這篇文章將通過一個真實(shí)的線上事故，系統(tǒng)性地介紹：在微服務(wù)架構(gòu)下，該如何正確理解并設(shè)置 RPC 接口的超時時間，讓大家在開發(fā)服務(wù)端接口時有更全局的視野。

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上面這張監(jiān)控圖，對于服務(wù)端的研發(fā)同學(xué)來說再熟悉不過了。在日常的系統(tǒng)維護(hù)中，“服務(wù)超時”應(yīng)該屬于監(jiān)控報(bào)警最多的一類問題。

尤其在微服務(wù)架構(gòu)下，一次請求可能要經(jīng)過一條很長的鏈路，跨多個服務(wù)調(diào)用后才能返回結(jié)果。

當(dāng)服務(wù)超時發(fā)生時，研發(fā)同學(xué)往往要抽絲剝繭般去分析自身系統(tǒng)的性能以及依賴服務(wù)的性能，這也是為什么服務(wù)超時相對于服務(wù)出錯和服務(wù)調(diào)用量異常更難調(diào)查的原因。

本篇文章將分成以下四個部分：

• 從一次 RPC 接口超時引發(fā)的線上事故說起
• 超時的實(shí)現(xiàn)原理是什么?
• 設(shè)置超時時間到底是為了解決什么問題?
• 應(yīng)該如何合理的設(shè)置超時時間?

從一次 RPC 接口超時引發(fā)的線上事故說起

事故發(fā)生在電商 APP 的首頁推薦模塊，某天中午突然收到用戶反饋：APP 首頁除了 banner 圖和導(dǎo)航區(qū)域，下方的推薦模塊變成空白頁了(推薦模塊占到首頁 2/3 的空間，是根據(jù)用戶興趣由算法實(shí)時推薦的商品 list)。

上面的業(yè)務(wù)場景可以借助上圖的調(diào)用鏈來理解：

• APP 端發(fā)起一個 HTTP 請求到業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)。
• 業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān) RPC 調(diào)用推薦服務(wù)，獲取推薦商品 list。
• 如果第 2 步調(diào)用失敗，則服務(wù)降級，改成 RPC 調(diào)用商品排序服務(wù)，獲取熱銷商品 list 進(jìn)行托底。
• 如果第 3 步調(diào)用失敗，則再次降級，直接獲取 Redis 緩存中的熱銷商品 list。

粗看起來，兩個依賴服務(wù)的降級策略都考慮進(jìn)去了，理論上就算推薦服務(wù)或者商品排序服務(wù)全部掛掉，服務(wù)端都應(yīng)該可以返回?cái)?shù)據(jù)給 APP 端。

但是 APP 端的推薦模塊確實(shí)出現(xiàn)空白了，降級策略可能并未生效，下面詳細(xì)說下定位過程。

問題定位過程

第 1 步：APP 端通過抓包發(fā)現(xiàn)：HTTP 請求存在接口超時(超時時間設(shè)置的是 5 秒)。

第 2 步：業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)通過日志發(fā)現(xiàn)：調(diào)用推薦服務(wù)的 RPC 接口出現(xiàn)了大面積超時(超時時間設(shè)置的是 3 秒)。

錯誤信息如下：

第 3 步：推薦服務(wù)通過日志發(fā)現(xiàn)：Dubbo 的線程池耗盡。

錯誤信息如下：

通過以上 3 步，基本就定位到了問題出現(xiàn)在推薦服務(wù)，后來進(jìn)一步調(diào)查得出：是因?yàn)橥扑]服務(wù)依賴的 Redis 集群不可用導(dǎo)致了超時，進(jìn)而導(dǎo)致線程池耗盡。

詳細(xì)原因這里不作展開，跟本文要討論的主題相關(guān)性不大。

降級策略未生效的原因分析

下面再接著分析下：當(dāng)推薦服務(wù)調(diào)用失敗時，為什么業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的降級策略沒有生效呢?理論上來說，不應(yīng)該降級去調(diào)用商品排序服務(wù)進(jìn)行托底嗎?

最終跟蹤分析找到了根本原因：APP 端調(diào)用業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的超時時間是 5 秒，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)調(diào)用推薦服務(wù)的超時時間是 3 秒，同時還設(shè)置了 3 次超時重試。

這樣當(dāng)推薦服務(wù)調(diào)用失敗進(jìn)行第 2 次重試時，HTTP 請求就已經(jīng)超時了，因此業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的所有降級策略都不會生效。

下面是更加直觀的示意圖：

解決方案

解決方案如下：

• 將業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)調(diào)用推薦服務(wù)的超時時間改成了 800ms(推薦服務(wù)的 TP99 大約為 540ms)，超時重試次數(shù)改成了 2 次。
• 將業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)調(diào)用商品排序服務(wù)的超時時間改成了 600ms(商品排序服務(wù)的 TP99 大約為 400ms)，超時重試次數(shù)也改成了 2 次。

關(guān)于超時時間和重試次數(shù)的設(shè)置，需要考慮整個調(diào)用鏈中所有依賴服務(wù)的耗時、各個服務(wù)是否是核心服務(wù)等很多因素。這里先不作展開，后文會詳細(xì)介紹具體方法。

超時的實(shí)現(xiàn)原理是什么?

