如何 掌握 Hystrix的原理、实现和理解核心组件的源码？

Question

没用过Hystrix，想知道怎么使用，以及如何掌握？

在分布式开发中Hystrix被经常听到，想知道怎么上手？

Answer 1

Hystrix 是一个开源的 Java 库，由 Netflix 开发，用于实现延迟和容错管理，以提高应用程序的弹性。Hystrix 通过使用断路器模式（Circuit Breaker Pattern）来防止分布式系统中的某个服务出现故障时，对整体系统性能造成的影响。以下是V哥在学习 Hystrix 的概念、作用和使用方法的详细介绍。

1. 概念

断路器模式（Circuit Breaker Pattern）：

断路器模式是一种用于防止系统过载和灾难性故障的设计模式。在电路中，当电流超过电路的承载能力时，断路器会自动断开，防止进一步的损坏。在软件系统中，Hystrix 断路器监控服务调用的失败率，当失败率达到一定阈值时，断路器会“跳闸”，后续的调用会被快速失败，不会执行实际的服务调用，从而避免系统资源的浪费和故障的蔓延。

2. 作用

下面 V 哥从4个方面来解释Hystrix的作用：

1. 防止系统雪崩：在分布式系统中，当一个服务不可用时，如果没有适当的容错机制，可能会导致大量请求堆积，进而影响其他服务，最终导致整个系统的崩溃。Hystrix 通过断路器模式，可以快速失败，避免这种情况的发生。

2. 服务降级：当服务不可用时，Hystrix 可以提供备选方案，如返回默认值或缓存的数据，保证系统的可用性。

3. 资源隔离：Hystrix 通过线程池和信号量来隔离资源，确保关键任务的执行不会因为其他任务的故障而受到影响。

4. 监控和指标：Hystrix 提供了丰富的监控和度量功能，可以帮助开发者了解系统的健康状况，并进行性能调优。

3. 使用方法

1. 添加依赖：

在项目的 pom.xml 文件中添加 Hystrix 依赖。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-hystrix</artifactId>
</dependency>

2. 启用 Hystrix：

在 Spring Boot 应用的配置类上添加 @EnableHystrix 注解。

import org.springframework.cloud.netflix.hystrix.EnableHystrix;

@EnableHystrix
public class AppConfig {
    // ...
}

3. 创建 HystrixCommand：

创建一个继承自 HystrixCommand<T> 的类，用于封装需要执行的任务。

import com.netflix.hystrix.HystrixCommand;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandGroupKey;

public class MyHystrixCommand extends HystrixCommand<String> {

    private static final HystrixCommandGroupKey GROUP_KEY = HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("MyHystrixCommandGroup");

    public MyHystrixCommand() {
        super(Setter.withGroupKey(GROUP_KEY).andCommandKey("MyHystrixCommand"));
    }

    @Override
    protected String run() throws Exception {
        // 执行业务逻辑
        return "成功执行任务";
    }

    @Override
    protected String getFallback() {
        // 服务降级逻辑
        return "服务不可用";
    }
}

4. 执行 HystrixCommand：

在需要执行任务的地方，创建 HystrixCommand 的实例，并调用 execute() 方法。

    public class MyService {

        public String doSomething() {
            MyHystrixCommand command = new MyHystrixCommand();
            return command.execute();
        }
    }

5. 监控 Hystrix：

Hystrix 与 Spring Boot Actuator 集成，可以通过 /actuator/hystrix.stream 端点来获取 Hystrix 的监控数据。

4. 代码示例

以下是V哥写的一个简单的 Spring Boot 应用，演示了如何使用 Hystrix 来增强服务的容错能力。

MyHystrixCommand.java：

import com.netflix.hystrix.HystrixCommand;
import com.netflix.hystrix.HystrixCommandGroupKey;

public class MyHystrixCommand extends HystrixCommand<String> {

    private static final HystrixCommandGroupKey GROUP_KEY = HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("MyHystrixCommandGroup");

    public MyHystrixCommand() {
        super(Setter.withGroupKey(GROUP_KEY).andCommandKey("MyHystrixCommand"));
    }

    @Override
    protected String run() throws Exception {
        // 模拟业务逻辑执行
        return "业务逻辑执行结果";
    }

    @Override
    protected String getFallback() {
        // 服务降级逻辑
        return "服务降级执行结果";
    }
}

MyService.java：

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class MyService {

    public String doSomething() {
        MyHystrixCommand command = new MyHystrixCommand();
        return command.execute();
    }
}

MyConfig.java：

import org.springframework.cloud.netflix.hystrix.EnableHystrix;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
@EnableHystrix
public class MyConfig {
    // 配置类，启用 Hystrix
}

