限流背景

在早期的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，限流技術(shù)（time limiting）被用做控制網(wǎng)絡(luò)接口收發(fā)通信數(shù)據(jù)的速率。可以用來(lái)優(yōu)化性能，減少延遲和提高帶寬等?，F(xiàn)在在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，也借鑒了這個(gè)概念，用來(lái)為服務(wù)控制請(qǐng)求的速率，如雙十一的限流，12306的搶票等。即使在細(xì)粒度的軟件架構(gòu)中，也有類似的概念。

系統(tǒng)在使用下游資源時(shí)，需要考慮下游對(duì)資源受限，處理能力，在下游資源無(wú)法或者短時(shí)間內(nèi)無(wú)法提升處理性能的情況下，可以使用限流器或者類似保護(hù)機(jī)制，避免下游服務(wù)崩潰造成整體服務(wù)的不可用。

限流相關(guān)概念

在介紹限流之前先介紹幾個(gè)容易混淆的概念，包括服務(wù)熔斷，服務(wù)降級(jí)，服務(wù)隔離。

服務(wù)熔斷

理解熔斷之前先了解另一個(gè)概念：微服務(wù)的雪崩效應(yīng)。因?yàn)槿蹟鄼C(jī)制通常是作為應(yīng)對(duì)雪崩效應(yīng)的一種微服務(wù)鏈路保護(hù)機(jī)制。

在微服務(wù)架構(gòu)中，一個(gè)微服務(wù)通常是完成一個(gè)單一業(yè)務(wù)功能的獨(dú)立應(yīng)用。這樣做的好處是各個(gè)業(yè)務(wù)功能之間最大可能的解耦，每個(gè)微服務(wù)可以獨(dú)立演進(jìn)。通常一個(gè)應(yīng)用可能會(huì)有很多個(gè)微服務(wù)組成，服務(wù)間通過(guò)RPC互相調(diào)用。假如有如下服務(wù)調(diào)用鏈路：

A，B依賴C去調(diào)用E，F(xiàn)。如果E服務(wù)不能正常提供服務(wù)了，C的超時(shí)重試機(jī)制將會(huì)執(zhí)行。同時(shí)新的調(diào)用不斷產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致C對(duì)E服務(wù)的調(diào)用大量的積壓，產(chǎn)生大量的調(diào)用等待和重試調(diào)用，慢慢會(huì)耗盡C的資源，比如內(nèi)存或CPU，同時(shí)影響C調(diào)F，最終整個(gè)應(yīng)用不可用。本例中由于鏈路上E的故障，對(duì)微服務(wù)A，B的調(diào)用就會(huì)占用越來(lái)越多的系統(tǒng)資源，進(jìn)而引起系統(tǒng)崩潰，即所謂的“雪崩效應(yīng)”。

熔斷機(jī)制是應(yīng)對(duì)雪崩效應(yīng)的一種微服務(wù)鏈路保護(hù)機(jī)制，生活中有很多熔斷的例子。比如電路中某個(gè)地方的電壓過(guò)高，熔斷器就會(huì)熔斷，對(duì)電路進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。股市里邊，如果股票指數(shù)漲跌幅過(guò)高，觸及設(shè)置的熔斷點(diǎn)后，隨后的一段時(shí)間內(nèi)將暫停交易。在微服務(wù)架構(gòu)中的熔斷機(jī)制作用類似。當(dāng)調(diào)用鏈路的某個(gè)微服務(wù)不可用，或者響應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，或者錯(cuò)誤次數(shù)達(dá)到某個(gè)閾值，會(huì)進(jìn)行服務(wù)熔斷，即快速返回響應(yīng)信息。當(dāng)檢測(cè)到該節(jié)點(diǎn)微服務(wù)調(diào)用響應(yīng)正常后，逐步恢復(fù)正常的調(diào)用鏈路。

服務(wù)降級(jí)