只有了解了 RPC 框架的超時實(shí)現(xiàn)原理，才能更好地去設(shè)置它。不論是 Dubbo、Spring Cloud 或者大廠自研的微服務(wù)框架(比如京東的 JSF)，超時的實(shí)現(xiàn)原理基本類似。

下面以 Dubbo 2.8.4 版本的源碼為例來看下具體實(shí)現(xiàn)。熟悉 Dubbo 的同學(xué)都知道，可在兩個地方配置超時時間：分別是 Provider(服務(wù)端，服務(wù)提供方)和 Consumer(消費(fèi)端，服務(wù)調(diào)用方)。

服務(wù)端的超時配置是消費(fèi)端的缺省配置，也就是說只要服務(wù)端設(shè)置了超時時間，則所有消費(fèi)端都無需設(shè)置，可通過注冊中心傳遞給消費(fèi)端。

這樣：一方面簡化了配置，另一方面因?yàn)榉?wù)端更清楚自己的接口性能，所以交給服務(wù)端進(jìn)行設(shè)置也算合理。

Dubbo 支持非常細(xì)粒度的超時設(shè)置，包括：方法級別、接口級別和全局。如果各個級別同時配置了，優(yōu)先級為：消費(fèi)端方法級>服務(wù)端方法級>消費(fèi)端接口級>服務(wù)端接口級>消費(fèi)端全局>服務(wù)端全局。

通過源碼，我們先看下服務(wù)端的超時處理邏輯：

可以看到，服務(wù)端即使超時，也只是打印了一個 warn 日志。因此，服務(wù)端的超時設(shè)置并不會影響實(shí)際的調(diào)用過程，就算超時也會執(zhí)行完整個處理邏輯。

再來看下消費(fèi)端的超時處理邏輯：

FailoverCluster 是集群容錯的缺省模式，當(dāng)調(diào)用失敗后會切換成調(diào)用其他服務(wù)器。

再看下 doInvoke 方法，當(dāng)調(diào)用失敗時，會先判斷是否是業(yè)務(wù)異常，如果是則終止重試，否則會一直重試直到達(dá)到重試次數(shù)。

繼續(xù)跟蹤 Invoker 的 Invoke 方法，可以看到在請求發(fā)出后通過 Future 的 get 方法獲取結(jié)果。

源碼如下：

進(jìn)入方法后開始計(jì)時，如果在設(shè)定的超時時間內(nèi)沒有獲得返回結(jié)果，則拋出 TimeoutException。

因此，消費(fèi)端的超時邏輯同時受到超時時間和超時次數(shù)兩個參數(shù)的控制，像網(wǎng)絡(luò)異常、響應(yīng)超時等都會一直重試，直到達(dá)到重試次數(shù)。

設(shè)置超時時間是為了解決什么問題?

RPC 框架的超時重試機(jī)制到底是為了解決什么問題呢?從微服務(wù)架構(gòu)這個宏觀角度來說，它是為了確保服務(wù)鏈路的穩(wěn)定性，提供了一種框架級的容錯能力。

微觀上如何理解呢?可以從下面幾個具體 case 來看：

①Consumer 調(diào)用 Provider，如果不設(shè)置超時時間，則 Consumer 的響應(yīng)時間肯定會大于 Provider 的響應(yīng)時間。

當(dāng) Provider 性能變差時，Consumer 的性能也會受到影響，因?yàn)樗仨殶o限期地等待 Provider 的返回。

假如整個調(diào)用鏈路經(jīng)過了 A、B、C、D 多個服務(wù)，只要 D 的性能變差，就會自下而上影響到 A、B、C，最終造成整個鏈路超時甚至癱瘓，因此設(shè)置超時時間是非常有必要的。

②假設(shè) Consumer 是核心的商品服務(wù)，Provider 是非核心的評論服務(wù)，當(dāng)評價服務(wù)出現(xiàn)性能問題時，商品服務(wù)可以接受不返回評價信息，從而保證能繼續(xù)對外提供服務(wù)。

這樣情況下，就必須設(shè)置一個超時時間，當(dāng)評價服務(wù)超過這個閾值時，商品服務(wù)不用繼續(xù)等待。

③Provider 很有可能是因?yàn)槟硞€瞬間的網(wǎng)絡(luò)抖動或者機(jī)器高負(fù)載引起的超時，如果超時后直接放棄，某些場景會造成業(yè)務(wù)損失(比如庫存接口超時會導(dǎo)致下單失敗)。

