只创建 HystrixCircuitBreakerImpl 。

HystrixCircuitBreaker 容器，基于 HystrixCommandKey 维护了 HystrixCircuitBreaker 单例对象 的映射。代码如下：

private static ConcurrentHashMap<String, HystrixCircuitBreaker> circuitBreakersByCommand = new ConcurrentHashMap<String, HystrixCircuitBreaker>();

整体代码灰常清晰，点击链接查看代码。

4. HystrixCircuitBreakerImpl

com.netflix.hystrix.HystrixCircuitBreaker.HystrixCircuitBreakerImpl

，完整的断路器实现。

我们来逐个方法看看 HystrixCircuitBreakerImpl 的具体实现。

4.1 构造方法

构造方法，代码如下：

/* package */class HystrixCircuitBreakerImpl implements HystrixCircuitBreaker {    private final HystrixCommandProperties properties;    private final HystrixCommandMetrics metrics;    enum Status {        CLOSED, OPEN, HALF_OPEN    }    private final AtomicReference<Status> status = new AtomicReference<Status>(Status.CLOSED);    private final AtomicLong circuitOpened = new AtomicLong(-1);    private final AtomicReference<Subscription> activeSubscription = new AtomicReference<Subscription>(null);    protected HystrixCircuitBreakerImpl(HystrixCommandKey key, HystrixCommandGroupKey commandGroup, final HystrixCommandProperties properties, HystrixCommandMetrics metrics) {        this.properties = properties;        this.metrics = metrics;        //On a timer, this will set the circuit between OPEN/CLOSED as command executions occur        Subscription s = subscribeToStream();        activeSubscription.set(s);    }}

Status 枚举类，断路器的三种状态。

status

属性，断路器的状态。

circuitOpened

属性，断路器打开，即状态变成

OPEN

的时间。

activeSubscription

属性，基于 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的订阅，在「4.2 #subscribeToStream()」详细解析。

4.2 #subscribeToStream()

#subscribeToStream()

方法，向 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的发起订阅。代码如下：

private Subscription subscribeToStream() {  1: private Subscription subscribeToStream() {  2:     /*  3:      * This stream will recalculate the OPEN/CLOSED status on every onNext from the health stream  4:      */  5:     return metrics.getHealthCountsStream()  6:             .observe()  7:             .subscribe(new Subscriber<HealthCounts>() {  8:                 @Override  9:                 public void onCompleted() { 10:  11:                 } 12:  13:                 @Override 14:                 public void onError(Throwable e) { 15:  16:                 } 17:  18:                 @Override 19:                 public void onNext(HealthCounts hc) { 20:                     System.out.println("totalRequests" + hc.getTotalRequests()); // 芋艿，用于调试 21:                     // check if we are past the statisticalWindowVolumeThreshold 22:                     if (hc.getTotalRequests() < properties.circuitBreakerRequestVolumeThreshold().get()) { 23:                         // we are not past the minimum volume threshold for the stat window, 24:                         // so no change to circuit status. 25:                         // if it was CLOSED, it stays CLOSED 26:                         // if it was half-open, we need to wait for a successful command execution 27:                         // if it was open, we need to wait for sleep window to elapse 28:                     } else { 29:                         if (hc.getErrorPercentage() < properties.circuitBreakerErrorThresholdPercentage().get()) { 30:                             //we are not past the minimum error threshold for the stat window, 31:                             // so no change to circuit status. 32:                             // if it was CLOSED, it stays CLOSED 33:                             // if it was half-open, we need to wait for a successful command execution 34:                             // if it was open, we need to wait for sleep window to elapse 35:                         } else { 36:                             // our failure rate is too high, we need to set the state to OPEN 37:                             if (status.compareAndSet(Status.CLOSED, Status.OPEN)) { 38:                                 circuitOpened.set(System.currentTimeMillis()); 39:                             } 40:                         } 41:                     } 42:                 } 43:             }); 44: }

第 5 至 7 行：向 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的发起订阅。这里的 Observable 基于 RxJava Window 操作符。

