深入淺析Node.js中的斷路器機制

這篇文章帶大家了解一下Node.js中的斷路器機制，希望對大家有幫助！

架構演進帶來的問題

當我們使用傳統的CS 架構時，服務端會因為故障等原因而阻塞，可能會導致客戶端的請求失去回應，進而在一段時間後導致一批用戶無法獲得服務。而這種情況可能影響範圍是有限，可以預估的。

然而，在微服務體系下，您的伺服器可能依賴了若干其他微服務，而這些微服務又依賴其它更多的微服務，這種情況下，某個服務對於下游的堵塞，可能會瞬間（數秒內）因為級聯的資源消耗造成整條鏈路上災難性的後果，我們稱之為「服務血崩」。 【推薦學習：《nodejs 教學》】

#解決問題的幾種方式

• 熔斷模式：顧名思義，就如同家用電路一樣，如果一條線路電壓過高，保險絲就會熔斷，防止火災。在使用熔斷模式的系統中，如果發現上游服務調用慢，或者有大量超時的時候，直接中止對於該服務的調用，直接返回訊息，快速釋放資源。直至上游服務好轉時再恢復呼叫。

• 隔離模式：將不同的資源或服務的呼叫分割成幾個不同的請求池，一個池子的資源被耗盡並不會影響其它資源的請求，防止某個單點的故障消耗完全部的資源。這是非常傳統的一種容災設計。
• 限流模式：熔斷和隔離都是一種事後處置的方式，限流模式則可以在問題出現之前降低問題出現的機率。限流模式可以對某些服務的請求設定一個最高的 QPS 閾值，超出閾值的請求直接返回，不再佔用資源處理。但是限流模式，並不能解決服務血崩的問題，因為往往會造成血崩並不是因為請求的數量大，而是因為多個級聯層數的放大。

斷路器的機制和實作

斷路器的存在，相當於給了我們一層保障，在呼叫穩定性欠佳，或者說很可能會呼叫失敗的服務和資源時，斷路器可以監視這些錯誤並且在達到一定閾值之後讓請求失敗，防止過度消耗資源。並且，斷路器還擁有自動識別服務狀態並恢復的功能，當上游服務恢復正常時，斷路器可以自動判斷並恢復正常請求。

讓我們來看看一個沒有斷路器的請求過程： 使用者依賴ServiceA 來提供服務，ServiceA 又依賴ServiceB 提供的服務，假設ServiceB 此時出現了故障，在10 分鐘內，對於每個請求都會延遲10 秒響應。

那麼假設我們有N 個User 在請求ServiceA 的服務時，幾秒鐘內，ServiceA 的資源就會因為對ServiceB 發起的請求被掛起而消耗一空，從而拒絕User 之後的任何請求。對使用者來說，這就等於 ServiceA 和 ServiceB 同時都出現了故障，造成了整個服務連結的崩潰。

而當我們在 ServiceA 上裝上一個斷路器後會怎麼樣呢？

• 斷路器在失敗次數達到一定閾值後會發現對ServiceB 的請求已經無效，那麼此時ServiceA 就不需要繼續對ServiceB 進行請求，而是直接傳回失敗，或者使用其他Fallback 的備份資料。此時，斷路器處於 開路 狀態。

• 在一段時間過後，斷路器會開始定時查詢 ServiceB 是否已經恢復，此時，斷路器處於 半開 狀態。

• 如果 ServiceB 已經恢復，那麼斷路器會置於 關閉 狀態，此時 ServiceA 會正常呼叫 ServiceB 並且傳回結果。

斷路器的狀態圖如下：

由此可見，斷路器的幾個核心要點如下：

• 逾時時間：請求達到多久，算引起了一次失敗

• 失敗閾值：即斷路器觸發開路之前，需要達到的失敗次數

• 重試逾時：當斷路器處於開路狀態後，隔多久開始重新嘗試請求，即進入半開狀態

有了這些知識，我們可以嘗試建立一個斷路器：

class CircuitBreaker {
  constructor(timeout, failureThreshold, retryTimePeriod) {
    // We start in a closed state hoping that everything is fine
    this.state = 'CLOSED';
    // Number of failures we receive from the depended service before we change the state to 'OPEN'
    this.failureThreshold = failureThreshold;
    // Timeout for the API request.
    this.timeout = timeout;
    // Time period after which a fresh request be made to the dependent
    // service to check if service is up.
    this.retryTimePeriod = retryTimePeriod;
    this.lastFailureTime = null;
    this.failureCount = 0;
  }
}

建構斷路器的狀態機：

async call(urlToCall) {
    // Determine the current state of the circuit.
    this.setState();
    switch (this.state) {
      case 'OPEN':
      // return  cached response if no the circuit is in OPEN state
        return { data: 'this is stale response' };
      // Make the API request if the circuit is not OPEN
      case 'HALF-OPEN':
      case 'CLOSED':
        try {
          const response = await axios({
            url: urlToCall,
            timeout: this.timeout,
            method: 'get',
          });
          // Yay!! the API responded fine. Lets reset everything.
          this.reset();
          return response;
        } catch (err) {
          // Uh-oh!! the call still failed. Lets update that in our records.
          this.recordFailure();
          throw new Error(err);
        }
      default:
        console.log('This state should never be reached');
        return 'unexpected state in the state machine';
    }
  }

補充剩餘功能：

// reset all the parameters to the initial state when circuit is initialized
  reset() {
    this.failureCount = 0;
    this.lastFailureTime = null;
    this.state = 'CLOSED';
  }

  // Set the current state of our circuit breaker.
  setState() {
    if (this.failureCount > this.failureThreshold) {
      if ((Date.now() - this.lastFailureTime) > this.retryTimePeriod) {
        this.state = 'HALF-OPEN';
      } else {
        this.state = 'OPEN';
      }
    } else {
      this.state = 'CLOSED';
    }
  }

  recordFailure() {
    this.failureCount += 1;
    this.lastFailureTime = Date.now();
  }

使用斷路器時，只需要將請求包裹在斷路器實例中的Call 方法裡呼叫即可：

...
const circuitBreaker = new CircuitBreaker(3000, 5, 2000);

const response = await circuitBreaker.call('http://0.0.0.0:8000/flakycall');

成熟的Node.js 斷路器庫

Red Hat 很早就創建了一個名叫Opossum 的成熟Node.js 斷路器實現，連結在此：Opossum 。對於分散式系統來說，使用這個函式庫可以極大地提升你的服務的容錯能力，從根本上解決服務血崩的問題。

原文網址：https://juejin.cn/post/7019217344601948173

作者：ES2049 / 尋找奇點

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