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阿里Sentinel知識體系總結(2021版)

2021-08-13 07:38:14 後端開發

一、百度百科

Sentinel 是面向分布式服務架構的高可用流量防護組件,主要以流量為切入點,從限流、流量整形、熔斷降級、系統負載保護、熱點防護等多個維度來幫助開發者保障微服務的穩定性,

Sentinel 具有以下特性:

豐富的應用場景:Sentinel 承接了阿里巴巴近 10 年的雙十一大促流量的核心場景,例如秒殺(即突發流量控制在系統容量可以承受的范圍)、訊息削峰填谷、集群流量控制、實時熔斷下游不可用應用等,

完備的實時監控:Sentinel 同時提供實時的監控功能,您可以在控制臺中看到接入應用的單臺機器秒級資料,甚至 500 臺以下規模的集群的匯總運行情況,
廣泛的開源生態:Sentinel 提供開箱即用的與其它開源框架/庫的整合模塊,例如與 Spring Cloud、Dubbo、gRPC 的整合,您只需要引入相應的依賴并進行簡單的配置即可快速地接入 Sentinel,

完善的 SPI 擴展點:Sentinel 提供簡單易用、完善的 SPI 擴展介面,您可以通過實作擴展介面來快速地定制邏輯,例如定制規則管理、適配動態資料源等,

Sentinel 的開源生態:

二、Sentinel 的歷史

2012 年,Sentinel 誕生,主要功能為入口流量控制,

2013-2017 年,Sentinel 在阿里巴巴集團內部迅速發展,成為基礎技術模塊,覆寫了所有的核心場景,Sentinel 也因此積累了大量的流量歸整場景以及生產實踐,

2018 年,Sentinel 開源,并持續演進,

2019 年,Sentinel 朝著多語言擴展的方向不斷探索,推出C++原生版本,同時針對 Service Mesh 場景也推出了Envoy 集群流量控制支持,以解決 Service Mesh 架構下多語言限流的問題,

2020 年,推出Sentinel Go 版本,繼續朝著云原生方向演進,

三、Sentinel 基本概念

1、資源

資源是 Sentinel 的關鍵概念,它可以是 Java 應用程式中的任何內容,例如,由應用程式提供的服務,或由應用程式呼叫的其它應用提供的服務,甚至可以是一段代碼,在接下來的檔案中,我們都會用資源來描述代碼塊,

只要通過 Sentinel API 定義的代碼,就是資源,能夠被 Sentinel 保護起來,大部分情況下,可以使用方法簽名,URL,甚至服務名稱作為資源名來標示資源,

2、規則

圍繞資源的實時狀態設定的規則,可以包括流量控制規則、熔斷降級規則以及系統保護規則,所有規則可以動態實時調整,

四、sentinel的優勢

  1. 友好的控制面板
  2. 支持實時監控
  3. 支持多種限流,比如QPS限流,執行緒數以及多種限流策略
  4. 支持多種降級模式,支持按平均回傳時間降級,按多種例外數降級,按例外比例降級等
  5. 方便擴展開發,支持SPI模式對chain進行擴展
  6. 支持鏈路的關聯,可以實作按鏈路統計限流,系統保護,熱門資源保護等等

五、Sentinel 功能和設計理念

1、什么是流量控制

流量控制在網路傳輸中是一個常用的概念,它用于調整網路包的發送資料,然而,從系統穩定性角度考慮,在處理請求的速度上,也有非常多的講究,任意時間到來的請求往往是隨機不可控的,而系統的處理能力是有限的,我們需要根據系統的處理能力對流量進行控制,Sentinel 作為一個調配器,可以根據需要把隨機的請求調整成合適的形狀,如下圖所示:

2、流量控制設計理念

流量控制有以下幾個角度:

  • 資源的呼叫關系,例如資源的呼叫鏈路,資源和資源之間的關系;
  • 運行指標,例如 QPS、執行緒池、系統負載等;
  • 控制的效果,例如直接限流、冷啟動、排隊等,

Sentinel 的設計理念是讓您自由選擇控制的角度,并進行靈活組合,從而達到想要的效果,

3、什么是熔斷降級

除了流量控制以外,及時對呼叫鏈路中的不穩定因素進行熔斷也是 Sentinel 的使命之一,由于呼叫關系的復雜性,如果呼叫鏈路中的某個資源出現了不穩定,可能會導致請求發生堆積,進而導致級聯錯誤,

