深入浅析Node.js中的断路器机制

本篇文章带大家了解一下Node.js中的断路器机制，希望对大家有所帮助！

架构演变带来的问题

当我们使用传统的 CS 架构时，服务端由于故障等原因将请求堵塞，可能会导致客户端的请求失去响应，进而在一段时间后导致一批用户无法获得服务。而这种情况可能影响范围是有限，可以预估的。

然而，在微服务体系下，您的服务器可能依赖了若干其他微服务，而这些微服务又依赖其它更多的微服务，这种情况下，某个服务对于下游的堵塞，可能会瞬间（数秒内）因为级联的资源消耗造成整条链路上灾难性的后果，我们称之为“服务血崩”。【推荐学习：《nodejs 教程》】

解决问题的几种方式

• 熔断模式：顾名思义，就如同家用电路一样，如果一条线路电压过高，保险丝会熔断，防止火灾。在使用熔断模式的系统中，如果发现上游服务调用慢，或者有大量超时的时候，直接中止对于该服务的调用，直接返回信息，快速释放资源。直至上游服务好转时再恢复调用。

• 隔离模式：将不同的资源或者服务的调用分割成几个不同的请求池，一个池子的资源被耗尽并不会影响其它资源的请求，防止某个单点的故障消耗完全部的资源。这是非常传统的一种容灾设计。
• 限流模式：熔断和隔离都是一种事后处置的方式，限流模式则可以在问题出现之前降低问题出现的概率。限流模式可以对某些服务的请求设置一个最高的 QPS 阈值，超出阈值的请求直接返回，不再占用资源处理。但是限流模式，并不能解决服务血崩的问题，因为往往引起血崩并不是因为请求的数量大，而是因为多个级联层数的放大。

断路器的机制和实现

断路器的存在，相当于给了我们一层保障，在调用稳定性欠佳，或者说很可能会调用失败的服务和资源时，断路器可以监视这些错误并且在达到一定阈值之后让请求失败，防止过度消耗资源。并且，断路器还拥有自动识别服务状态并恢复的功能，当上游服务恢复正常时，断路器可以自动判断并恢复正常请求。

让我们看一下一个没有断路器的请求过程： 用户依赖 ServiceA 来提供服务，ServiceA 又依赖 ServiceB 提供的服务，假设 ServiceB 此时出现了故障，在 10 分钟内，对于每个请求都会延迟 10 秒响应。

那么假设我们有 N 个 User 在请求 ServiceA 的服务时，几秒钟内，ServiceA 的资源就会因为对 ServiceB 发起的请求被挂起而消耗一空，从而拒绝 User 之后的任何请求。对于用户来说，这就等于 ServiceA 和 ServiceB 同时都出现了故障，引起了整条服务链路的崩溃。

而当我们在 ServiceA 上装上一个断路器后会怎么样呢？

• 断路器在失败次数达到一定阈值后会发现对 ServiceB 的请求已经无效，那么此时 ServiceA 就不需要继续对 ServiceB 进行请求，而是直接返回失败，或者使用其他Fallback 的备份数据。此时，断路器处于 开路 状态。

• 在一段时间过后，断路器会开始定时查询 ServiceB 是否已经恢复，此时，断路器处于 半开 状态。

• 如果 ServiceB 已经恢复，那么断路器会置于 关闭 状态，此时 ServiceA 会正常调用 ServiceB 并且返回结果。

断路器的状态图如下：

由此可见，断路器的几个核心要点如下：

• 超时时间：请求达到多久，算引起了一次失败

• 失败阈值：即断路器触发开路之前，需要达到的失败次数

• 重试超时：当断路器处于开路状态后，隔多久开始重新尝试请求，即进入半开状态

有了这些知识，我们可以尝试创建一个断路器：

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;
  }
}

构造断路器的状态机：

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';
    }
  }

补充剩余功能：

// 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();
  }

使用断路器时，只需要将请求包裹在断路器实例中的 Call 方法里调用即可：

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

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

成熟的 Node.js 断路器库

Red Hat 很早就创建了一个名叫 Opossum 的成熟 Node.js 断路器实现，链接在此：Opossum 。对于分布式系统来说，使用这个库可以极大提升你的服务的容错能力，从根本上解决服务血崩的问题。

原文地址：https://juejin.cn/post/7019217344601948173

作者：ES2049 / 寻找奇点

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