分布式系统的流量防卫兵Sentinel-入门指南

男娘i 2024-04-17 05:28 26阅读 0赞

## 1.介绍 ##

欢迎来到 Sentinel 的世界！这篇新手指南将指引您快速入门 Sentinel。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**Sentinel: 分布式系统的流量防卫兵**

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### 1.1 Sentinel 是什么？ ###

随着微服务的流行，服务和服务之间的稳定性变得越来越重要。Sentinel 以流量为切入点，从**流量控制**、**熔断降级**、**系统负载保护**等多个维度保护服务的稳定性。

*  **丰富的应用场景**：`Sentinel`承接了阿里巴巴近 10 年的双十一大促流量的核心场景，例如秒杀（即突发流量控制在系统容量可以承受的范围）、消息削峰填谷、集群流量控制、实时熔断下游不可用应用等。
 *  **完备的实时监控**：`Sentinel` 同时提供实时的监控功能。您可以在控制台中看到接入应用的单台机器秒级数据，甚至 500 台以下规模的集群的汇总运行情况。
 *  **广泛的开源生态**：`Sentinel`提供开箱即用的与其它开源框架/库的整合模块，例如与 `Spring Clou`d、`Dubbo`、`gRPC` 的整合。您只需要引入相应的依赖并进行简单的配置即可快速地接入 `Sentinel`。
 *  **完善的 SPI 扩展点**：`Sentinel` 提供简单易用、完善的 SPI 扩展接口。您可以通过实现扩展接口来快速地定制逻辑。例如定制规则管理、适配动态数据源等。

### 1.2 Sentinel 的主要特性 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 1.3 Sentinel 的开源生态 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

#### 1.4 Sentinel 分为两个部分 ####

*  核心库（Java 客户端）不依赖任何框架/库，能够运行于所有 Java 运行时环境，同时对 Dubbo / Spring Cloud 等框架也有较好的支持。
 *  控制台（Dashboard）基于 Spring Boot 开发，打包后可以直接运行，不需要额外的 Tomcat 等应用容器。

#### 1.5 Sentinel 的历史 ####

*  2012 年，Sentinel 诞生，主要功能为入口流量控制。
 *  2013-2017 年，Sentinel 在阿里巴巴集团内部迅速发展，成为基础技术模块，覆盖了所有的核心场景。Sentinel 也因此积累了大量的流量归整场景以及生产实践。
 *  2018 年，Sentinel 开源，并持续演进。

#### 1.6 Sentinel 基本概念 ####

## 资源 ##

资源是 Sentinel 的关键概念。它可以是 Java 应用程序中的任何内容，例如，由应用程序提供的服务，或由应用程序调用的其它应用提供的服务，甚至可以是一段代码。在接下来的文档中，我们都会用资源来描述代码块。

只要通过 Sentinel API 定义的代码，就是资源，能够被 Sentinel 保护起来。大部分情况下，可以使用方法签名，URL，甚至服务名称作为资源名来标示资源。

## 规则 ##

围绕资源的实时状态设定的规则，可以包括流量控制规则、熔断降级规则以及系统保护规则。所有规则可以动态实时调整。

#### 1.7 Sentinel 功能和设计理念 ####

##### 1.7.1流量控制 #####

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##### 什么是流量控制 #####

流量控制在网络传输中是一个常用的概念，它用于调整网络包的发送数据。然而，从系统稳定性角度考虑，在处理请求的速度上，也有非常多的讲究。任意时间到来的请求往往是随机不可控的，而系统的处理能力是有限的。我们需要根据系统的处理能力对流量进行控制。Sentinel 作为一个调配器，可以根据需要把随机的请求调整成合适的形状，如下图所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

##### 流量控制设计理念 #####

流量控制有以下几个角度:

*  资源的调用关系，例如资源的调用链路，资源和资源之间的关系；
 *  运行指标，例如 QPS、线程池、系统负载等；
 *  控制的效果，例如直接限流、冷启动、排队等。

Sentinel 的设计理念是让您自由选择控制的角度，并进行灵活组合，从而达到想要的效果。

##### 1.7.2 熔断降级 #####

##### 什么是熔断降级 #####

除了流量控制以外，降低调用链路中的不稳定资源也是 Sentinel 的使命之一。由于调用关系的复杂性，如果调用链路中的某个资源出现了不稳定，最终会导致请求发生堆积。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