因此，對于這種臨時性的服務(wù)抖動，如果在超時后重試一下是可以挽救的，所以有必要通過重試機(jī)制來解決。

但是引入超時重試機(jī)制后，并非一切就完美了。它同樣會帶來副作用，這些是開發(fā) RPC 接口必須要考慮，同時也是最容易忽視的問題：

①重復(fù)請求：有可能 Provider 執(zhí)行完了，但是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)抖動 Consumer 認(rèn)為超時了，這種情況下重試機(jī)制就會導(dǎo)致重復(fù)請求，從而帶來臟數(shù)據(jù)問題，因此服務(wù)端必須考慮接口的冪等性。

②降低 Consumer 的負(fù)載能力：如果 Provider 并不是臨時性的抖動，而是確實(shí)存在性能問題，這樣重試多次也是沒法成功的，反而會使得 Consumer 的平均響應(yīng)時間變長。

比如正常情況下 Provider 的平均響應(yīng)時間是 1s，Consumer 將超時時間設(shè)置成 1.5s，重試次數(shù)設(shè)置為 2 次。

這樣單次請求將耗時 3s，Consumer 的整體負(fù)載就會被拉下來，如果 Consumer 是一個高 QPS 的服務(wù)，還有可能引起連鎖反應(yīng)造成雪崩。

③爆炸式的重試風(fēng)暴：假如一條調(diào)用鏈路經(jīng)過了 4 個服務(wù)，最底層的服務(wù) D 出現(xiàn)超時，這樣上游服務(wù)都將發(fā)起重試。

假設(shè)重試次數(shù)都設(shè)置的 3 次，那么 B 將面臨正常情況下 3 倍的負(fù)載量，C 是 9 倍，D 是 27 倍，整個服務(wù)集群可能因此雪崩。

應(yīng)該如何合理的設(shè)置超時時間?

理解了 RPC 框架的超時實(shí)現(xiàn)原理和可能引入的副作用后，可以按照下面的方法進(jìn)行超時設(shè)置：

• 設(shè)置調(diào)用方的超時時間之前，先了解清楚依賴服務(wù)的 TP99 響應(yīng)時間是多少(如果依賴服務(wù)性能波動大，也可以看 TP95)，調(diào)用方的超時時間可以在此基礎(chǔ)上加 50%。
• 如果 RPC 框架支持多粒度的超時設(shè)置，則：全局超時時間應(yīng)該要略大于接口級別最長的耗時時間，每個接口的超時時間應(yīng)該要略大于方法級別最長的耗時時間，每個方法的超時時間應(yīng)該要略大于實(shí)際的方法執(zhí)行時間。
• 區(qū)分是可重試服務(wù)還是不可重試服務(wù)，如果接口沒實(shí)現(xiàn)冪等則不允許設(shè)置重試次數(shù)。注意：讀接口是天然冪等的，寫接口則可以使用業(yè)務(wù)單據(jù) ID 或者在調(diào)用方生成唯一 ID 傳遞給服務(wù)端，通過此 ID 進(jìn)行防重避免引入臟數(shù)據(jù)。
• 如果 RPC 框架支持服務(wù)端的超時設(shè)置，同樣基于前面3條規(guī)則依次進(jìn)行設(shè)置，這樣能避免客戶端不設(shè)置的情況下配置是合理的，減少隱患。
• 如果從業(yè)務(wù)角度來看，服務(wù)可用性要求不用那么高(比如偏內(nèi)部的應(yīng)用系統(tǒng))，則可以不用設(shè)置超時重試次數(shù)，直接人工重試即可，這樣能減少接口實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，反而更利于后期維護(hù)。
• 重試次數(shù)設(shè)置越大，服務(wù)可用性越高，業(yè)務(wù)損失也能進(jìn)一步降低，但是性能隱患也會更大，這個需要綜合考慮設(shè)置成幾次(一般是 2 次，最多 3 次)。
• 如果調(diào)用方是高 QPS 服務(wù)，則必須考慮服務(wù)方超時情況下的降級和熔斷策略。(比如超過 10% 的請求出錯，則停止重試機(jī)制直接熔斷，改成調(diào)用其他服務(wù)、異步 MQ 機(jī)制、或者使用調(diào)用方的緩存數(shù)據(jù))

總結(jié)

最后，再簡單總結(jié)下：RPC 接口的超時設(shè)置看似簡單，實(shí)際上有很大學(xué)問。不僅涉及到很多技術(shù)層面的問題(比如接口冪等、服務(wù)降級和熔斷、性能評估和優(yōu)化)，同時還需要從業(yè)務(wù)角度評估必要性。

知其然知其所以然，希望這些知識能讓你在開發(fā) RPC 接口時，有更全局的視野。