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  • Sentinel源码解析一（流程总览）

    引言

    Sentinel作为ali开源的一款轻量级流控框架，主要以流量为切入点，从流量控制、熔断降级、系统负载保护等多个维度来帮助用户保护服务的稳定性。相比于Hystrix，Sentinel的设计更加简单，在 Sentinel中资源定义和规则配置是分离的，也就是说用户可以先通过Sentinel API给对应的业务逻辑定义资源（埋点），然后在需要的时候再配置规则，通过这种组合方式，极大的增加了Sentinel流控的灵活性。

    引入Sentinel带来的性能损耗非常小。只有在业务单机量级超过25W QPS的时候才会有一些显著的影响（5% - 10% 左右），单机QPS不太大的时候损耗几乎可以忽略不计。

    Sentinel提供两种埋点方式:

    • try-catch 方式（通过 SphU.entry(...)），用户在 catch 块中执行异常处理 / fallback
    • if-else 方式（通过 SphO.entry(...)），当返回 false 时执行异常处理 / fallback

    写在前面

    在此之前，需要先了解一下Sentinel的工作流程
    在 Sentinel 里面，所有的资源都对应一个资源名称（resourceName），每次资源调用都会创建一个 Entry 对象。Entry 可以通过对主流框架的适配自动创建，也可以通过注解的方式或调用 SphU API 显式创建。Entry 创建的时候，同时也会创建一系列功能插槽（slot chain），这些插槽有不同的职责，例如默认情况下会创建一下7个插槽：

    • NodeSelectorSlot 负责收集资源的路径，并将这些资源的调用路径，以树状结构存储起来，用于根据调用路径来限流降级；
    • ClusterBuilderSlot 则用于存储资源的统计信息以及调用者信息，例如该资源的 RT, QPS, thread count 等等，这些信息将用作为多维度限流，降级的依据；
    • StatisticSlot 则用于记录、统计不同纬度的 runtime 指标监控信息；
    • FlowSlot 则用于根据预设的限流规则以及前面 slot 统计的状态，来进行流量控制；
    • AuthoritySlot 则根据配置的黑白名单和调用来源信息，来做黑白名单控制；
    • DegradeSlot 则通过统计信息以及预设的规则，来做熔断降级；
    • SystemSlot 则通过系统的状态，例如 load1 等，来控制总的入口流量

    注意：这里的插槽链都是一一对应资源名称的

    上面的所介绍的插槽（slot chain）是Sentinel非常重要的概念。同时还有一个非常重要的概念那就是Node，为了帮助理解，尽我所能画了下面这张图，可以看到整个结构非常的像一棵树：

    简单解释下上图：

    • 顶部蓝色的node节点为根节点，全局唯一
    • 下面黄色的节点为入口节点，每个CentextName(上下文名称)一一对应一个
      • 可以有多个子节点（对应多种资源）
    • 中间绿色框框中的节点都是属于同一个资源的(相同的ResourceName)
    • 最底下紫色的节点是集群节点，可以理解成绿色框框中Node资源的整合
    • 最右边的指的是不同的来源（origin）流量，同一个EntranceNode可以有多个来源

    以上2个概念务必要理清楚，之后再一步一步看源码会比较清晰

    下面我们将从入口源码开始一步一步分析整个调用过程：

    源码分析

    下面的是一个Sentinel使用的示例代码，我们就从这里切入开始分析

    // 创建一个名称为entrance1，来源为appA 的上下文Context
ContextUtil.enter("entrance1", "appA");
// 创建一个资源名称nodeA的Entry
 Entry nodeA = SphU.entry("nodeA");
 if (nodeA != null) {
    nodeA.exit();
 }
 // 清除上下文
 ContextUtil.exit();

