Sentinel 限流利器（功能以及源码解析）

Sentinel简介

Sentinel是阿里开源的一款面向分布式、多语言异构化服务架构的流量治理组件。

主要以流量为切入点，从流量路由、流量控制、流量整形、熔断降级、系统自适应过载保护、热点流量防护等多个维度来帮助开发者保障微服务的稳定性。

核心概念

资源
资源是Sentinel中一个非常重要的概念，资源就是Sentinel所保护的对象。

资源可以是一段代码，又或者是一个接口，Sentinel中并没有什么强制规定，但是实际项目中一般以一个接口为一个资源，比如说一个http接口，又或者是rpc接口，它们就是资源，可以被保护。

资源是通过Sentinel的API定义的，每个资源都有一个对应的名称，比如对于一个http接口资源来说，Sentinel默认的资源名称就是请求路径。

规则
规则也是一个重要的概念，规则其实比较好理解，比如说要对一个资源进行限流，那么限流的条件就是规则，后面在限流的时候会基于这个规则来判定是否需要限流。

Sentinel的规则分为流量控制规则、熔断降级规则以及系统保护规则，不同的规则实现的效果不一样。

Demo

1、基本使用
引入依赖

<dependency><groupId>com.alibaba.csp</groupId><artifactId>sentinel-core</artifactId><version>1.8.6</version>
</dependency>

测试代码

public class SentinelSimpleDemo {public static void main(String[] args) {//加载流控规则initFlowRules();for (int i = 0; i < 5; i++) {Entry entry = null;try {entry = SphU.entry("sayHello");//被保护的逻辑System.out.println("访问sayHello资源");} catch (BlockException ex) {System.out.println("被流量控制了，可以进行降级处理");} finally {if (entry != null) {entry.exit();}}}}private static void initFlowRules() {List<FlowRule> rules = new ArrayList<>();//创建一个流控规则FlowRule rule = new FlowRule();//对sayHello这个资源限流rule.setResource("sayHello");//基于qps限流rule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS);//qps最大为2，超过2就要被限流rule.setCount(2);rules.add(rule);//设置规则FlowRuleManager.loadRules(rules);}}

initFlowRules方法就是加载一个限流的规则，这个规则作用于sayHello这个资源，基于qps限流，当qps超过2之后就会触发限流。

SphU.entry(“sayHello”)这行代码是Sentinel最最核心的源码。这行代码表明接下来需要访问某个资源（参数就是资源名称），会去检查需要被访问的资源是否达到设置的流控、熔断等规则。对于demo来说，就是检查sayHello这个资源是否达到了设置的流量控制规则。

catch BlockException也很重要，当抛出BlockException这个异常，说明触发了一些设置的保护规则，比如限流了，这里面就可以进行降级操作。

System.out.println(“访问sayHello资源”)这行代码表面是一个打印语句，实则就是前面一直在说的需要被保护的资源。

上面这段代码的整体意思就是对sayHello这个需要访问的资源设置了一个流控规则，规则的内容是当qps到达2的时候触发限流，之后循环5次访问sayHello这个资源，在访问之前通过SphU.entry(“sayHello”)这行代码进行限流规则的检查，如果达到了限流的规则的条件，会抛出BlockException。

测试结果
在这里插入图片描述

从结果可以看出，当前两次访问sayHello成功之后，qps达到了2，之后再访问就被限流了，失败了。

2、集成Spring
在实际的项目使用中一般不会直接写上面的那段demo代码，而是集成到Spring环境底下。

引入依赖

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId><version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency><groupId>com.alibaba.cloud</groupId><artifactId>spring-cloud-starter-alibaba-sentinel</artifactId><version>2.2.5.RELEASE</version>
</dependency>

之后提供一个/sayHello接口

@RestController
public class SentinelDemoController {@GetMapping("/sayHello")public String sayHello() throws InterruptedException {return "hello";}}

配置文件

server:port: 9527spring:application:name: SentinelDemo

前面在说资源概念的时候，提到Sentinel中默认一个http接口就是一个资源，并且资源的名称就是接口的请求路径。

Sentinel实现了SpringMVC中的HandlerInterceptor接口，在调用Controller接口之前，会将一个调用接口设置为一个资源，代码如下