##### 熔断降级设计理念 #####

在限制的手段上，`Sentinel`和 `Hystrix`采取了完全不一样的方法。

Hystrix 通过 线程池隔离 的方式，来对依赖（在 Sentinel 的概念中对应 资源）进行了隔离。这样做的好处是资源和资源之间做到了最彻底的隔离。缺点是除了增加了线程切换的成本（过多的线程池导致线程数目过多），还需要预先给各个资源做线程池大小的分配。

Sentinel 对这个问题采取了两种手段:

*  通过并发线程数进行限制

和资源池隔离的方法不同，Sentinel 通过限制资源并发线程的数量，来减少不稳定资源对其它资源的影响。这样不但没有线程切换的损耗，也不需要您预先分配线程池的大小。当某个资源出现不稳定的情况下，例如响应时间变长，对资源的直接影响就是会造成线程数的逐步堆积。当线程数在特定资源上堆积到一定的数量之后，对该资源的新请求就会被拒绝。堆积的线程完成任务后才开始继续接收请求。

*  通过响应时间对资源进行降级

除了对并发线程数进行控制以外，Sentinel 还可以通过响应时间来快速降级不稳定的资源。当依赖的资源出现响应时间过长后，所有对该资源的访问都会被直接拒绝，直到过了指定的时间窗口之后才重新恢复。

##### 1.7.3 系统负载保护 #####

Sentinel 同时提供系统维度的自适应保护能力。防止雪崩，是系统防护中重要的一环。当系统负载较高的时候，如果还持续让请求进入，可能会导致系统崩溃，无法响应。在集群环境下，网络负载均衡会把本应这台机器承载的流量转发到其它的机器上去。如果这个时候其它的机器也处在一个边缘状态的时候，这个增加的流量就会导致这台机器也崩溃，最后导致整个集群不可用。

针对这个情况，Sentinel 提供了对应的保护机制，让系统的入口流量和系统的负载达到一个平衡，保证系统在能力范围之内处理最多的请求。

#### 1.8 Sentinel 是如何工作的 ####

Sentinel 的主要工作机制如下：

*  对主流框架提供适配或者显示的 API，来定义需要保护的资源，并提供设施对资源进行实时统计和调用链路分析。
 *  根据预设的规则，结合对资源的实时统计信息，对流量进行控制。同时，Sentinel 提供开放的接口，方便您定义及改变规则。
 *  Sentinel 提供实时的监控系统，方便您快速了解目前系统的状态。

## 2.快速上手 ##

### 2.1 本地Demo ###

如果希望最快的了解 Sentinel 在做什么，我们可以通过 Sentinel 新手指南 来运行一个例子，并且能在控制台上看到最直观的监控和流控效果等。

### 2.2 手动接入 Sentinel 以及控制台 ###

下面的例子将展示应用如何三步接入 `Sentinel`。同时，`Sentinel`也提供所见即所得的控制台，可以实时监控资源以及管理规则。

#### STEP 1. 在应用中引入Sentinel Jar包 ####

如果应用使用 pom 工程，则在 pom.xml 文件中加入以下代码即可：

<dependency>
            <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
            <artifactId>sentinel-core</artifactId>
            <version>1.6.3</version>
        </dependency>

**注意:** 从 Sentinel 1.5.0 开始仅支持 JDK 1.7 或者以上版本。Sentinel 1.5.0 之前的版本最低支持 JDK 1.6。

如果您未使用依赖管理工具，请到 [Maven Center Repository][] 直接下载 JAR 包。

#### STEP 2. 定义资源 ####

接下来，我们把需要控制流量的代码用`Sentinel API SphU.entry("HelloWorld")`和 `entry.exit()`包围起来即可。在下面的例子中，我们将`System.out.println("hello wolrd");`作为资源，用 API 包围起来。参考代码如下:

public static void main(String[] args) { 
        initFlowRules();
        while (true) { 
            Entry entry = null;
            try { 
    	    entry = SphU.entry("HelloWorld");
                /*您的业务逻辑 - 开始*/
                System.out.println("hello world");
                /*您的业务逻辑 - 结束*/
    	} catch (BlockException e1) { 
                /*流控逻辑处理 - 开始*/
    	    System.out.println("block!");
                /*流控逻辑处理 - 结束*/
    	} finally { 
    	   if (entry != null) { 
    	       entry.exit();
    	   }
    	}
        }
    }