Sentinel 和 Hystrix 的原則是一致的: 當檢測到呼叫鏈路中某個資源出現不穩定的表現,例如請求回應時間長或例外比例升高的時候,則對這個資源的呼叫進行限制,讓請求快速失敗,避免影響到其它的資源而導致級聯故障,

Hystrix源自Netflix API團隊于2011年開始的彈性工程作業,2012年Hystrix不斷發展和成熟,Netflix內的許多團隊都采用了它,如今,每天在Netflix執行數以千億計的執行緒隔離和數以千計的信號隔離呼叫,這大大的提高了運行時間和彈性,

4、熔斷降級設計理念

在限制的手段上,Sentinel 和 Hystrix 采取了完全不一樣的方法,

Hystrix 通過執行緒池隔離的方式,來對依賴(在 Sentinel 的概念中對應 資源)進行了隔離,這樣做的好處是資源和資源之間做到了最徹底的隔離,缺點是除了增加了執行緒切換的成本(過多的執行緒池導致執行緒數目過多),還需要預先給各個資源做執行緒池大小的分配,并且對于一些使用了 ThreadLocal 的場景來說會有問題(如 Spring 事務),

Sentinel 對這個問題采取了兩種手段:

(1)通過并發執行緒數進行限制

和資源池隔離的方法不同,Sentinel 通過限制資源并發執行緒的數量,來減少不穩定資源對其它資源的影響,這樣不但沒有執行緒切換的損耗,也不需要您預先分配執行緒池的大小,當某個資源出現不穩定的情況下,例如回應時間變長,對資源的直接影響就是會造成執行緒數的逐步堆積,當執行緒數在特定資源上堆積到一定的數量之后,對該資源的新請求就會被拒絕,堆積的執行緒完成任務后才開始繼續接收請求,

(2)針對慢呼叫和例外對資源進行降級

除了對并發執行緒數進行控制以外,Sentinel 還可以根據回應時間和例外等不穩定因素來快速對不穩定的呼叫進行熔斷,當依賴的資源出現回應時間過長后,所有對該資源的訪問都會被直接拒絕,直到過了指定的時間視窗之后才重新漸進式地恢復,

5、系統自適應保護

Sentinel 同時提供系統維度的自適應保護能力,防止雪崩,是系統防護中重要的一環,當系統負載較高的時候,如果還持續讓請求進入,可能會導致系統崩潰,無法回應,在集群環境下,網路負載均衡會把本應這臺機器承載的流量轉發到其它的機器上去,如果這個時候其它的機器也處在一個邊緣狀態的時候,這個增加的流量就會導致這臺機器也崩潰,最后導致整個集群不可用,

針對這個情況,Sentinel 提供了對應的保護機制,讓系統的入口流量和系統的負載達到一個平衡,保證系統在能力范圍之內處理最多的請求,

6、Sentinel 是如何作業的

Sentinel 的主要作業機制如下:

對主流框架提供適配或者顯示的 API,來定義需要保護的資源,并提供設施對資源進行實時統計和呼叫鏈路分析,

根據預設的規則,結合對資源的實時統計資訊,對流量進行控制,同時,Sentinel 提供開放的介面,方便您定義及改變規則,

Sentinel 提供實時的監控系統,方便您快速了解目前系統的狀態,

7、競品對比

六、SpringBoot整合sentinel

1、加入pom

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-nacos-config</artifactId>
    <version>0.2.1.RELEASE</version>
</dependency>

2、撰寫sentinel規則

@PostConstruct
public void initFlowRules(){
    //1.創建存放限流規則的集合
    List<FlowRule> rules = new ArrayList<>();
    //2.創建限流規則
    FlowRule rule = new FlowRule();
    //定義資源,表示sentinel會對這個資源生效
    rule.setResource("helloSentinel");
    //定義限流規則型別
    rule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS);
    //定義QPS每秒能通過的請求個數
    rule.setCount(2);
    //3.將限流規則放入集合中
    rules.add(rule);
    //4.加載限流規則
    FlowRuleManager.loadRules(rules);
}
@GetMapping("/helloSentinel")
public String hello(){
    try{
        Entry entry = SphU.entry("helloSentinel");
        return "helloSentinel success.";
    }catch (Exception e){
        log.error(e.getMessage());
        return "helloSentinel error";
    }
}

