如何轻松应对偶发异常
作者：亦盏
在之前的文章中，我们已经介绍了如何通过 MSE 提供的无损上下线和全链路灰度这两个功能来消除变更态的风险，相信您已经能够在变更时得心应手。但是在应用运行过程中突然遇到流量洪峰、黑产刷单、外部依赖故障、慢 SQL 等偶发异常时，您如何能够继续轻松应对呢？
本文将通过介绍 MSE 微服务治理在三月的最新功能来告诉您答案。文章主要分为三部分，首先是 MSE 微服务治理的简介，然后是 MSE 全面消除变更态风险的回顾 ，最后是如何借助 MSE 微服务治理轻松应对线上偶发异常。
MSE 微服务治理简介
首先看一下微服架构的总览，相信读者朋友们对微服务都不陌生。在 JAVA 中比较主流的微服务框架就是 Dubbo 和 Spring Cloud，同时现在也有很多公司采用 Go、Rust 这些语言去构建自己的微服务。下图中浅绿色的这一部分都是纯开源的内容，除了微服务框架本身外，还包含了服务注册发现、服务配置中心、负载均衡等一系列的组件。
大家也发现，在微服务实施的过程中，随着微服务的增多、调用链路的复杂化，出问题和故障的可能性都在增加，问题定位的难度也成倍上升。比如说在可观测领域，需要使用到应用监控、链路追踪、日志管理等功能，才能放心地将应用部署到线上，以免出现问题无法定位。
更进一步，微服务本身更需要引入微服务治理。在开发态，需要通过服务 mock、服务测试、服务元数据等治理功能去保证微服务的快速迭代；在变更态，需要借助无损上下线和全链路灰度功能去保证发布时的稳定性，以及业务的连续性；在运行态，微服务可能遇到各式各样的偶发异常，需要借助治理功能去实现流量的自愈，保证我们的业务稳定、流畅地运行。很难想象一个线上的微服务应用没有治理是个什么场景，可以说是无 治理、不生产。
随着使用微服务架构的公司越来越多，大家也都意识到微服务治理非常重要，但是在实施微服务治理的过程中，大家还是遇到了比较多的痛点和难点。我们总结了一下，企业在实施微服务的过程中遇到的三类问题，分别是稳定、成本和安全。
首先是稳定的问题
微服务在发布的过程中特别容易出现问题，每次发布都得熬夜以避开业务高峰期，而且还是免不了出现业务中断。
当遇到难得的业务爆发式增长时，应用因为无法承载流量高峰导致整体宕机，错失了业务爆发的机会。
在出现一些偶发异常的时候，应用没有完善的防护和治愈手段，可能会因为偶发的小异常，不断的滚雪球，最终去拖垮我们整个集群和整个服务。
遇到偶发问题的无法准确定位和彻底解决，只能重启方式规避，从而使得我们微服务的隐患越积越多，风险越来越大。
第二是成本的问题
微服务治理功能在开源没有完善的解决方案，这个时候可能是需要去招聘大量精通微服务的人才，才能自建一套微服务治理体系，但是也无法覆盖完整的治理场景。这会使得人力成本非常高。
引入了微服务之后，基本都会有一些敏捷开发、快速迭代的诉求。在这个过程中，需要维护多套环境以维持一个并行开发迭代的需求，这会使得机器成本非常高。
传统的开发模式，当需要引入一个治理功能升级的时候，需要先升级基础组件，再对所有的应用进行代码改造，依次发布才能完成升级，改造的周期长、风险大。这会使得时间成本非常高。
最后是安全的问题
经常会有一些开源的框架的安全漏洞被暴露出来，这个时候需要对依赖进行升级以修复 Bug，走一次完整的发布才能实现，成本高，时效性差。
零信任安全的解决方案正在被越来越多的公司采用，去保障整体的业务安全。不仅是在流量入口层对业务进行安全的保障，在应用间的内部调用也需要有完整的鉴权和保障机制。
那么 MSE 微服务治理是怎么去解决这三个问题的？
MSE 的微服务治理基于开源的 OpenSergo 标准实现了无侵入的微服务治理。对于使用者来说升级成本是零，业务是完全无侵入感知的。