在这里插入图片描述

而getResourceName方法就是获取资源名，其实就是接口的请求路径，比如前面提供的接口路径是/sayHello，那么资源名就是/sayHello。

再后面的代码就是调用上面demo中提到的SphU.entry(…)方法，检查被调用的资源是否达到了设置的规则。

既然资源默认是接口，已经有了，那么规则呢？

规则当然可以按照第一个demo的方式来做，比如在Controller接口中加载，代码如下。

@RestController
public class SentinelDemoController {static {List<FlowRule> rules = new ArrayList<>();//创建一个流控规则FlowRule rule = new FlowRule();//对/sayHello这个资源限流rule.setResource("/sayHello");//基于qps限流rule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS);//qps最大为2，超过2就要被限流rule.setCount(2);rules.add(rule);//设置规则FlowRuleManager.loadRules(rules);}@GetMapping("/sayHello")public String sayHello() throws InterruptedException {return "hello";}}

此时启动项目，在浏览器输入以下链接

http://localhost:9527/sayHello

疯狂快速使劲地多点几次，就出现下面这种情况
在这里插入图片描述

可以看出规则生效了，接口被Sentinel限流了，至于为什么出现这个提示，是因为Sentinel有默认的处理BlockException的机制，就在前面提到的进入资源的后面。
在这里插入图片描述

当然，你也可以自定义处理的逻辑，实现BlockExceptionHandler接口就可以了。

虽然上面这种硬编码规则的方式可以使用，但是在实际的项目中，肯定希望能够基于系统当期那运行的状态来动态调整规则，所以Sentinel提供了一个叫Dashboard应用的控制台，可以通过控制台来动态修改规则。
在这里插入图片描述

控制台其实就是一个jar包，可以从Sentinel的github仓库上下载

之后通过java -jar命令启动就可以了，端口默认8080，浏览器访问http://ip:8080/#/login就可以登录控制台了，用户名和密码默认都是sentinel。

此时服务要接入控制台，只需要在配置文件上加上控制台的ip和端口即可

spring:cloud:sentinel:transport:# 指定控制台的ip和端口dashboard: localhost:8080

项目刚启动的时候控制台默认是没有数据的，需要访问一下接口，之后就有了。
在这里插入图片描述

之后就可以看到/sayHello这个资源，后面就可以通过页面设置规则。

核心原理

Sentinel会为每个资源创建一个处理链条，就是一个责任链，第一次访问这个资源的时候创建，之后就一直复用，所以这个处理链条每个资源有且只有一个。

SphU.entry(…)这行代码背后就会调用责任链来完成对资源的检查逻辑。

这个责任链条中每个处理节点被称为ProcessorSlot，中文意思就是处理器槽
在这里插入图片描述

这个ProcessorSlot有很多实现，但是Sentinel的核心就下面这8个：

NodeSelectorSlot
ClusterBuilderSlot
LogSlot
StatisticSlot
AuthoritySlot
SystemSlot
FlowSlot
DegradeSlot

这些实现会通过SPI机制加载，然后按照一定的顺序组成一个责任链。

默认情况下，节点是按照如下的顺序进行排序的
在这里插入图片描述

虽然默认就8个，但是如果你想扩展，只要实现ProcessorSlot，按照SPI的规定配置一下就行。

1、NodeSelectorSlot
这个节点的作用是来设置当前资源对应的入口的统计Node。

首先什么是统计Node？

比如就拿上面的例子来说，当/sayHello这个资源的qps超过2的时候，要触发限流。

但是有个疑问，Sentinel是怎么知道/sayHello这个资源的qps是否达到2呢？

当然是需要进行数据统计的，只有通过统计，才知道qps是否达到2，这个进行数据统计的类在Sentinel中叫做Node。

在这里插入图片描述

通过Node这个统计的类就知道有多少请求，成功多少个，失败多少个，qps是多少之类的。底层其实是使用到了滑动窗口算法。

那么什么叫对应的入口？

在Sentinel中，支持同一个资源有不同的访问入口。

举个例子，这个例子后面会反复提到。

假设把杭州看做是服务，西湖看做是一个资源，到达西湖有两种方式，地铁和公交。
在这里插入图片描述

所以要想访问西湖这个资源，就可以通过公交和地铁两种方式，而公交和地铁就对应前面说的入口的意思。

只不过一般一个资源就一个入口，比如一个http接口一般只能通过http访问，但是Sentinel支持多入口，你可以不用，但是Sentinel有。

所以NodeSelectorSlot的作用就是选择资源在当前调用入口的统计Node，这样就实现了统计同一个资源在不同入口访问数据，用上面的例子解释，就可以实现分别统计通过公交和地铁访问西湖的人数。

资源的入口可以在进入资源之前通过ContextUtil.enter(“入口名”, origin)来指定，如果不指定，那么入口名称默认就是sentinel_default_context。

