這是圍繞 Sentinel 的使用場景、技術(shù)對比和實(shí)現(xiàn)、開發(fā)者實(shí)踐等維度推出的系列文章的第三篇。
第一篇回顧：
Dubbo 的流量防衛(wèi)兵 | Sentinel如何通過限流實(shí)現(xiàn)服務(wù)的高可用性 - 傳送門
第二篇回顧：
RocketMQ 的保險(xiǎn)絲| Sentinel 如何通過勻速請求和冷啟動來保障服務(wù)的穩(wěn)定性 - 傳送門
Sentinel 是阿里中間件團(tuán)隊(duì)研發(fā)的面向分布式服務(wù)架構(gòu)的輕量級高可用流量控制組件，于今年7月正式開源。Sentinel 主要以流量為切入點(diǎn)，從流量控制、熔斷降級、系統(tǒng)負(fù)載保護(hù)等多個維度來幫助用戶提升服務(wù)的穩(wěn)定性。大家可能會問：Sentinel 和之前經(jīng)常用到的熔斷降級庫 Netflix Hystrix 有什么異同呢？本文將從資源模型和執(zhí)行模型、隔離設(shè)計(jì)、熔斷降級、實(shí)時指標(biāo)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)等角度將 Sentinel 和 Hystrix 進(jìn)行對比，希望在面臨技術(shù)選型的時候，對各位開發(fā)者能有所幫助。
Sentinel 項(xiàng)目地址：
https://github.com/alibaba/Sentinel
一、總體說明
先來看一下 Hystrix 的官方介紹：
Hystrix is a library that helps you control the interactions between these distributed services by adding latency tolerance and fault tolerance logic. Hystrix does this by isolating points of access between the services, stopping cascading failures across them, and providing fallback options, all of which improve your system’s overall resiliency.
可以看到 Hystrix 的關(guān)注點(diǎn)在于以隔離和熔斷為主的容錯機(jī)制，超時或被熔斷的調(diào)用將會快速失敗，并可以提供 fallback 機(jī)制。
而 Sentinel 的側(cè)重點(diǎn)在于：
多樣化的流量控制
熔斷降級
系統(tǒng)負(fù)載保護(hù)
實(shí)時監(jiān)控和控制臺
可以看到兩者解決的問題還是有比較大的不同的，下面我們來具體對比一下。
二、共同特性
1、資源模型和執(zhí)行模型上的對比
Hystrix 的資源模型設(shè)計(jì)上采用了命令模式，將對外部資源的調(diào)用和 fallback 邏輯封裝成一個命令對象（HystrixCommand/ HystrixObservableCommand），其底層的執(zhí)行是基于 RxJava 實(shí)現(xiàn)的。每個 Command 創(chuàng)建時都要指定 commandKey 和 groupKey（用于區(qū)分資源）以及對應(yīng)的隔離策略（線程池隔離 or 信號量隔離）。線程池隔離模式下需要配置線程池對應(yīng)的參數(shù)（線程池名稱、容量、排隊(duì)超時等），然后 Command 就會在指定的線程池按照指定的容錯策略執(zhí)行；信號量隔離模式下需要配置最大并發(fā)數(shù)，執(zhí)行 Command 時 Hystrix 就會限制其并發(fā)調(diào)用。
Sentinel 的設(shè)計(jì)則更為簡單。相比 Hystrix Command 強(qiáng)依賴隔離規(guī)則，Sentinel 的資源定義與規(guī)則配置的耦合度更低。Hystrix 的 Command 強(qiáng)依賴于隔離規(guī)則配置的原因是隔離規(guī)則會直接影響 Command 的執(zhí)行。在執(zhí)行的時候 Hystrix 會解析 Command 的隔離規(guī)則來創(chuàng)建 RxJava Scheduler 并在其上調(diào)度執(zhí)行，若是線程池模式則 Scheduler 底層的線程池為配置的線程池，若是信號量模式則簡單包裝成當(dāng)前線程執(zhí)行的 Scheduler。
而Sentinel則不一樣，開發(fā)的時候只需要考慮這個方法/代碼是否需要保護(hù)，置于用什么來保護(hù)，可以任何時候動態(tài)實(shí)時的區(qū)修改。
從 0.1.1 版本開始，Sentinel 還支持基于注解的資源定義方式，可以通過注解參數(shù)指定異常處理函數(shù)和 fallback 函數(shù)。Sentinel 提供多樣化的規(guī)則配置方式。除了直接通過 loadRules API 將規(guī)則注冊到內(nèi)存態(tài)之外，用戶還可以注冊各種外部數(shù)據(jù)源來提供動態(tài)的規(guī)則。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)時情況去動態(tài)地變更規(guī)則配置，數(shù)據(jù)源會將變更推送至 Sentinel 并即時生效。
