【微服务架构】故障转移策略的理解及手写实现

前言

• 故障转移策略是保障系统高可用性的核心机制，旨在服务实例故障时自动切换流量，避免单点故障引发系统级联崩溃。

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核心故障转移策略

• 故障切换（Failover）
  • 原理：当调用某服务实例失败时，自动切换到其他健康实例重试。
  • 适用场景：幂等性接口（如查询类服务）。
  • 实现方式：
    • 服务发现（如Nacos、Eureka）动态维护可用实例列表。
    • 客户端负载均衡（如Ribbon、Spring Cloud LoadBalancer）选择备用节点。
• 快速失败（Failfast）
  • 原理：立即返回错误，避免因重试导致资源阻塞。
  • 适用场景：非幂等操作（如支付扣款）。
  • 实现方式：配置超时时间（如Feign的readTimeout），超时后直接抛出异常。
• 故障静默（Failsilent）
  • 原理：标记故障节点为“不可用”，暂时停止向其发送请求。
  • 适用场景：频繁超时或宕机的服务。
  • 实现方式：结合熔断器（如Hystrix、Sentinel）实现节点熔断。
• 并行调用（Forking）
  • 原理：同时向多个服务副本发送请求，取最先响应的结果。
  • 适用场景：对延迟敏感的关键服务（如实时风控）。
  • 实现方式：异步线程池（如CompletableFuture）并发调用。

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关键技术实现

• 服务发现与健康检查
  • 作用：动态感知服务实例状态，剔除故障节点。
  • 工具：Consul、Nacos、Kubernetes的Endpoint Controller。
  • 健康检查方式：
    • 主动探测：定期HTTP/TCP探测。
    • 心跳上报：客户端定时发送心跳包。
• 熔断器（Circuit Breaker）
  • 原理：统计失败请求比例，触发熔断后直接拒绝流量。
  • 实现：
    • Hystrix：通过@HystrixCommand配置熔断阈值。
    • Sentinel：基于QPS、响应时间动态熔断。
• 负载均衡策略
  • 策略类型：
    • 轮询（Round Robin）：均匀分配请求。
    • 权重（Weighted）：根据实例性能分配权重。
    • 最少连接（Least Connections）：优先选择负载低的节点。
  • 工具：Ribbon、Spring Cloud Gateway、Nginx。
• 重试机制（Retry）
  • 配置要点：
    • 重试次数（避免无限重试导致雪崩）。
    • 退避策略（如指数退避，避免集中重试）。
  • 实现：Spring Retry、Resilience4j。
• 服务降级（Degradation）
  • 策略：
    • 默认返回值：返回缓存数据或静态兜底值。
    • 功能降级：关闭非核心功能（如关闭推荐服务，保留购物车）。
  • 工具：Hystrix Fallback、Sentinel降级规则。

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实践理解

package com.xiaohan.service;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.cloud.client.ServiceInstance;
import org.springframework.cloud.client.discovery.DiscoveryClient;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.client.RestClientException;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

import java.net.URI;
import java.util.List;

/**
 * @program: SpringCloud_Demo
 * @description: 模拟故障转移策略
 * @author: 韩小豪
 * @create: 2025-01-04 14:40
 **/

/**
 * 故障转移策略：通过循环+try-catch语句块实现
 * 当从目标服务的集群中获取到的可用服务实例宕机后，切换到下一个可用服务地址
 */
@RestController
@Slf4j
public class FailOver {

	@Autowired
	private DiscoveryClient discoveryClient;

	@Bean
	public RestTemplate getRestTemplate() {
		return new RestTemplate();
	}
	@Autowired
	private RestTemplate restTemplate;

	@RequestMapping("/failOver")
	public String failOver() {

		//从服务注册中心获取目标服务的所有可用实例
		List<ServiceInstance> serviceInstances = discoveryClient.getInstances("Member-Service");

		for (ServiceInstance serviceInstance : serviceInstances) {
			//获取目标服务的可用实例
			//获取目标接口的地址
			URI uri = serviceInstance.getUri();    //目标服务在注册中心的地址
			String targetUrl = uri + "/getMember"; //接口地址
			try {
				//通过RestTemplate模板实现RPC远程调用：调用失败将抛出RestClientException异常
				return "订单服务调用会员服务接口:" + restTemplate.getForObject(targetUrl, String.class);   //调用后的返回值结果为String类型
			} catch (RestClientException e) {
				log.error("RPC远程调用故障:{}", e.getMessage());
			}
			//执行完try-catch语句块还没有return的话则继续执行for循环
		}

		//易理解版本
//		for (ServiceInstance serviceInstance : serviceInstances) {
//			String targetUrl1 = "http://" + serviceInstance.getHost() + ":" + serviceInstance.getPort() + "/" + "getMember";
//			try {
//				ResponseEntity<String> response = restTemplate.getForEntity(targetUrl1, String.class);
//				if (response.getBody() == null) {   //表明调用失败：目标服务突然宕机
//					continue;  //中断循环，寻找下一个可用服务的实例
//				}
//				return "订单服务调用会员服务接口:" + response.getBody();
//			} catch (Exception e) {
//				log.error("RPC远程调用故障:{}", e.getMessage());
//			}
//		}

		//循环退出后代表RPC远程调用失败
		return "fail";
	}
}