完成以上两步后，代码端的改造就完成了。当然，我们也提供了 [注解支持模块][Link 1]，可以以低侵入性的方式定义资源。

#### STEP 3. 定义规则 ####

接下来，通过规则来指定允许该资源通过的请求次数，例如下面的代码定义了资源 HelloWorld 每秒最多只能通过 20 个请求。

private static void initFlowRules(){ 
        List<FlowRule> rules = new ArrayList<>();
        FlowRule rule = new FlowRule();
        rule.setResource("HelloWorld");
        rule.setGrade(RuleConstant.FLOW_GRADE_QPS);
        // Set limit QPS to 20.
        rule.setCount(20);
        rules.add(rule);
        FlowRuleManager.loadRules(rules);
    }

完成上面 3 步，Sentinel 就能够正常工作了.

#### STEP 4. 检查效果 ####

Demo 运行之后，我们可以在日志 ~/logs/csp/$\{appName\}-metrics.log.xxx 里看到下面的输出:

|–timestamp-|------date time----|-resource-|p |block|s |e|rt  
1566452700000|2019-08-22 13:45:00|HelloWorld|20|23611|20|0|0|0|0|0  
1566452701000|2019-08-22 13:45:01|HelloWorld|20|110038|20|0|0|0|0|0  
1566452702000|2019-08-22 13:45:02|HelloWorld|20|130811|20|0|0|0|0|0  
1566452703000|2019-08-22 13:45:03|HelloWorld|20|173503|20|0|0|0|0|0  
1566452704000|2019-08-22 13:45:04|HelloWorld|20|178904|20|0|0|0|0|0  
1566452705000|2019-08-22 13:45:05|HelloWorld|20|178238|20|0|0|0|0|0  
1566452706000|2019-08-22 13:45:06|HelloWorld|20|173458|20|0|0|0|0|0  
1566452707000|2019-08-22 13:45:07|HelloWorld|20|178291|20|0|0|0|0|0  
1566452708000|2019-08-22 13:45:08|HelloWorld|20|165230|20|0|0|0|0|0  
1566452709000|2019-08-22 13:45:09|HelloWorld|20|178211|20|0|0|0|0|0  
1566452710000|2019-08-22 13:45:10|HelloWorld|20|176185|20|0|0|0|0|0  
1566452711000|2019-08-22 13:45:11|HelloWorld|20|180141|20|0|0|0|0|0  
1566452712000|2019-08-22 13:45:12|HelloWorld|20|176324|20|0|0|0|0|0

其中

*  p 代表通过的请求,
 *  block 代表被阻止的请求,
 *  s 代表成功执行完成的请求个数,
 *  e 代表用户自定义的异常,
 *  rt 代表平均响应时长。

可以看到，这个程序每秒稳定输出 `"hello world" 20` 次，和规则中预先设定的阈值是一样的。

更多的例子可以参考: [Sentinel Examples][]

#### STEP 5. 启动 Sentinel 控制台 ####

您可以参考 [Sentinel 控制台文档 启动控制台][Sentinel _]，可以实时监控各个资源的运行情况，并且可以实时地修改限流规则。

### 3. Sentinel 控制台 ###

#### 3.1. 概述 ####

Sentinel 提供一个轻量级的开源控制台，它提供机器发现以及健康情况管理、监控（单机和集群），规则管理和推送的功能。另外，鉴权在生产环境中也必不可少。这里，我们将会详细讲述如何通过简单的步骤就可以使用这些功能。

接下来，我们将会逐一介绍如何整合 Sentinel 客户端和 Dashboard，让它发挥最大的作用。

#### 3.2 Sentinel 控制台功能: ####

Sentinel 控制台最少应该包含如下功能:

*  查看机器列表以及健康情况：收集 Sentinel 客户端发送的心跳包，用于判断机器是否在线。
 *  监控 (单机和集群聚合)：通过 Sentinel 客户端暴露的监控 API，定期拉取并且聚合应用监控信息，最终可以实现秒级的实时监控。
 *  规则管理和推送：统一管理推送规则。
 *  鉴权：生产环境中鉴权非常重要。这里每个开发者需要根据自己的实际情况进行定制。