FROM 《ReactiveX文档中文翻译》「Window」
定期将来自原始 Observable 的数据分解为一个 Observable 窗口，发射这些窗口，而不是每次发射一项数据

简单来说，固定间隔，

#onNext()

方法将不断被调用，每次计算断路器的状态。

第 22 行：判断周期( 可配，

HystrixCommandProperties.default_metricsRollingStatisticalWindow = 10000 ms

)内，总请求数超过一定量( 可配，

HystrixCommandProperties.circuitBreakerRequestVolumeThreshold = 20

) 。

这里要注意下，请求次数统计的是周期内，超过周期的不计算在内。例如说，

00:00

内发起了 N 个请求，

00:11

不计算这 N 个请求。

第 29 行：错误请求占总请求数超过一定比例( 可配，

HystrixCommandProperties.circuitBreakerErrorThresholdPercentage = 50%

) 。

第 37 至 39 行：满足断路器打开条件，CAS 修改状态(

CLOSED => OPEN

)，并设置打开时间(

circuitOpened

) 。

【补充】第 5 至 7 行：�� 怕写在上面，大家有压力。Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 使用了两种 RxJava Window 操作符：

Observable#window(timespan, unit)

方法，固定周期( 可配，

HystrixCommandProperties.metricsHealthSnapshotIntervalInMilliseconds = 500 ms

)，发射 Observable 窗口。点击 BucketedCounterStream 构造方法查看调用处的代码。

Observable#window(count, skip)

方法，每发射一次(

skip

) Observable 忽略

count

( 可配，

HystrixCommandProperties.circuitBreakerRequestVolumeThreshold = 20

) 个数据项。为什么？答案在第 22 行的代码，周期内达到一定请求量是断路器打开的一个条件。点击 BucketedRollingCounterStream 构造方法查看调用处的代码。

目前该方法有两处调用：

「4.1 构造方法」，在创建 HystrixCircuitBreakerImpl 时，向 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的发起订阅。固定间隔，计算断路器是否要关闭(

CLOSE

)。

「4.4 #markSuccess()」，清空 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的统计信息，取消原有订阅，并发起新的订阅。

4.3 #attemptExecution()

如下是

AbstractCommand#applyHystrixSemantics(_cmd)

方法，对

HystrixCircuitBreakerImpl#attemptExecution

方法的调用的代码：

private Observable<R> applyHystrixSemantics(final AbstractCommand<R> _cmd) {    // ...  省略无关代码   /* determine if we're allowed to execute */   if (circuitBreaker.attemptExecution()) {        // 执行【正常逻辑】   } else {        // 执行【回退逻辑】   }}

使用

HystrixCircuitBreakerImpl#attemptExecution

方法，判断是否可以执行正常逻辑。

#attemptExecution

方法，代码如下：

1: @Override 2: public boolean attemptExecution() { 3:     // 强制 打开 4:     if (properties.circuitBreakerForceOpen().get()) { 5:         return false; 6:     } 7:     // 强制 关闭 8:     if (properties.circuitBreakerForceClosed().get()) { 9:         return true;10:     }11:     // 打开时间为空12:     if (circuitOpened.get() == -1) {13:         return true;14:     } else {15:         // 满足间隔尝试断路器时间16:         if (isAfterSleepWindow()) {17:             //only the first request after sleep window should execute18:             //if the executing command succeeds, the status will transition to CLOSED19:             //if the executing command fails, the status will transition to OPEN20:             //if the executing command gets unsubscribed, the status will transition to OPEN21:             if (status.compareAndSet(Status.OPEN, Status.HALF_OPEN)) {22:                 return true;23:             } else {24:                 return false;25:             }26:         } else {27:             return false;28:         }29:     }30: }

第 4 至 6 行：当

HystrixCommandProperties.circuitBreakerForceOpen = true

( 默认值：

false

) 时，即断路器强制打开，返回

false

。当该配置接入配置中心后，可以动态实现打开熔断。为什么会有该配置？当 HystrixCircuitBreaker 创建完成后，无法动态切换 NoOpCircuitBreaker 和 HystrixCircuitBreakerImpl ，通过该配置以实现类似效果。