在SpringMVC环境底下，所有的http接口资源，默认的入口都是sentinel_spring_web_context
在这里插入图片描述

入口名称也可以通过控制台看到
在这里插入图片描述

2、ClusterBuilderSlot
ClusterBuilderSlot的作用跟NodeSelectorSlot其实是差不多的，也是用来选择统计Node，但是选择的Node的统计维护跟NodeSelectorSlot不一样。

ClusterBuilderSlot会选择两个统计Node：

第一个统计Node是资源的所有入口的统计数据之和，就是资源访问的总数据
第二个统计Node就是统计资源调用者对资源访问数据

资源调用者很好理解，比如一个http接口资源肯定会被调用，那么调用这个接口的服务或者应用其实就是资源的调用者，但是一般资源的调用者就是指某个服务。

一个接口可以被很多服务调用，所以一个资源可以很多调用者，而不同调用者都会有单独的一个统计Node，用来分别统计不同调用者对资源的访问数据。

举个例子，现在访问西湖这个资源的人来自上海，那么就会为上海创建一个统计Node，用来统计所有来自上海的人数，如果是北京，那么就会为北京创建一个统计Node。

那么如何知道访问资源来自哪个服务（调用者）呢？

也是通过ContextUtil.enter(“入口名”, origin)来指定，这个方法的第二个参数origin就是代表服务名的意思，默认是空。

所以ContextUtil.enter(…)可以同时指定资源的入口和调用者，一个资源一定有入口，因为不指定入口默认就是sentinel_default_context，但是调用者不指定就会没有。

对于一个http请求来说，Sentinel默认服务名需要放到S-user这个请求头中，所以如果你想知道接口的调用服务，需要在调用方发送请求的时候将服务名设置到S-user请求头中。

当资源所在的服务接收到请求时，Sentinel就会从S-user请求头获取到服务名，之后再通过ContextUtil.enter(“入口名”, “调用者名”)来设置当前资源的调用者
在这里插入图片描述
一个资源其实有三种维度的统计Node：

分别统计不同入口的访问数据
统计所有入口访问数据之和
分别统计来自某个服务的访问数据

不同入口的访问数据就叫他DefaultNode，统计所有入口访问数据之和就叫他ClusterNode，来自某个服务的访问数据就叫他OriginNode。

在这里插入图片描述

3、LogSlot
这个Slot没什么好说的，通过名字可以看出来，其实就是用来打印日志的。
在这里插入图片描述

当发生异常，就会打印日志。

4、StatisticSlot
这个Slot就比较重要了，就是用来统计数据的。

前面说的NodeSelectorSlot和ClusterBuilderSlot，他们的作用就是根据资源当前的入口和调用来源来选择对应的统计Node。

而StatisticSlot就是对这些统计Node进行实际的统计，比如加一下资源的访问线程数，资源的请求数量等等。
在这里插入图片描述

前几个Slot其实都是准备、统计的作用，并没有涉及限流降级之类的，他们是为限流降级提供数据支持的。

5、AuthoritySlot
Authority是授权的意思，这个Slot的作用是对资源调用者进行授权，就是黑白名单控制。

可以通过控制台来添加授权规则。
在这里插入图片描述

在AuthoritySlot中会去获取资源的调用者，之后会跟授权规则中的资源应用这个选项进行匹配，之后就会出现有以下2种情况：

授权类型是黑名单，匹配上了，说明在黑名单内，那么这个服务就不能访问这个资源，没匹配上就可以访问

授权类型是白名单。匹配上了，说明在白名单内，那么这个服务就可以访问这个资源，没匹配上就不可以访问

6、SystemSlot
这个的作用是根据整个系统运行的统计数据来限流的，防止当前系统负载过高。

它支持入口qps、线程数、响应时间、cpu使用率、负载5个限流的维度。
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对于系统的入口qps、线程数、平均响应时间这些指标，也会有一个统计Node专门去统计，所以这个统计Node的作用就好比会去统计所有访问西湖的人数，统计也在StatisticSlot代码中。
在这里插入图片描述

至于cpu使用率、负载指标，Sentinel会启动一个定时任务，每隔1s会去读取一次当前系统的cpu和负载。

7、FlowSlot
这个Slot会根据预设的规则，结合前面的统计出来的实时信息进行流量控制。

在说FlowSlot之前，先来用之前画的那张图回顾一下一个资源的三种统计维度
在这里插入图片描述
限流规则配置项比较多

针对来源，来源就是前面说的调用方，这个配置表明，这个规则适用于哪个调用方，默认是default，就是指规则适用于所有调用方，如果指定了调用方，那么这个规则仅仅对指定的调用方生效。