    ContextUtil.enter("entrance1", "appA")

    public static Context enter(String name, String origin) {
	  // 判断上下文名称是否为默认的名称（sentinel_default_context） 是的话直接抛出异常
    if (Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME.equals(name)) {
        throw new ContextNameDefineException(
            "The " + Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME + " can't be permit to defined!");
    }
    return trueEnter(name, origin);
}

protected static Context trueEnter(String name, String origin) {
	  // 先从ThreadLocal中尝试获取，获取到则直接返回
    Context context = contextHolder.get();
    if (context == null) {
        Map<String, DefaultNode> localCacheNameMap = contextNameNodeMap;
        // 尝试从缓存中获取该上下文名称对应的 入口节点
        DefaultNode node = localCacheNameMap.get(name);
        if (node == null) {
      		 // 判断缓存中入口节点数量是否大于2000
            if (localCacheNameMap.size() > Constants.MAX_CONTEXT_NAME_SIZE) {
                setNullContext();
                return NULL_CONTEXT;
            } else {
                try {
                		// 加锁
                    LOCK.lock();
                    // 双重检查锁
                    node = contextNameNodeMap.get(name);
                    if (node == null) {
                    	 // 判断缓存中入口节点数量是否大于2000
                        if (contextNameNodeMap.size() > Constants.MAX_CONTEXT_NAME_SIZE) {
                            setNullContext();
                            return NULL_CONTEXT;
                        } else {
                            // 根据上下文名称生成入口节点（entranceNode）
                            node = new EntranceNode(new StringResourceWrapper(name, EntryType.IN), null);
                            // 加入至全局根节点下
                            Constants.ROOT.addChild(node);
                            // 加入缓存中
                            Map<String, DefaultNode> newMap = new HashMap<>(contextNameNodeMap.size() + 1);
                            newMap.putAll(contextNameNodeMap);
                            newMap.put(name, node);
                            contextNameNodeMap = newMap;
                        }
                    }
                } finally {
                    LOCK.unlock();
                }
            }
        }
        // 初始化上下文对象
        context = new Context(node, name);
        context.setOrigin(origin);
        // 设置到当前线程中
        contextHolder.set(context);
    }

    return context;
}

    主要做了2件事情

    1. 根据ContextName生成entranceNode，并加入缓存，每个ContextName对应一个入口节点entranceNode
    2. 根据ContextName和entranceNode初始化上下文对象，并将上下文对象设置到当前线程中

    这里有几点需要注意：

    1. 入口节点数量不能大于2000，大于会直接抛异常
    2. 每个ContextName对应一个入口节点entranceNode
    3. 每个entranceNode都有共同的父节点。也就是根节点

    Entry nodeA = SphU.entry("nodeA")

    // SphU.class
public static Entry entry(String name) throws BlockException {
    // 默认为 出口流量类型，单位统计数为1
    return Env.sph.entry(name, EntryType.OUT, 1, OBJECTS0);
}

// CtSph.class
public Entry entry(String name, EntryType type, int count, Object... args) throws BlockException {
    // 生成资源对象
    StringResourceWrapper resource = new StringResourceWrapper(name, type);
    return entry(resource, count, args);
}
public Entry entry(ResourceWrapper resourceWrapper, int count, Object... args) throws BlockException {
    return entryWithPriority(resourceWrapper, count, false, args);
}

    上面的代码比较简单，不指定EntryType的话，则默认为出口流量类型，最终会调用entryWithPriority方法，主要业务逻辑也都在这个方法中

    • entryWithPriority方法
    private Entry entryWithPriority(ResourceWrapper resourceWrapper, int count, boolean prioritized, Object... args)
    throws BlockException {
    // 获取当前线程上下文对象
    Context context = ContextUtil.getContext();
    // 上下文名称对应的入口节点是否已经超过阈值2000，超过则会返回空 CtEntry
    if (context instanceof NullContext) {
        return new CtEntry(resourceWrapper, null, context);
    }

    if (context == null) {
        // 如果没有指定上下文名称，则使用默认名称，也就是默认入口节点
        context = InternalContextUtil.internalEnter(Constants.CONTEXT_DEFAULT_NAME);
    }

    // 全局开关
    if (!Constants.ON) {
        return new CtEntry(resourceWrapper, null, context);
    }
    // 生成插槽链
    ProcessorSlot<Object> chain = lookProcessChain(resourceWrapper);

    /*
     * 表示资源(插槽链)超过6000，因此不会进行规则检查。
     */
    if (chain == null) {
        return new CtEntry(resourceWrapper, null, context);
    }
    // 生成 Entry 对象
    Entry e = new CtEntry(resourceWrapper, chain, context);
    try {
        // 开始执行插槽链 调用逻辑
        chain.entry(context, resourceWrapper, null, count, prioritized, args);
    } catch (BlockException e1) {
        // 清除上下文
        e.exit(count, args);
        throw e1;
    } catch (Throwable e1) {
        // 除非Sentinel内部存在错误，否则不应发生这种情况。
        RecordLog.info("Sentinel unexpected exception", e1);
    }
    return e;
}

