Spring Cloud 组件原理系列（二）Hystrix篇

1. Hystrix 简介

Hystrix 是 Netflix 开源的一款容错系统，能帮助使用者码出具备强大的容错能力和鲁棒性的程序。Hystrix 具备拥有回退机制和断路器功能的线程和信号隔离，请求缓存和请求打包（request collapsing，即自动批处理，译者注），以及监控和配置等功能。

Hystrix 源于 Netflix API 团队在 2011 年启动的弹性工程工作，而目前它在 Netflix 每天处理着数百亿的隔离线程以及数千亿的隔离信号调用。Hystrix 是基于 Apache License 2.0 协议的开源的程序库，目前托管在 GitHub 上。

为什么用Hystrix？什么情况下用？

分布式系统中，或者说微服务，各个系统错综复杂，一个系统依赖的服务比较多，而且会有多级依赖。当其中某一个服务出现问题，在高并发的情况下都有可能导致整个系统的瘫痪，蝴蝶效应在这里表现明显。

也许你会问为什么会这样？如上图，假如服务I出现较严重延迟，这时上层应用访问量tps比较大时， 首先上层应用资源会被占满，并且一般网络请求（http/rpc）都有重试机制，服务I的压力会更大，严重时则会导致应用宕机。

2. Hystrix 设计理念

在复杂的分布式系统中通常有很多依赖，如果一个应用不能对来自依赖故障进行隔离，那么应用本身就处于被拖垮的风险中。在一个高流量的网站中，某一个单一后端一旦发生延迟，将会在数秒内导致所有的应用资源被耗尽，这也就是我们常说的雪崩效应。

比如在电商系统的下单业务中，在订单服务创建订单后同步调用库存服务进行库存的扣减，假如库存服务出现了故障，那么会导致下单请求线程会被阻塞，当有大量的下单请求时，则会占满应用连接数从而导致订单服务无法对外提供服务。

容错设计的理念

• 凡是依赖都有可能会失败。
• 凡是资源都有限制，比如 CPU、Memory、Threads、Queue。
• 网络并不可靠，可能存在网络抖动等其他问题。
• 延迟是应用稳定的杀手，延迟会占据大量的资源。

容错限流的手段

• 限流：限制最大并发数。
• 熔断：错误数达到阈值时，类似于保险丝熔断。
• 隔离：隔离不同的依赖调用。
• 服务降级：资源不足时进行服务降级。
• 主动超时：在调用依赖时尽快的超时，可以设置比较短的超时时间，防止长时间的等待。

3. Hystrix 核心概念

Hystrix是Netflix公司开源的一款容错框架。 它可以完成以下几件事情：

• 熔断器：当请求失败率达到一定的阈值时，会打开断路器开关，直接拒绝后续的请求，并且具有弹性机制，在后端服务恢复后，会自动关闭断路器开关。
• 资源隔离：包括线程池隔离和信号量隔离，避免某个依赖出现问题会影响到其他依赖。
• 降级回退：当断路器开关被打开，服务调用超时/异常，或者资源不足（线程、信号量）会进入指定的fallback降级方法。
• 请求合并：可以实现将一段时间内的请求合并，然后只对后端服务发送一次请求。
• 请求结果缓存：hystrix实现了一个内部缓存机制，可以将请求结果进行缓存，那么对于相同的请求则会直接走缓存而不用请求后端服务。

3.1. 熔断器

断路器工作原理如下：

Hystrix 是基于滚筒式来处理，每一秒会产生一个 buckets，每产生一个新的 buckets 就会移除一个最老的 buckets，默认是 10 秒一个窗口。buckets 在内存中就是一种数据结构，每个 buckets 会记录 Metrics 的相关数据，比如 成功、失败、超时、拒绝。

当一个 HystrixCommand 进来后，会先通过 allowRequest() 方法判断是否允许通过该次请求，allowRequest() 方法会通过 isOpen 判断断路器是否打开。断路器关闭，则允许通过该次请求；断路器打开，则会判断是否过了睡眠周期。没有过睡眠周期则返回 false，拒绝通过该次请求，过了睡眠周期则会尝试放行。

isOpen() 方法会按照 (failure) / (success+failure) 公式计算出失败率，如果失败率大于阈值，则会触发熔断。公式中的成功、失败的数据就来源于每10秒中一个窗口的滚筒数据。对于一个依赖调用，要么调用成功，要么调用失败（包括异常、超时、拒绝），这些调用结果都会记录到 buckets 中。对于调用成功结果来说，还会判断断路器开关是否打开，如果是打开状态的话，则会关闭断路器并重置相关的计数器。

线路的开路闭路详细逻辑如下：

1. 假设线路内的容量（请求QPS）达到一定阈值（通过HystrixCommandProperties.circuitBreakerRequestVolumeThreshold()配置）
2. 同时，假设线路内的错误率达到一定阈值（通过HystrixCommandProperties.circuitBreakerErrorThresholdPercentage()配置）
3. 熔断器将从『闭路』转换成『开路』
4. 若此时是『开路』状态，熔断器将短路后续所有经过该熔断器的请求，这些请求直接走『失败回退逻辑』
5. 经过一定时间（即『休眠窗口』，通过HystrixCommandProperties.circuitBreakerSleepWindowInMilliseconds()配置），后续第一个请求将会被允许通过熔断器（此时熔断器处于『半开』状态），若该请求失败，熔断器将又进入『开路』状态，且在休眠窗口内保持此状态；若该请求成功，熔断器将进入『闭路』状态，回到逻辑1循环往复。

3.2. 资源隔离

资源隔离的思想参考上述的舱壁隔离模式，在 hystrix 中提供了两种资源隔离策略：线程池