Application.java：

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

在这个示例中，MyHystrixCommand 是一个自定义的 Hystrix 命令，它包含了业务逻辑的执行和失败时的回退逻辑。MyService 是一个服务类，它使用 MyHystrixCommand 来执行任务。MyConfig 是一个配置类，用于启用 Hystrix。最后，Application 是 Spring Boot 应用的入口点。

通过这种方式，你可以在 Spring Boot 应用中使用 Hystrix 来提高系统的容错能力和弹性。

5. 核心组件源码分析

由于 Hystrix 的源码较为庞大，V 哥将重点介绍几个核心类和接口，并解释它们的逻辑步骤和实现方式，这有助于你充分理解Hystrix框架。

1. HystrixCommand 和 HystrixObservableCommand

这两个类是 Hystrix 命令模式的核心实现。HystrixCommand 用于同步执行命令，而 HystrixObservableCommand 用于异步执行。

逻辑步骤：

• 执行命令：在 run() 方法中执行实际的业务逻辑。
• 服务降级：如果 run() 方法抛出异常或超时，将执行 getFallback() 方法，即服务降级逻辑。
• 线程池隔离：命令的执行在单独的线程池中进行，以避免资源耗尽。

源码示例（简化版）：

public abstract class HystrixCommand<T> extends HystrixObservableCommand<T> {

    protected HystrixCommand(Setter setter) {
        super(setter);
    }

    @Override
    protected Observable<T> construct() {
        try {
            return Observable.just(run());
        } catch (Exception e) {
            return Observable.error(e);
        }
    }

    protected abstract T run();
    protected T getFallback() {
        // 实现服务降级逻辑
    }
}

2. CircuitBreaker

CircuitBreaker 类负责实现断路器模式的逻辑。

逻辑步骤：

• 状态转换：根据 HystrixCommandMetrics 提供的失败率和成功率来决定断路器的状态。
• 半开状态检测：在半开状态下，允许一部分请求通过以测试服务是否恢复。
• 跳闸：当失败率超过阈值时，断路器打开，所有请求将直接执行服务降级。

源码示例（简化版）：

public class CircuitBreaker {
    private final HystrixCommandMetrics metrics;
    private volatile State state;

    public CircuitBreaker(HystrixCommandMetrics metrics) {
        this.metrics = metrics;
        this.state = State.Closed;
    }

    public void markSuccess() {
        metrics.markSuccess();
        transitionToOpen();
    }

    public void markFailure() {
        metrics.markFailure();
        transitionToOpen();
    }

    private void transitionToOpen() {
        // 根据失败率决定是否跳闸
        if (state == State.Closed && metrics.getHealthCounts().getErrorPercentage() > 50) {
            state = State.Open;
        }
    }

    public boolean isOpen() {
        return state == State.Open;
    }
}

3. HystrixCommandMetrics

HystrixCommandMetrics 类负责收集命令执行的度量数据，如成功次数、失败次数等。

逻辑步骤：

• 度量收集：每次命令执行时，都会更新成功和失败的计数。
• 统计计算：提供方法来计算失败率和请求总数等统计信息。

源码示例（简化版）：

public class HystrixCommandMetrics {
    private final AtomicLong successfulExecutionCount = new AtomicLong(0);
    private final AtomicLong failedExecutionCount = new AtomicLong(0);

    public void markSuccess() {
        successfulExecutionCount.incrementAndGet();
    }

    public void markFailure() {
        failedExecutionCount.incrementAndGet();
    }

    public int getErrorPercentage() {
        // 计算失败率
        return (int) (failedExecutionCount.get() * 100.0 / (failedExecutionCount.get() + successfulExecutionCount.get()));
    }
}

4. HystrixThreadPool

HystrixThreadPool 类负责管理线程池，确保每个命令在独立的线程中执行。

逻辑步骤：

• 线程池创建：为每个 HystrixCommand 创建独立的线程池。
• 任务执行：将命令的执行封装为一个任务，并提交到线程池中执行。

源码示例（简化版）：

public class HystrixThreadPool extends ThreadPoolExecutor {
    private final HystrixCommandMetrics metrics;

    public HystrixThreadPool(ThreadPoolProperties properties, HystrixCommandMetrics metrics) {
        super(properties);
        this.metrics = metrics;
    }

    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        super.afterExecute(r, t);
        if (t != null) {
            metrics.markFailure();
        } else {
            metrics.markSuccess();
        }
    }
}

总结

Hystrix 通过这些核心类和接口实现了断路器模式，提供了线程池隔离、请求缓存、服务降级等功能。每个命令在执行时都会被封装为一个 HystrixCommand 实例，并在一个独立的线程池中执行。CircuitBreaker 根据 HystrixCommandMetrics 提供的度量数据来决定是否跳闸。这些组件协同工作，确保了分布式系统在面对服务故障和延迟时的健壮性和弹性。

6. 最后

以上是 V 哥在教学过程整理的学习笔记，分享给大家，希望帮助你快速上手Hystrix框架。