#### 3.3. 启动控制台 ####

##### 3.3.1. 获取 Sentinel 控制台 #####

您可以从 [release 页面][release] 下载最新版本的控制台 jar 包。

您也可以从最新版本的源码自行构建 `Sentinel 控制台`：

下载 [控制台][Link 2] 工程  
使用以下命令将代码打包成一个 fat jar:  
`mvn clean package`

##### 3.3.2 启动 #####

**注意：** 启动 Sentinel 控制台需要 JDK 版本为 1.8 及以上版本。

使用如下命令启动控制台：

java -Dserver.port=8080 -Dcsp.sentinel.dashboard.server=localhost:8080 -Dproject.name=sentinel-dashboard -jar sentinel-dashboard.jar

其中 `-Dserver.port=8080` 用于指定 Sentinel 控制台端口为 `8080`。

从 `Sentinel 1.6.0`起，Sentinel 控制台引入基本的登录功能，默认用户名和密码都是 `sentinel`。可以参考 鉴权模块文档 配置用户名和密码。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
登录成功之后，就看一看到如下界面：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
注：若您的应用为`Spring Boot` 或`Spring Cloud` 应用，您可以通过 Spring 配置文件来指定配置，详情请参考 [`Spring Cloud Alibaba Sentinel 文档`][Spring Cloud Alibaba Sentinel]。

#### 3.4 客户端接入控制台 ####

控制台启动后，客户端需要按照以下步骤接入到控制台。

#### 3.4.1 引入JAR包 ####

客户端需要引入 Transport 模块来与 Sentinel 控制台进行通信。您可以通过 pom.xml 引入 JAR 包:

<dependency>
            <groupId>com.alibaba.csp</groupId>
            <artifactId>sentinel-transport-simple-http</artifactId>
            <version>x.y.z</version>
        </dependency>

#### 3.4.2 配置启动参数 ####

启动时加入 JVM 参数`-Dcsp.sentinel.dashboard.server=consoleIp:port`指定控制台地址和端口。若启动多个应用，则需要通过 `-Dcsp.sentinel.api.port=xxxx`指定客户端监控 API 的端口（默认是 8719）。

从 1.6.3 版本开始，控制台支持网关流控规则管理。您需要在接入端添加`-Dcsp.sentinel.app.type=1` 启动参数以将您的服务标记为 API Gateway，在接入控制台时您的服务会自动注册为网关类型，然后您即可在控制台配置网关规则和 API 分组。

除了修改 JVM 参数，也可以通过配置文件取得同样的效果。更详细的信息可以参考 [`启动配置项`][Link 3]。

#### 3.5 触发客户端初始化 ####

确保客户端有访问量，Sentinel 会在客户端首次调用的时候进行初始化，开始向控制台发送心跳包。

注意：您还需要根据您的应用类型和接入方式引入对应的 [适配依赖][Link 4]，否则即使有访问量也不能被 Sentinel 统计。

##### 3.6 demo控制台监控情况 #####

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最后想一起交流技术的可以加我wx:  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

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[Maven Center Repository]: https://mvnrepository.com/artifact/com.alibaba.csp/sentinel-core
[Link 1]: https://github.com/alibaba/Sentinel/wiki/%E6%B3%A8%E8%A7%A3%E6%94%AF%E6%8C%81
[Sentinel Examples]: https://github.com/alibaba/Sentinel/tree/master/sentinel-demo
[Sentinel _]: https://github.com/alibaba/Sentinel/wiki/%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%8F%B0
[release]: https://github.com/alibaba/Sentinel/releases
[Link 2]: https://github.com/alibaba/Sentinel/tree/master/sentinel-dashboard
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/11/1d3eb8af38b745978a78fccb78d0d6b7.png
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[Spring Cloud Alibaba Sentinel]: https://github.com/alibaba/spring-cloud-alibaba/wiki/Sentinel
[Link 3]: https://github.com/alibaba/Sentinel/wiki/%E5%90%AF%E5%8A%A8%E9%85%8D%E7%BD%AE%E9%A1%B9
[Link 4]: https://github.com/alibaba/Sentinel/wiki/%E4%B8%BB%E6%B5%81%E6%A1%86%E6%9E%B6%E7%9A%84%E9%80%82%E9%85%8D
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9saWRvbmcxNjY1LmJsb2cuY3Nkbi5uZXQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/11/e4213e4900ee4c84821cbc116c0ebe27.png
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