2、隔離設(shè)計(jì)上的對比
隔離是 Hystrix 的核心功能之一。Hystrix 提供兩種隔離策略：線程池隔離（Bulkhead Pattern）和信號量隔離，其中最推薦也是最常用的是線程池隔離。Hystrix 的線程池隔離針對不同的資源分別創(chuàng)建不同的線程池，不同服務(wù)調(diào)用都發(fā)生在不同的線程池中，在線程池排隊(duì)、超時等阻塞情況時可以快速失敗，并可以提供 fallback 機(jī)制。線程池隔離的好處是隔離度比較高，可以針對某個資源的線程池去進(jìn)行處理而不影響其它資源，但是代價就是線程上下文切換的 overhead 比較大，特別是對低延時的調(diào)用有比較大的影響。
但是，實(shí)際情況下，線程池隔離并沒有帶來非常多的好處。最直接的影響，就是會讓機(jī)器資源碎片化?？紤]這樣一個常見的場景，在 Tomcat 之類的 Servlet 容器使用 Hystrix，本身 Tomcat 自身的線程數(shù)目就非常多了（可能到幾十或一百多），如果加上 Hystrix 為各個資源創(chuàng)建的線程池，總共線程數(shù)目會非常多（幾百個線程），這樣上下文切換會有非常大的損耗。另外，線程池模式比較徹底的隔離性使得 Hystrix 可以針對不同資源線程池的排隊(duì)、超時情況分別進(jìn)行處理，但這其實(shí)是超時熔斷和流量控制要解決的問題，如果組件具備了超時熔斷和流量控制的能力，線程池隔離就顯得沒有那么必要了。
Hystrix 的信號量隔離限制對某個資源調(diào)用的并發(fā)數(shù)。這樣的隔離非常輕量級，僅限制對某個資源調(diào)用的并發(fā)數(shù)，而不是顯式地去創(chuàng)建線程池，所以 overhead 比較小，但是效果不錯。但缺點(diǎn)是無法對慢調(diào)用自動進(jìn)行降級，只能等待客戶端自己超時，因此仍然可能會出現(xiàn)級聯(lián)阻塞的情況。
Sentinel 可以通過并發(fā)線程數(shù)模式的流量控制來提供信號量隔離的功能。并且結(jié)合基于響應(yīng)時間的熔斷降級模式，可以在不穩(wěn)定資源的平均響應(yīng)時間比較高的時候自動降級，防止過多的慢調(diào)用占滿并發(fā)數(shù)，影響整個系統(tǒng)。
3、熔斷降級的對比
Sentinel 和 Hystrix 的熔斷降級功能本質(zhì)上都是基于熔斷器模式（Circuit Breaker Pattern）。Sentinel 與 Hystrix 都支持基于失敗比率（異常比率）的熔斷降級，在調(diào)用達(dá)到一定量級并且失敗比率達(dá)到設(shè)定的閾值時自動進(jìn)行熔斷，此時所有對該資源的調(diào)用都會被 block，直到過了指定的時間窗口后才啟發(fā)性地恢復(fù)。上面提到過，Sentinel 還支持基于平均響應(yīng)時間的熔斷降級，可以在服務(wù)響應(yīng)時間持續(xù)飆高的時候自動熔斷，拒絕掉更多的請求，直到一段時間后才恢復(fù)。這樣可以防止調(diào)用非常慢造成級聯(lián)阻塞的情況。
4、實(shí)時指標(biāo)統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)的對比
Hystrix 和 Sentinel 的實(shí)時指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)都是基于滑動窗口的。Hystrix 1.5 之前的版本是通過環(huán)形數(shù)組實(shí)現(xiàn)的滑動窗口，通過鎖配合 CAS 的操作對每個桶的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行更新。Hystrix 1.5 開始對實(shí)時指標(biāo)統(tǒng)計(jì)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了重構(gòu)，將指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抽象成了響應(yīng)式流（reactive stream）的形式，方便消費(fèi)者去利用指標(biāo)信息。同時底層改造成了基于 RxJava 的事件驅(qū)動模式，在服務(wù)調(diào)用成功/失敗/超時的時候發(fā)布相應(yīng)的事件，通過一系列的變換和聚合最終得到實(shí)時的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流，可以被熔斷器或 Dashboard 消費(fèi)。
Sentinel 目前抽象出了 Metric 指標(biāo)統(tǒng)計(jì)接口，底層可以有不同的實(shí)現(xiàn)，目前默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)是基于
LeapArray的滑動窗口，后續(xù)根據(jù)需要可能會引入 reactive stream 等實(shí)現(xiàn)。
三、Sentinel 特性
除了之前提到的兩者的共同特性之外，Sentinel 還提供以下的特色功能：
1、輕量級、高性能
