微服务架构之雪崩效应
一、概述
二、原因
三、解决方案
四、总结
概述
在密码学中，雪崩效应（avalanche effect）指加密算法（尤其是块密码和加密散列函数）的一种理想属性。雪崩效应是指当输入发生最微小的改变（例如，反转一个二进制位）时，也会导致输出的不可区分性改变（输出中每个二进制位有50%的概率发生反转）。合格块密码中，无论密钥或明文的任何细微变化都必须引起密文的不可区分性改变。该术语最早由Horst Feistel使用，[1]尽管其概念最早可以追溯到克劳德·香农提出的扩散（diffusion）。
- 维基百科
那么，在微服务体系中，雪崩效应又指的是什么呢？
在微服务系统中，整个系统是以一系列固有功能的微服务组成，如果某一个服务，因为流量异常或者其他原因，导致响应异常，那么同样的也会影响到调用该服务的其他服务，从而引起了一系列连锁反应，最终导致整个系统崩溃。
如上图所示，服务A、B、C串行调用，如果在某一时刻，ServerC出现异常，且暂时没有恢复，那么逐渐的，ServerB和ServerA也会出现异常，从而使得整个调用链异常，不能正常提供服务。
原因
常见的原因如下：
- 流量突增
节假日访问量变大，常见于工具类APP，如美图秀秀
活动原因导致访问量变大 - 程序bug
内存泄漏
线程池中的线程使用之后未释放等 - 硬件或者网络异常
机器硬盘故障
所在的网段发生异常 - 同步等待
因为程序设计原因，整个请求都在同步进行，后面的请求只有在前面的请求完成之后，才能被执行 - 缓存击穿
常见于秒杀系统或者热门事件，短时间内大量缓存失效时大量的缓存不命中，使请求直击后端，造成服务提供者超负荷运行，引起服务不可用。
在正常情况下，整个微服务系统运行正常(以绿色表示)，如下图所示：
在某一时刻，serverE出现了异常，如下图所示：
因为服务E的异常，导致serverD在接收和处理请求上面也出现了异常，如下图：
久而久之，因为serverD的异常，也影响了serverA、serverB和serverC。也就是说因为serverE的异常，间接影响了serverA、serverB、serverC和serverD，从而整个系统出现了崩溃，这就是所谓的雪崩效应。
解决方案
微服务系统，是一个复杂的系统，呈网状调用结构，其每个微服务的实例成百上千，很难或者不可能去完全避免某个实例出现异常，这就使得异常在某个特定情况或者特定压力下才会出现，那么避免雪崩效应，除了要求开发人员有扎实的开发功底外，还得需要依赖其他方式来有效的进行避免或者应对雪崩效应。
01限流
通过限制调用端的流量数来达到限流的目的。比如控制实例每秒钟的处理请求量，即控制QPS。常见的QPS控制方法有令牌桶算法，如下图所示(图片来自于网络)
02熔断
在调用端即上游服务控制对下游服务的熔断功能，在上游服务中，如果发现下游服务在一定时间内，其超时率达到了某个阈值，则开启熔断机制，即不对下游服务进行调用，或者只进行一定比例的调用，而对于剩下的流量，则直接返回空响应或者返回默认响应。
03降级
分为服务内降级和服务外降级两种。
服务内降级：指的是当本服务响应比较慢的时候，主动停掉本服务内一些不重要的业务，从而释放机器资源给重要的业务。
服务外降级：当下游服务响应慢或者无响应的时候，上游服务主动调用备用逻辑，停掉对下游服务的调用。
如下图所示，当serverD异常的时候，断开serverA对serverD的调用。
04扩容
在流量突增的时候，微服务系统内某个实例因为机器资源或者别的原因，响应比较慢，这就是需要对该实例进行临时扩容，现在扩容方案比较成熟，比如docker方式等等，具体依赖于服务的实际部署方式，此处不再赘述。
05增加Cache
对下游服务正常响应的数据进行缓存，之后一段时间内直接向上游返回缓存中的数据。这样可以有效降低对下游服务质量的敏感度，在一定程度上提升服务的稳定性。
06流量控制
评估服务的最大并发，在上线之前，先对服务进行压测，了解其性能以及QPS等，无论程序是同步还是异步，用户都可以通过 最大QPS * 非拥塞时的延时（秒）来评估最大并发，原理见little's law。
总结
雪崩效应，在微服务系统中，是一个很常见的现象，对于其解决或者避免方式，每个开发人员的理解见仁见智，但方案无非就是以上几种，具体使用哪种，则依赖于具体的场景。
比如，笔者从业于某互联网公司的广告相关业务，在节假日的时候，流量会较平时增加，也遇到过因为流量变大导致的整个系统短时间内访问异常的情况，解决方案有以下几种：
1、提前扩容，针对可能存在性能瓶颈的服务实例，节前提前扩容，做到临时以防万一。
2、服务降级，对于广告业务线中收入占比不是很大或者耗时比较久的业务，不对其进行调用或者降低调用请求量从而使得整个系统的rt尽可能的小，以能够接受更多的请求去处理重要业务线