    这个方法可以说是涵盖了整个Sentinel的核心逻辑

    1. 获取上下文对象，如果上下文对象还未初始化，则使用默认名称初始化。初始化逻辑在上文已经分析过
    2. 判断全局开关
    3. 根据给定的资源生成插槽链，插槽链是跟资源相关的，Sentinel最关键的逻辑也都在各个插槽中。初始化的逻辑在lookProcessChain(resourceWrapper);中，下文会分析
    4. 依顺序执行每个插槽逻辑

    lookProcessChain(resourceWrapper)方法

    lookProcessChain方法为指定资源生成插槽链，下面我们来看下它的初始化逻辑

    ProcessorSlot<Object> lookProcessChain(ResourceWrapper resourceWrapper) {
    // 根据资源尝试从全局缓存中获取
    ProcessorSlotChain chain = chainMap.get(resourceWrapper);
    if (chain == null) {
        // 非常常见的双重检查锁
        synchronized (LOCK) {
            chain = chainMap.get(resourceWrapper);
            if (chain == null) {
                // 判断资源数是否大于6000
                if (chainMap.size() >= Constants.MAX_SLOT_CHAIN_SIZE) {
                    return null;
                }
                // 初始化插槽链
                chain = SlotChainProvider.newSlotChain();
                Map<ResourceWrapper, ProcessorSlotChain> newMap = new HashMap<ResourceWrapper, ProcessorSlotChain>(
                    chainMap.size() + 1);
                newMap.putAll(chainMap);
                newMap.put(resourceWrapper, chain);
                chainMap = newMap;
            }
        }
    }
    return chain;
}
    1. 根据资源尝试从全局缓存中获取插槽链。每个资源对应一个插槽链（资源嘴多只能定义6000个）
    2. 初始化插槽链上的插槽（SlotChainProvider.newSlotChain()方法中）

    下面我们看下初始化插槽链上的插槽的逻辑

    SlotChainProvider.newSlotChain()

    public static ProcessorSlotChain newSlotChain() {
    // 判断是否已经初始化过
    if (builder != null) {
        return builder.build();
    }
	  // 加载 SlotChain 
    resolveSlotChainBuilder();
    // 加载失败则使用默认 插槽链 
    if (builder == null) {
        RecordLog.warn("[SlotChainProvider] Wrong state when resolving slot chain builder, using default");
        builder = new DefaultSlotChainBuilder();
    }
    // 构建完成
    return builder.build();
}

/**
 * java自带 SPI机制 加载 slotChain
 */
private static void resolveSlotChainBuilder() {
    List<SlotChainBuilder> list = new ArrayList<SlotChainBuilder>();
    boolean hasOther = false;
    // 尝试获取自定义SlotChainBuilder，通过JAVA SPI机制扩展
    for (SlotChainBuilder builder : LOADER) {
        if (builder.getClass() != DefaultSlotChainBuilder.class) {
            hasOther = true;
            list.add(builder);
        }
    }
    if (hasOther) {
        builder = list.get(0);
    } else {
        // 未获取到自定义 SlotChainBuilder 则使用默认的
        builder = new DefaultSlotChainBuilder();
    }

    RecordLog.info("[SlotChainProvider] Global slot chain builder resolved: "
        + builder.getClass().getCanonicalName());
}
    1. 首先会尝试获取自定义的SlotChainBuilder来构建插槽链，自定义的SlotChainBuilder可以通过JAVA SPI机制来扩展
    2. 如果未配置自定义的SlotChainBuilder，则会使用默认的DefaultSlotChainBuilder来构建插槽链，DefaultSlotChainBuilder所构建的插槽就是文章开头我们提到的7种Slot。每个插槽都有其对应的职责，各司其职，后面我们会详细分析这几个插槽的源码，及所承担的职责。

    总结

    文章开头的提到的两个点(插槽链和Node)，这是Sentinel的重点，理解这两点对于阅读源码来说事半功倍

    Sentinel系列
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