Sentinel 作為一個功能完備的高可用流量管控組件，其核心 sentinel-core 沒有任何多余依賴，打包后只有不到 200 KB，非常輕量級。開發(fā)者可以放心地引入 sentinel-core 而不需擔(dān)心依賴問題。同時，Sentinel 提供了多種擴(kuò)展點(diǎn)，用戶可以很方便地根據(jù)需求去進(jìn)行擴(kuò)展，并且無縫地切合到 Sentinel 中。
引入 Sentinel 帶來的性能損耗非常小。只有在業(yè)務(wù)單機(jī)量級超過 25W QPS 的時候才會有一些顯著的影響（5% - 10% 左右），單機(jī) QPS 不太大的時候損耗幾乎可以忽略不計(jì)。
2、流量控制
Sentinel 可以針對不同的調(diào)用關(guān)系，以不同的運(yùn)行指標(biāo)（如 QPS、并發(fā)調(diào)用數(shù)、系統(tǒng)負(fù)載等）為基準(zhǔn)，對資源調(diào)用進(jìn)行流量控制，將隨機(jī)的請求調(diào)整成合適的形狀。
Sentinel 支持多樣化的流量整形策略，在 QPS 過高的時候可以自動將流量調(diào)整成合適的形狀。常用的有：
直接拒絕模式：即超出的請求直接拒絕。
慢啟動預(yù)熱模式：當(dāng)流量激增的時候，控制流量通過的速率，讓通過的流量緩慢增加，在一定時間內(nèi)逐漸增加到閾值上限，給冷系統(tǒng)一個預(yù)熱的時間，避免冷系統(tǒng)被壓垮。
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勻速器模式：利用 Leaky Bucket 算法實(shí)現(xiàn)的勻速模式，嚴(yán)格控制了請求通過的時間間隔，同時堆積的請求將會排隊(duì)，超過超時時長的請求直接被拒絕。Sentinel 還支持基于調(diào)用關(guān)系的限流，包括基于調(diào)用方限流、基于調(diào)用鏈入口限流、關(guān)聯(lián)流量限流等，依托于 Sentinel 強(qiáng)大的調(diào)用鏈路統(tǒng)計(jì)信息，可以提供精準(zhǔn)的不同維度的限流。
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目前 Sentinel 對異步調(diào)用鏈路的支持還不是很好，后續(xù)版本會著重改善支持異步調(diào)用。
3、系統(tǒng)負(fù)載保護(hù)
Sentinel 對系統(tǒng)的維度提供保護(hù)，負(fù)載保護(hù)算法借鑒了 TCP BBR 的思想。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較高的時候，如果仍持續(xù)讓請求進(jìn)入，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，無法響應(yīng)。在集群環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡會把本應(yīng)這臺機(jī)器承載的流量轉(zhuǎn)發(fā)到其它的機(jī)器上去。如果這個時候其它的機(jī)器也處在一個邊緣狀態(tài)的時候，這個增加的流量就會導(dǎo)致這臺機(jī)器也崩潰，最后導(dǎo)致整個集群不可用。針對這個情況，Sentinel 提供了對應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，讓系統(tǒng)的入口流量和系統(tǒng)的負(fù)載達(dá)到一個平衡，保證系統(tǒng)在能力范圍之內(nèi)處理最多的請求。
4、實(shí)時監(jiān)控和控制面板
Sentinel 提供 HTTP API 用于獲取實(shí)時的監(jiān)控信息，如調(diào)用鏈路統(tǒng)計(jì)信息、簇點(diǎn)信息、規(guī)則信息等。如果用戶正在使用 Spring Boot/Spring Cloud 并使用了Sentinel Spring Cloud Starter，還可以方便地通過其暴露的 Actuator Endpoint 來獲取運(yùn)行時的一些信息，如動態(tài)規(guī)則等。未來 Sentinel 還會支持標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)監(jiān)控 API，可以方便地整合各種監(jiān)控系統(tǒng)和可視化系統(tǒng)，如 Prometheus、Grafana 等。
Sentinel控制臺（Dashboard）提供了機(jī)器發(fā)現(xiàn)、配置規(guī)則、查看實(shí)時監(jiān)控、查看調(diào)用鏈路信息等功能，使得用戶可以非常方便地去查看監(jiān)控和進(jìn)行配置。
5、生態(tài)
Sentinel 目前已經(jīng)針對 Servlet、Dubbo、Spring Boot/Spring Cloud、gRPC 等進(jìn)行了適配，用戶只需引入相應(yīng)依賴并進(jìn)行簡單配置即可非常方便地享受 Sentinel 的高可用流量防護(hù)能力。未來 Sentinel 還會對更多常用框架進(jìn)行適配，并且會為 Service Mesh 提供集群流量防護(hù)的能力。
四、總結(jié)
