golang熔断器如何实现

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熔断器像是一个保险丝。当我们依赖的服务出现问题时，可以及时容错。一方面可以减少依赖服务对自身访问的依赖，防止出现雪崩效应；另一方面降低请求频率以方便上游尽快恢复服务。

熔断器的应用也非常广泛。除了在我们应用中，为了请求服务时使用熔断器外，在 web 网关、微服务中，也有非常广泛的应用。

1.熔断器的模式

gobreaker 是基于《微软云设计模式》一书中的熔断器模式的 Golang 实现。有 sony 公司开源，目前 star 数有 1.2K。使用人数较多。

下面是模式定义的一个状态机：

熔断器有三种状态，四种状态转移的情况：

• 熔断器关闭状态，服务正常访问

• 熔断器开启状态，服务异常

• 熔断器半开状态，部分请求限流访问

四种状态转移：

• 在熔断器关闭状态下，当失败后并满足一定条件后，将直接转移为熔断器开启状态。

• 在熔断器开启状态下，如果过了规定的时间，将进入半开启状态，验证目前服务是否可用。

• 在熔断器半开启状态下，如果出现失败，则再次进入关闭状态。

• 在熔断器半开启后，所有请求（有限额）都是成功的，则熔断器关闭。所有请求将正常访问。

2.gobreaker 的实现

gobreaker 是在上述状态机的基础上，实现的一个熔断器。

2.1熔断器的定义

type CircuitBreaker struct {  
  name          string  
  maxRequests   uint32  // 最大请求数 （半开启状态会限流）  
  interval      time.Duration   // 统计周期  
  timeout       time.Duration   // 进入熔断后的超时时间  
  readyToTrip   func(counts Counts) bool // 通过 Counts 判断是否开启熔断。需要自定义  
  onStateChange func(name string, from State, to State) // 状态修改时的钩子函数  

  mutex      sync.Mutex // 互斥锁，下面数据的更新都需要加锁  
  state      State  // 记录了当前的状态  
  generation uint64 // 标记属于哪个周期  
  counts     Counts // 计数器，统计了 成功、失败、连续成功、连续失败等，用于决策是否进入熔断  
  expiry     time.Time // 进入下个周期的时间  
}

其中，如下参数是我们可以自定义的：

• MaxRequests：最大请求数。当在最大请求数下，均请求正常的情况下，会关闭熔断器

• interval：一个正常的统计周期。如果为 0，那每次都会将计数清零

• timeout: 进入熔断后，可以再次请求的时间

• readyToTrip：判断熔断生效的钩子函数

• onStateChagne：状态变更的钩子函数

2.2请求的执行

熔断器的执行操作，主要包括三个阶段；①请求之前的判定；②服务的请求执行；③请求后的状态和计数的更新

// 熔断器的调用  
func (cb *CircuitBreaker) Execute(req func() (interface{}, error)) (interface{}, error) {  

  // ①请求之前的判断  
  generation, err := cb.beforeRequest()  
  if err != nil {  
    return nil, err  
  }  

  defer func() {  
    e := recover()  
    if e != nil {  
      // ③ panic 的捕获  
      cb.afterRequest(generation, false)  
      panic(e)  
    }  
  }()  

  // ② 请求和执行  
  result, err := req()  

  // ③ 更新计数  
  cb.afterRequest(generation, err == nil)  
  return result, err  
}

2.3请求之前的判定操作

请求之前，会判断当前熔断器的状态。如果熔断器以开启，则不会继续请求。如果熔断器半开，并且已达到最大请求阈值，也不会继续请求。

func (cb *CircuitBreaker) beforeRequest() (uint64, error) {  
  cb.mutex.Lock()  
  defer cb.mutex.Unlock()  

  now := time.Now()  
  state, generation := cb.currentState(now)  

  if state == StateOpen { // 熔断器开启，直接返回  
    return generation, ErrOpenState  
  } else if state == StateHalfOpen && cb.counts.Requests >= cb.maxRequests { // 如果是半打开的状态，并且请求次数过多了，则直接返回  
    return generation, ErrTooManyRequests  
  }  

  cb.counts.onRequest()  
  return generation, nil  
}

其中当前状态的计算，是依据当前状态来的。如果当前状态为已开启，则判断是否已经超时，超时就可以变更状态到半开；如果当前状态为关闭状态，则通过周期判断是否进入下一个周期。

func (cb *CircuitBreaker) currentState(now time.Time) (State, uint64) {  
  switch cb.state {  
  case StateClosed:  
    if !cb.expiry.IsZero() && cb.expiry.Before(now) { // 是否需要进入下一个计数周期  
      cb.toNewGeneration(now)  
    }  
  case StateOpen:  
    if cb.expiry.Before(now) {  
      // 熔断器由开启变更为半开  
      cb.setState(StateHalfOpen, now)  
    }  
  }  
  return cb.state, cb.generation  
}

周期长度的设定，也是以据当前状态来的。如果当前正常（熔断器关闭），则设置为一个 interval 的周期；如果当前熔断器是开启状态，则设置为超时时间（超时后，才能变更为半开状态）。

2.4请求之后的处理操作

每次请求之后，会通过请求结果是否成功，对熔断器做计数。

func (cb *CircuitBreaker) afterRequest(before uint64, success bool) {  
  cb.mutex.Lock()  
  defer cb.mutex.Unlock()  

  now := time.Now()  

  // 如果不在一个周期，就不再计数  
  state, generation := cb.currentState(now)  
  if generation != before {  
    return  
  }  

  if success {  
    cb.onSuccess(state, now)  
  } else {  
    cb.onFailure(state, now)  
  }  
}

如果在半开的状态下：

如果请求成功，则会判断当前连续成功的请求数 大于等于 maxRequests， 则可以把状态由半开状态转移为关闭状态
如果在半开状态下，请求失败，则会直接将半开状态转移为开启状态
如果在关闭状态下：

如果请求成功，则计数更新
如果请求失败，则调用 readyToTrip 判断是否需要将状态关闭状态转移为开启状态

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