目前已经可以做到是五分钟接入，半小时内就学会完整的使用，保障微服务应用在变更态和运行时的稳定性。因为 OpenSergo 是全面开源标准，不会有任何的厂商绑定的问题。
从上图中可以看出，微服务应用可以通过 Java Agent 或 Sidecar 的方式接入 MSE 微服务治理。在接入治理后，可以通过 MSE 微服引擎的控制面配置治理规则的配置。应用收到规则之后会实时生效，及时地保护应用。
全面消除变更态风险的回顾
现在来回顾一下，变更态存在哪些问题，以及 MSE 是如何全面消除变更态风险的。
首先问大家一个问题，当你的代码没有问题的时候，是不是在发布的过程中就一定不会影响到业务？ 答案其实是否定的，因为这个时候可能会遇到无损上下线的问题。
为什么会出现无损下线问题？第一个原因是服务消费者无法实时感知到服务提供者已经下线了，仍旧会去调用一个已经下线的地址，从而出现一个影响业务的报错。同时服务提供者也可能会在请求处理到一半的时候就直接停止了，从而导致业务报错，甚至出现数据不一致的问题。
为什么会出现无损上线的问题？一个新启动的节点，有可能在还没完全启动前就注册到注册中心了，进而导致这时候过来的流量无法被正确处理导致报错；另一种情况是，虽然应用启动完成了，但是还没有处理大流量的能力，可能直接被大流量压垮，需要先进行预热，才能处理大流量的请求。除此之外，目前 K8s 的普及率已经非常高了，如果微服务的生命周期没有与 K8s 生命周期做一个的 readiness 对齐的话，发布过程也容易出现无损上线问题。
当然更普遍的情况是，谁都不敢拍着胸脯保证我的代码没有问题。 如果没有稳定的灰度机制，对只有两个节点的应用来说，发布一台就会影响 50% 的业务。发现 bug 之后需要回顾，可怕的是回滚的速度还非常慢，甚至回滚的时候还出现了更大的问题。
那么 MSE 是如何去解决这两个问题的。首先我们看一下这个无损下线的这个问题。对于一个已经接入了 MSE 微服务治理的应用，无损下线功能是默认开启的，我们可以在 MSE 的控制台中看到无损下线的完整的流程。
首先在无损下线开始时，sc-B 这个服务的提供者 10.0.0.242 会提前向注册中心发起注销动作。
注销之后，10.0.0.242 会去主动去通知它的服务消费者当前节点已下线。上图中的例子，服务 sc-B 的消费者 10.0.0.248 和 10.0.0.220 这两个消费者收到了下线通知。
10.0.0.248 和 10.0.0.220 在收到下线通知后，都会把 10.0.0.242 的地址维护在 offlineServerIp 列表中，并且找到 sc-B 对应的调用列表，在调用列表中移除 10.0.0.242 这个 IP
同时，10.0.0.242 在停止的过程中会做一个自适应的等待，确保所有在途请求都处理完毕才停止应用。
我们再看一下这个无损上线的这个问题。对于一个已经接入了 MSE 微服务治理的应用，可以通过控制台开启无损上线功能，开启后，我们可以在 MSE 的控制台中看到无损上线的完整的流程。
从上图中我们可以看到，应用配置的延迟注册时间是 10S，预热时间是 120S，预热曲线是拟合二次曲线。根据 QPS 数据可以看到，应用在注册完成之后才有流量进入，同时在预热开始后 120S 内，流量是一个缓慢上升的过程，直到预热结束之后，流量才开始进入平稳的状态。
看完了在代码没问题的情况下如何保证变更态的稳定性，我们在看看当代码可能存在问题的时候，如何保障变更态的稳定性。
拿一个简单的架构作为例子，微服务的整体调用链路是网关调用 A，A 调用 B ，B 再调用 C 这么一个链路。某次迭代中，有个特性的修改需要同时修改 A 和 C 这两个应用。