3、測驗

(1)頻率小于1秒兩次時,訪問成功

(2)頻率大于1秒兩次時,由于限流規則的設立,故失敗

七、springboot整合sentinel dashboard

1、安裝sentinel dashboard

(1)下載jar包

sentinel-1.7.1jar包下載鏈接

鏈接:https://pan.baidu.com/s/1reC7C4sOb4eu2_O3BPBcKg

提取碼:11gm

(2)啟動jar包

java -Dserver.port=9000 -jar sentinel-dashboard.jar

2、springboot整合sentinel dashboard

(1)引入pom

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-transport-simple-http</artifactId>
    <version>1.7.2</version>
</dependency>

(2)配置啟動類

-Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:9000 -Dproject.name=GooReeyProject

(3)通過呼叫介面,使其在dashboard顯示出來

3、用sentinel dashboard配置流控

(1)注釋掉代碼中的流控設定代碼

(2)用控制臺的配置取代代碼

八、sentinel中其它定義資源的方式

1、拋出例外的方式定義資源

@GetMapping("/helloSentinel")
public String hello(){
    try{
        Entry entry = SphU.entry("helloSentinel");
        return "helloSentinel success.";
    }catch (Exception e){
        log.error(e.getMessage());
        return "helloSentinel error";
    }
}

2、回傳布林值方式定義資源

代碼示例:

@GetMapping("/sentinelBoolean")
public boolean sentinelBoolean(){
    if(SphO.entry("sentinelBoolean")){
        try {
            log.info("sentinelBoolean success.");
            return true;
        }finally {
            SphO.exit();
        }
    }else{
        log.warn("sentinelBoolean error.");
        return false;
    }
}

3、sentinel支持異步呼叫鏈路的統計

在異步呼叫中,需要通過SphU.asynvEntry(xxx)方法定義資源,并通常需要在異步的回呼函式中呼叫exit()方法,

代碼撰寫:

(1)啟動類加入@EnableAsync注解

 
@EnableDiscoveryClient
@SpringBootApplication(scanBasePackages = "com.guor")
@MapperScan("com.guor.management.dao")
@RefreshScope
@EnableAsync
public class ManagementApplication {
 
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ManagementApplication.class, args);
    }
 
}

(2)業務層

@Async
@Override
public void sentinelAsync() {
    log.info("異步開始...");
    try {
        Thread.sleep(5000);
    }catch (InterruptedException e){
        log.error(e.getMessage());
    }
    log.info("異步完成...");
}

(3)控制層

@GetMapping("/sentinelAsync")
public void sentinelAsync(){
    AsyncEntry asyncEntry = null;
    try {
        asyncEntry = SphU.asyncEntry("sentinelAsync");
        userService.sentinelAsync();
        log.info("sentinelAsync success.");
    }catch (BlockException e){
        log.error("sentinelAsync error.");
    }finally {
        if(asyncEntry != null){
            asyncEntry.exit();
        }
    }
}

sentinel dashboard未定義時:

sentinel dashboard定義后:流控成功!

4、注解形式定義資源

(1)pom檔案

<dependency>
    <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
    <artifactId>sentinel-annotation-aspectj</artifactId>
    <version>1.7.2</version>
</dependency>

(2)配置類

package com.guor.management.config;
 
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import com.alibaba.csp.sentinel.annotation.aspectj.SentinelResourceAspect;
 
@Configuration
public class SentinelAspectConfig {
 
    @Bean
    public SentinelResourceAspect sentinelResourceAspect(){
        return new SentinelResourceAspect();
    }
}

(3)控制類

@SentinelResource(value = "sentinel_Annotation", blockHandler = "exceptionHandler")
@GetMapping("/annotation")
public String sentinelAnnotation(){
    return "sentinelAnnotation";
}
 
public String exceptionHandler(BlockException e){
    e.printStackTrace();
    return "系統繁忙,請稍后";
}

(4)定義流控規則

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