服務(wù)降級(jí)主要是指在服務(wù)器壓力陡增的情況下，根據(jù)某種策略對(duì)一些非核心服務(wù)或者頁(yè)面不做請(qǐng)求處理或者簡(jiǎn)單處理，或者限流某個(gè)服務(wù)，從而釋放服務(wù)器資源以保證核心業(yè)務(wù)正常運(yùn)作或高效運(yùn)作。比如京東618活動(dòng)時(shí)，把無(wú)關(guān)交易的服務(wù)降級(jí)，比如關(guān)閉某個(gè)服務(wù)，或者查看歷史訂單，商品歷史評(píng)論等非交易核心業(yè)務(wù)，只顯示最近100條等。

服務(wù)隔離

隔離是指服務(wù)或者資源隔離開。服務(wù)隔離能夠在服務(wù)發(fā)生故障時(shí)限定其影響范圍，保證其他服務(wù)還是可用的。資源隔離一般是指通過(guò)隔離來(lái)減少服務(wù)間資源競(jìng)爭(zhēng)。資源隔離的粒度有很多種，比如線程隔離，進(jìn)程隔離，機(jī)房隔離等。線程隔離即隔離線程池資源，不同服務(wù)的執(zhí)行使用不同的線程池。這樣做的好處是即使其中一個(gè)服務(wù)線程池滿了，也不會(huì)影響到其他的服務(wù)。比如下圖中Tomcat處理請(qǐng)求，對(duì)每個(gè)微服務(wù)，都分配一個(gè)線程池。

服務(wù)限流

服務(wù)限流是限制請(qǐng)求的數(shù)量，即某個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)的請(qǐng)求速率。一旦達(dá)到限制速率則可以拒絕服務(wù)（定向到錯(cuò)誤頁(yè)或告知系統(tǒng)忙），排隊(duì)等待（比如秒殺，用戶評(píng)論，下單），降級(jí)（返回兜底數(shù)據(jù)或默認(rèn)數(shù)據(jù)）。

比較

服務(wù)熔斷，服務(wù)降級(jí)都是從系統(tǒng)的可用性角度考慮，防止系統(tǒng)響應(yīng)延遲甚至崩潰而采用的技術(shù)性的系統(tǒng)保護(hù)手段。服務(wù)熔斷一般是由某個(gè)下游服務(wù)故障引起，而服務(wù)降級(jí)一般是從整體業(yè)務(wù)的負(fù)載情況考慮，目的是為了降低系統(tǒng)負(fù)載。限流則是對(duì)單位時(shí)間內(nèi)請(qǐng)求次數(shù)的限制。三者都是通過(guò)某種手段保證流量過(guò)載時(shí)系統(tǒng)的可用性。服務(wù)隔離則是讓不同的業(yè)務(wù)使用各自獨(dú)立的線程池資源，避免服務(wù)之間資源競(jìng)爭(zhēng)的影響。

常見的限流方法

常見的限流手段有如下這些。限制總的并發(fā)數(shù)（比如數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，線程池），限制瞬時(shí)并發(fā)數(shù)（如nginx的limit_conn模塊，用來(lái)限制瞬時(shí)并發(fā)連接數(shù)），限制某個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)的平均速率（RateLimiter，nginx的limit_req模塊）；此外還有限制RPC調(diào)用頻率，限制MQ的消費(fèi)速率等。

限流工具類RateLimiter

google開源工具包guava提供了限流工具類RateLimiter，該類基于“令牌桶算法”，非常方便使用。

RateLimiter 使用Demo：

import com.google.common.util.concurrent.RateLimiter;
public class RateLimiterDemo {
    public static void main(String[] args) {
//        testNoRateLimiter();
        testWithRateLimiter();
    }
    public static void testNoRateLimiter() {
        Long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("call execute.." + i);
        }
        Long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - start);
    }
    public static void testWithRateLimiter() {
        Long start = System.currentTimeMillis();
        RateLimiter limiter = RateLimiter.create(10.0); // 每秒不超過(guò)10個(gè)任務(wù)被提交
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            limiter.acquire(); // 請(qǐng)求RateLimiter, 超過(guò)permits會(huì)被阻塞
            System.out.println("call execute.." + i);
        }
        Long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(end - start);
    }
}

Guava版本

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     <groupId>com.google.guava</groupId>
     <artifactId>guava</artifactId>
     <version>18.0</version>
</dependency>

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!  

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