在发布的过程中，需要通过全链路灰度发布来验证 A 的新版本和 C 的新版本的正确性。假设 x-user-id 为 120 的用户是我们一个不那么重要的用户。那么我们可以配置只有 x-user-id 为 120 的这一个用户，他才会访问新版本。
在具体的调用中，网关会先访问 A 的灰度版本，A 在调用 B 的时候发现 B 没有一个灰度的版本，所以只是 fall back 到 B 的基线版本。但是 B 在调用 C 的时候，还是记住了 x-user-id 为 120 的流量属于一个灰度流量。同时又发现 C 存在灰度节点，流量还是会重新回到 C 的灰度节点。
如上图所示，可以通过 MSE 全链路灰度控制新版本的影响面。将参与到全链路灰度的应用添加到泳道组后，配置如上图所示的规则，只有 x-user-id 为 120 的这个用户他才会被路由到新版本。也就是说即使这个新版本问题再大，那只是这一个用户会受到影响。同时做一个回滚的动作也是非常方便的，只需要把灰度规则关闭或者删除即可，就不会有流量被路由到新版版本。经过灰度的谨慎验证后，可以视情况继续扩大灰度的影响面，或者直接全量发布，从而实现安全的版本变更。
刚才我们也提到过，全链路灰度其实是一个非常复杂的过程，除了 RPC 的灰度外，还包含了前端灰度、消息灰度、异步任务灰度、数据库灰度等场景，这些场景 MSE 都做了一些探索和支持。以消息灰度为例， MSE 已经完整地支持了 RocketMQ 的灰度，实现了全链路灰度的闭环，是一个久经生产考验的全链路灰度。
以上是 MSE 全面消除变更态风险的回顾。
如何轻松应对偶发异常
在回顾了一下 MSE 是如何做到全面消除变更态风险之后。我们来看一下 MSE 微服务治理在三月份新上线的这些功能，如何帮助大家轻松应对偶发异常。
我们做了大致的总结和归类，将偶发异常的情况分为了两部分：异常流量和不稳定服务依赖。
接下来我们将面向这两个大类下五个小类的场景，来阐述如何借助 MSE 微服务治理三月份发布的新功能去解决这些偶发异常的。
接口限流
首先我们看一下激增流量这一块。拿一个具体的场景来说，业务方精心准备了一个大促活动，活动非常火爆，在活动开始的一瞬间，远远超过系统承载预期的用户进来抢购秒杀，如果没有微服务治理能力，服务可能由于扛不住流量直接被打挂，甚至在重启的过程还不断被打挂。精心准备的活动由于系统宕机导致效果非常差，在遇到难得的业务爆发式增长机会时，却因为应用的宕机错失了爆发的机会。
在这个场景下，可以借助 MSE 的流控能力对关键接口配置流控规则保护应用整体的可用性。只让容量范围内的请求被处理，超出容量范围外的请求被拒绝，相当于这是一个安全气囊的作用。
如上图所示， /a 这个接口是我们应用的关键接口，我们识别到单机阈值是 200 后，配置上流控防护规则，使得这个关键接口最大的通过 QPS 是 200，超出阈值的流量会直接被拒绝，从而保护应用整体的可用性。
精准限流
接下来我们再看一下精准限流，拿一个具体的场景来说，由于在配置优惠活动的时候没有配置好最大次数，或者存在规则上的漏洞。在被黑产发现后不断地进行在刷单，业务损失严重。在这个场景下，我们可以借助 MSE 的精准限流能力实现防黑产刷单。
MSE 的精准限流可以在 API 的维度基础上，基于流量的特征值来进行限流，比如根据调用端的 IP，参数中的某一个参数的值，或者说 HTTP 请求里 header 的特征等。
如上图所示，当我们识别到黑产用户的特征之后，可以根据 header 里面 key 为 user-id 的值来进行精准的业务限流，这里配置的规则为每天只能通过一次，也就意味着黑产流量被识别到之后，一天内超出一次的调用都会被拒绝，这样就能有效地防止黑产刷单保护业务。