第 8 至 10 行：当

HystrixCommandProperties.circuitBreakerForceClose = true

( 默认值：

false

) 时，即断路器强制关闭，返回

true

。当该配置接入配置中心后，可以动态实现关闭熔断。为什么会有该配置？当 HystrixCircuitBreaker 创建完成后，无法动态切换 NoOpCircuitBreaker 和 HystrixCircuitBreakerImpl ，通过该配置以实现类似效果。

第 12 至 13 行：断路器打开时间(

circuitOpened

) 为”空”，返回

true

。

第 16 至 28 行：调用

#isAfterSleepWindow()

方法，判断是否满足尝试调用正常逻辑的间隔时间。当满足，使用 CAS 方式修改断路器状态(

OPEN => HALF_OPEN

)，从而保证有且仅有一个线程能够尝试调用正常逻辑。

#isAfterSleepWindow()

方法，代码如下：

private boolean isAfterSleepWindow() {    final long circuitOpenTime = circuitOpened.get();    final long currentTime = System.currentTimeMillis();    final long sleepWindowTime = properties.circuitBreakerSleepWindowInMilliseconds().get();    return currentTime > circuitOpenTime + sleepWindowTime;}

在当前时间超过断路器打开时间

HystrixCommandProperties.circuitBreakerSleepWindowInMilliseconds

( 默认值，

5000 ms

)，返回

true

。

4.4 #markSuccess()

当尝试调用正常逻辑成功时，调用

#markSuccess()

方法，关闭断路器。代码如下：

1: @Override 2: public void markSuccess() { 3:     if (status.compareAndSet(Status.HALF_OPEN, Status.CLOSED)) { 4:         // 清空 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的**统计信息** 5:         //This thread wins the race to close the circuit - it resets the stream to start it over from 0 6:         metrics.resetStream(); 7:         // 取消原有订阅 8:         Subscription previousSubscription = activeSubscription.get(); 9:         if (previousSubscription != null) {10:             previousSubscription.unsubscribe();11:         }12:         // 发起新的订阅13:         Subscription newSubscription = subscribeToStream();14:         activeSubscription.set(newSubscription);15:         // 设置断路器打开时间为空16:         circuitOpened.set(-1L);17:     }18: }

第 3 行：使用 CAS 方式，修改断路器状态(

HALF_OPEN => CLOSED

)。

第 6 行：清空 Hystrix Metrics 对请求量统计 Observable 的统计信息。

第 8 至 14 行：取消原有订阅，发起新的订阅。

第 16 行：设置断路器打开时间为”空” 。

如下两处调用了

#markNonSuccess()

方法：

markEmits

markOnCompleted

4.5 #markNonSuccess()

当尝试调用正常逻辑失败时，调用

#markNonSuccess()

方法，重新打开断路器。代码如下：

1: @Override2: public void markNonSuccess() {3:     if (status.compareAndSet(Status.HALF_OPEN, Status.OPEN)) {4:         //This thread wins the race to re-open the circuit - it resets the start time for the sleep window5:         circuitOpened.set(System.currentTimeMillis());6:     }7: }

第 3 行：使用 CAS 方式，修改断路器状态(

HALF_OPEN => OPEN

)。

第 5 行：设置设置断路器打开时间为当前时间。这样，

#attemptExecution()

过一段时间，可以再次尝试执行正常逻辑。

如下两处调用了

#markNonSuccess()

方法：

handleFallback

unsubscribeCommandCleanup

4.6 #allowRequest()

#allowRequest()

和

#attemptExecution()

方法，方法目的基本类似，差别在于当断路器满足尝试关闭条件时，前者不会将断路器不会修改状态(

CLOSE => HALF-OPEN

)，而后者会。点击链接查看代码实现。

4.7 #isOpen()

#isOpen()

方法，比较简单，点击链接查看代码实现。

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