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构建高可用云原生应用，如何有效进行流量管理？

来源：博客园
摘要：对于那些希望使用华为云的云原生服务的人来说，这篇文章提供了很好的指导，让他们了解如何通过容错来保证他们的服务的可用性和稳定性。

本文分享自华为云社区《构建高可用云原生应用，如何有效进行流量管理？》，作者： breakDawn。

随着云原生的概念越来越火，服务的架构应该如何发展和演进，成为很多程序员关心的话题。大名鼎鼎的《深入理解java虚拟机》一书作者于21年推出了新作《凤凰架构》，从这本书中可以看到当前时下很多最新的技术或者理念。


(相关资料图)

因此本文以及后续都将持续沉淀发布这本书的学习笔记和思考，也欢迎购买该书进行详细学习，或者关注后续的学习笔记内容发布，了解精华内容和总结思考。

流量治理

1 服务容错

1.1 容错策略

文章中介绍了故障转移、快速失败、安全失败、沉默失败、故障恢复、并行调用、广播调用等几种容错策略，我用表格的形式直观呈现一下这几种策略的区别，方便理解和选型：

1.2 容错设计模式

1.断路器模式

即服务中发请求的地方都通过一个断路器模块来转发发送当10秒内请求数量达到20，且失败阈值达到50%以上（这些参数都可以调整）， 则认为出现问题， 于是主动进行服务熔断， 断路器收到的请求自动返回错误，不再去调用远程服务， 这样可避免请求线程各种阻塞，能及时返回报错。中间会保持有间隔的重试直到恢复后，关闭断路。

2.舱壁隔离模式

如果一个服务中，可能要同时调用A\B\C三个服务，但是却共用一个线程池。如果调用C服务超时，而调用C的请求源源不断打来，会造成C服务的请求线程全在阻塞，直接把整体线程池给占满了，影响了对A\B服务的调用。

一种隔离措施是对每个调用服务分别维护一个线程池。缺点是额外增加了排队、调度、上下文切换的开销，据说Hystrix线程池如果开启了服务隔离，会增加3~10ms的延迟。

另一种隔离措施是直接自己定义三个服务的计数器，当服务线程数量到达阈值，自动对这个服务调用做限流。

3.重试模式

故障转移和故障恢复这2个策略一般都是借助重试模式来处理的，进行重复调用。

重试模式应该满足以下条件才能使用：

  • 仅在主路核心逻辑的关键服务上进行同步的重试， 而非关键的服务
  • 只对瞬时故障进行重试，对于业务故障不进行重试
  • 只对幂等型的服务进行重试

重试模式应该有明确的终止条件，例如：

  • 超时终止
  • 次数终止

重试一定要谨慎开启， 有时候在网关、负载均衡器里也会配置一些默认的重试， 一旦链路很长且都有重试，那么系统中重试的次数将会大大增加。

2 流量控制

流量控制需要解决以下3个问题

  • 依据什么指标来限流
  • 如何限流
  • 超额流量如何处理

2.1 流量统计指标(依据什么指标来限流)

  • 每秒事务数TPS： 事务是业务逻辑上具有原子操作的业务操作，对于对买书接口而言， 买书就是一个事务， 背后的其他请求是不感知的。
  • 每秒请求数HPS： 就是系统每秒处理的请求数， 如果1事务中只有1个请求， 那么TPS=HPS， 否则HPS>TPS
  • 每秒查询书QPS： 是一台服务器能够响应的查询次数。 对于单节点系统而言，QPS=HPS，对于一个分布式系统而言HPS>TPS

通过限制最大TPS来限流的话，不能够准确反映出系统的压力， 因此主流系统倾向使用HPS作为首选的限流指标。

2.2 限流设计模式（如何限流）

流量计数器模式

统计每秒内的请求数是否大于阈值缺点：

  1. 每秒是基于1.0s-2.0这样的区间统计， 但如果是0.5-1.5 和1.5-2.5分别超出阈值，但是1.0-2.0没有超过阈值，则会出现问题。
  2. 每秒的请求超过阈值，也不代表系统就真的承受不住，导致五杀

滑动时间窗模式

滑动时间窗专门解决了流量计数器模式的缺点。准备一个长度为10的数组，每秒触发1次的定时器。

  1. 将数组最后一位的元素丢弃，并把所有元素都后移一位，然后在数组的第一位插入一个新的空元素；
  2. 将计数器中所有的统计信息写入第一位的空元素；
  3. 对数组中所有元素做统计，清空计数器数据。可以保证在任意时间片段内，只通过简单的调用计数比较， 控制请求次数不超过阈值

缺点在于只能用于否决式限流， 必须强制失败或者降级，无法进行阻塞等待的处理。

漏桶模式

漏桶和令牌桶可以适用于阻塞等待的限流。漏桶就是一个以请求对象作为元素的先入先出队， 队列程度等于漏桶大小，当队列已满拒绝信的请求进入。比较困难的原因在于很难确定通的大小和水的流出速度，调参难度很大。

令牌桶模式

每隔一定时间，往桶里放入令牌，最多可以放X个，每次请求消耗掉一个。

可以不依赖定时器实现令牌的放入，而是根据时间戳，在取令牌的时候当发现时间戳满足条件则在那个时候放入令牌即可

2.3 分布式限流

前面的4个限流模式都只是单机限流，经常放在网关入口处，不适用于整个服务集群的复杂情况，例如有的服务消耗多有的服务消耗少，都放在入口处限流情况其实很多。

可以基于令牌桶的基础上，在入口网关处给不同服务加不同的消耗令牌权重，达到分布式集群限流的目的

总结

流量治理技术对云原生场景的重要性

以上主要介绍了服务容错和容错设计模式，涉及到不同的容错策略和容错设计模式，如故障转移、快速失败、安全失败、沉默失败、故障恢复、并行调用和广播调用。

这2个设计可以保证系统的稳定性和健壮性。这篇文章涉及的话题与云原生服务息息相关，因为云原生应用程序之间会频繁通过进行请求和交互，需要通过容错和弹性来保证高可用性。

因此，对于那些希望使用华为云的云原生服务的人来说，这篇文章提供了很好的指导，让他们了解如何通过容错来保证他们的服务的可用性和稳定性。

华为云如何在流量治理中体现作用

如果能通过将服务API注册到华为云提供的APIG网关上，似乎能够很方便地达成上述2个设计。

比如APIG支持断路器策略，是API网关在后端服务出现性能问题时保护系统的内置机制。当API的后端服务出现连续N次超时或者时延较高的情况下，会触发断路器的降级机制，向API调用方返回固定错误或者将请求转发到指定的降级后端。当后端服务恢复正常后，断路器关闭，请求恢复正常。APIG-断路器策略

同时APIG还提供了流量控制策略，支持从用户、凭据和时间段等不同的维度限制对API的调用次数，保护后端服务。支持按分/按秒粒度级别的流量控制，阅读了上文中提到的几个流量策略，再去看APIG里配置的流量策略值，则会很容易理解。APIG-流量控制策略

可以看到对于这些常见的经典服务设计策略，无需再重复造轮子，使用已有云服务，可以很快地实现相关功能，提升产品的上线速度和迭代效率。

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