并发隔离
第三部分是并发隔离，拿一个具体的场景来说，假设我们的应用依赖了一个第三方的支付渠道，但是因为渠道本身的原因出现了大量的慢调用，进而导致了应用全部的线程池都被调用该支付渠道的调用占满了，没有线程去处理其他正常的业务流程。而且这个第三方的支付其实只是我们其中的一个支付渠道。我们其他的支付渠道都是正常的。
MSE 可以对应用作为客户端的流量进行并发隔离，限制同时调用这个第三方支付渠道的最大并发数，从而留下充足的资源来处理正常的业务流量。
如上图所示，我们配置了并发数阈值是 5，每个应用节点最多同时存在 5 个并发去调用第三方支付服务，当调用数超过了 5 的时候，请求在发起前就会直接被拒绝。通过并发隔离，把不稳定的支付渠道隔离到有限的影响面，而不会挤占其他正常支付渠道的资源，这样来保障我们一个业务的稳定性。
SQL 防护
第四部分是 SQL 防护，拿一个具体的场景来说，应用更新后出现了慢 SQL 的语句，处理的时间比较长的，这个时候需要快速定位慢 SQL ，然后防止我们这个应用去被这个慢 SQL 拖垮了。或者在项目的初期可能没有对这个 SQL 的性能做一个很好的考量，然后随着业务的发展，业务量级的增加，然后导致线上遗留老 SQL 逐渐腐化，成为了一个慢 SQL。
MSE 的数据库治理功能，可以自动统计应用的 SQL 语句，以及 SQL 的 QPS、平均耗时 和最大并发等数据，并针对于 SQL 进行一个防护。
如上图所示，在平均耗时中找到慢 SQL，点击右边的 SQL 防护按钮，通过配置并发隔离规则来进行保护应用不被慢 SQL 拖垮。
服务熔断
最后我们再来看一下服务熔断。拿一个具体的场景来说，在业务高峰期查询积分服务达到性能瓶颈，导致响应速度慢、报错增多。但是它并不是一个关键的服务，这时不能因为无法查询积分余额而导致整个流程都无法进行。正确的逻辑应该是积分余额暂时不显示，但是除此之外其他主流程都能正常完成。
MSE 的服务熔断功能，可以很好地解决上述的问题。MSE 支持通过慢调用的比例，或者错误数去衡量一个服务是否处于正常状态，当识别到服务已经不正常的时候就自动触发熔断。熔断后消费者不会再去调用出问题的服务了，而是直接返回 Mock 值。
如上图所示，配置当异常比例超过 80% 的时候自动触发熔断，不再去调用不正常的服务。一方面消费者不再去调用不正常的弱依赖服务，不会因为弱依赖的问题导致主流程不正常。另一方面，熔断也给了不稳定的下游一些喘息的时间，让它有机会去恢复。
我们最后再来总结一下 MSE 微服治理是如何助您轻松应对线上偶发异常的，针对我们刚才总结的这五类场景：
当遇到激增流量的时候，我们应该使用接口限流。
当我们遇到黑产刷单等问题的时候，我们应该使用精准限流。
当第三方服务不响应，占满线程池的时候，我们应该使用并发隔离。
当应用存在慢 SQL 的时候，我们应该使用 SQL 防护。
当应用的弱依赖出现异常，影响我们核心业务流程的时候，我们应该使用服务熔断。
通过这五个功能，MSE 微服务治理可以助您去轻松去应对上述场景的一些偶发异常，后续 MSE 也会持续不断地去探索和拓展更多场景，更全面地保障您应用的运行时的稳定性。
结语
MSE 微服务治理致力于帮用户低成本构建安全、稳定的微服务。由于篇幅原因，更多的功能就不在这里给大家详细介绍了，关于 MSE 更多的详情，读者可以通过查看 MSE 帮助文档的了解详情。
MSE 帮助文档：
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阿里云云原生 2019-05-21 加入
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