golang熔斷器如何實現

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熔斷器像是一個保險絲。當我們依賴的服務出現問題時，可以及時容錯。一方面可以減少依賴服務對自身訪問的依賴，防止出現雪崩效應；另一方面降低請求頻率以方便上游盡快恢復服務。

熔斷器的應用也非常廣泛。除了在我們應用中，為了請求服務時使用熔斷器外，在 web 網關、微服務中，也有非常廣泛的應用。

1.熔斷器的模式

gobreaker 是基于《微軟云設計模式》一書中的熔斷器模式的 Golang 實現。有 sony 公司開源，目前 star 數有 1.2K。使用人數較多。

下面是模式定義的一個狀態機：

熔斷器有三種狀態，四種狀態轉移的情況：

• 熔斷器關閉狀態，服務正常訪問

• 熔斷器開啟狀態，服務異常

• 熔斷器半開狀態，部分請求限流訪問

四種狀態轉移：

• 在熔斷器關閉狀態下，當失敗后并滿足一定條件后，將直接轉移為熔斷器開啟狀態。

• 在熔斷器開啟狀態下，如果過了規定的時間，將進入半開啟狀態，驗證目前服務是否可用。

• 在熔斷器半開啟狀態下，如果出現失敗，則再次進入關閉狀態。

• 在熔斷器半開啟后，所有請求（有限額）都是成功的，則熔斷器關閉。所有請求將正常訪問。

2.gobreaker 的實現

gobreaker 是在上述狀態機的基礎上，實現的一個熔斷器。

2.1熔斷器的定義

type CircuitBreaker struct {  
  name          string  
  maxRequests   uint32  // 最大請求數 （半開啟狀態會限流）  
  interval      time.Duration   // 統計周期  
  timeout       time.Duration   // 進入熔斷后的超時時間  
  readyToTrip   func(counts Counts) bool // 通過 Counts 判斷是否開啟熔斷。需要自定義  
  onStateChange func(name string, from State, to State) // 狀態修改時的鉤子函數  

  mutex      sync.Mutex // 互斥鎖，下面數據的更新都需要加鎖  
  state      State  // 記錄了當前的狀態  
  generation uint64 // 標記屬于哪個周期  
  counts     Counts // 計數器，統計了 成功、失敗、連續成功、連續失敗等，用于決策是否進入熔斷  
  expiry     time.Time // 進入下個周期的時間  
}

其中，如下參數是我們可以自定義的：

• MaxRequests：最大請求數。當在最大請求數下，均請求正常的情況下，會關閉熔斷器

• interval：一個正常的統計周期。如果為 0，那每次都會將計數清零

• timeout: 進入熔斷后，可以再次請求的時間

• readyToTrip：判斷熔斷生效的鉤子函數

• onStateChagne：狀態變更的鉤子函數

2.2請求的執行

熔斷器的執行操作，主要包括三個階段；①請求之前的判定；②服務的請求執行；③請求后的狀態和計數的更新

// 熔斷器的調用  
func (cb *CircuitBreaker) Execute(req func() (interface{}, error)) (interface{}, error) {  

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

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

  // ② 請求和執行  
  result, err := req()  

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

2.3請求之前的判定操作

請求之前，會判斷當前熔斷器的狀態。如果熔斷器以開啟，則不會繼續請求。如果熔斷器半開，并且已達到最大請求閾值，也不會繼續請求。

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

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

  if state == StateOpen { // 熔斷器開啟，直接返回  
    return generation, ErrOpenState  
  } else if state == StateHalfOpen && cb.counts.Requests >= cb.maxRequests { // 如果是半打開的狀態，并且請求次數過多了，則直接返回  
    return generation, ErrTooManyRequests  
  }  

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

其中當前狀態的計算，是依據當前狀態來的。如果當前狀態為已開啟，則判斷是否已經超時，超時就可以變更狀態到半開；如果當前狀態為關閉狀態，則通過周期判斷是否進入下一個周期。

func (cb *CircuitBreaker) currentState(now time.Time) (State, uint64) {  
  switch cb.state {  
  case StateClosed:  
    if !cb.expiry.IsZero() && cb.expiry.Before(now) { // 是否需要進入下一個計數周期  
      cb.toNewGeneration(now)  
    }  
  case StateOpen:  
    if cb.expiry.Before(now) {  
      // 熔斷器由開啟變更為半開  
      cb.setState(StateHalfOpen, now)  
    }  
  }  
  return cb.state, cb.generation  
}

周期長度的設定，也是以據當前狀態來的。如果當前正常（熔斷器關閉），則設置為一個 interval 的周期；如果當前熔斷器是開啟狀態，則設置為超時時間（超時后，才能變更為半開狀態）。

2.4請求之后的處理操作

每次請求之后，會通過請求結果是否成功，對熔斷器做計數。

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

  now := time.Now()  

  // 如果不在一個周期，就不再計數  
  state, generation := cb.currentState(now)  
  if generation != before {  
    return  
  }  

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

如果在半開的狀態下：

如果請求成功，則會判斷當前連續成功的請求數 大于等于 maxRequests， 則可以把狀態由半開狀態轉移為關閉狀態
如果在半開狀態下，請求失敗，則會直接將半開狀態轉移為開啟狀態
如果在關閉狀態下：

如果請求成功，則計數更新
如果請求失敗，則調用 readyToTrip 判斷是否需要將狀態關閉狀態轉移為開啟狀態

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