微服务循环依赖调用引发的血案-微服务循环依赖问题

最近的迭代转测后遇到了一个比较有意思的问题。在测试环境整体运行还算平稳，但是过一段时间之后，就开始有接口超时了，日志中出现非常多的 “java.net.SocketTimeoutException: Read timed out”。试了几次重启大法，每次都是只能坚持一会之后，再次出现 SocketTimeoutException。

注意：在测试环境于遇到问题重启服务，并不是一个好的实践，因为重启可能会让不容易出现的问题现场被破坏。如果问题在测试环境不能再重新，却在发版后出现在生产环境的话，那不仅会造成生产运维事件，还要在巨大的压力下去解决问题。

初步分析

顺着测试汇报的出现问题的场景，跟踪调用链上相关服务的日志，发现出现了微服务之间循依赖调用。大致情况可以抽象如下所示（图中所有调用都是 http 协议）：

Client 调用服务 Foo.hello()
Foo.hello() 逻辑中会调用服务 Boo.boo()
Boo.boo() 又调用回服务 Foo 的另外一个方法 another()

当然真实的场景要比较这个复杂，调用链更长，不过最终形成了环形依赖调用。至于这个环形依赖为什么回导致超时，当时想了多种可能，比如数据库慢查询、数据库锁、分布式锁等等。但是整个调用链上都是查询请求，而且查询相关的数据量也非常小，不会有锁存在。发生问题的时候也没有与查询数据相关的数据库写请求。

鉴于这个环形依赖调用确实是这个迭代版本中引入的变更，以及虽然没有理清其中的因果关系原理，但是这个环性依赖调用还是很可疑的，而且是不必要的环形调用。就抱着将环形依赖调用去掉试试看的态度，做了修复。修复完后，SocketTimeoutException 不再出现了。问题解决了。

探寻原因

问题虽然不再出现，但是凭运气解决的问题，通常有可能不是真的的解决。只有弄清楚背后的原理，我们才能真正的确认问题是不是这个原因导致的，这样的修复是不是真的把问题解决了。

通过假设环形调用就是导致调用超时的直接原因。我们看看能不能推出因果关系。通过把Foo 服务容器画的更详细一点，如下图：

通过这个图示，我们可以发现，如果容器中接收请求的线程池如果都在等待服务Boo.boo() 的响应，而 Boo 又需要调用回服务 Foo.another()。这个时候，如果所有的线程都处于这样的状态，我们就会发现服务 Foo 容器中以及没有线程来处理 Boo 的请求了。关注公众号：码猿技术专栏，回复关键词：1111 获取阿里内部的Java性能调优手册！某种程度上来说就是死锁了。到这里，我们就可以很确定了，这个环形依赖调用就是导致出现调用超时的罪魁祸首。当 client 发起的请求速度大于这个环形调用链的处理速度的时候，慢慢的就会导致服务 Foo 的所有线程都进入这种死锁状态。

验证

这里只列出关键的代码，具体的代码可以参考 gitee 工程：https://gitee.com/donghbcn/CircularDependency

Eureka 服务器

建个简单工程将Eureka server启动起来。

服务 Foo

创建 SpringBoot 工程实现 Foo 服务。Foo 通过 FeignClient 调用 Boo 服务。设置缺省的容器 Tomcat 的最大线程数为 16，Tomcat 默认配置最大线程数 200，对于验证这个场景有点了大了，要看到效果需要等的时间有点长。

application.properties

spring.application.name=demo-foo
server.port=8000
eureka.client.serviceUrl.defaultZnotallow=http://localhost:8080/eureka
server.tomcat.threads.max=16

package com.cd.demofoo;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class FooController {
    @Autowired
    BooFeignClient booFeignClient;
    @RequestMapping("/hello")
    public String hello(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("[" + Thread.currentThread() +
                "] foo:hello called, call boo:boo now");
        booFeignClient.boo();
        System.out.println("[" + Thread.currentThread() +
                "] foo:hello called, call boo:boo, total cost:" +
                (System.currentTimeMillis() - start));
        return "hello world";
    }

    @RequestMapping("/another")
    public String another(){
        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
            //通过 slepp 模拟一个耗时调用
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("foo:another called, total cost:" + (System.currentTimeMillis() - start));
        return "another";
    }
}

服务 Boo

创建 SpringBoot 工程实现 Boo 服务。Boo 通过 FeignClient 调用 Foo 服务。

package com.cd.demoboo;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class BooController {

    @Autowired
    FooFeignClient fooFeignClient;

    @RequestMapping("/boo")
    public String boo(){
        long start = System.currentTimeMillis();

        fooFeignClient.another();
        System.out.println("boo:boo called, call foo:another, total cost:" +
                        (System.currentTimeMillis() - start));
        return "boo";
    }
}

Jmeter

采用 Jmeter 来模拟并发 Client 调用。配置了30 个线程，无限循环。

很快服务 Foo 日志就卡死了。过一会 Boo 的日志开始出现 SocketTimeoutException，如下图：

jstack

通过 jstack 我们可以看到 Foo 进程的所有线程都卡在 hello() 调用上了。

总结

微服务之间的环形依赖类似于类之间的循环依赖，当依赖关系形成了环，会造成比较严重的问题：

微服务直接不能形成环形调用，否则非常容易出现死锁状态。
微服务之间的耦合性非常强，这严重违反了微服务的初衷；这种情况往往是服务之间的调用没有约束导致的，为了方便取到或更新数据，服务之间可以随意的调用，以”微服务“为设计目标的系统会逐渐演变成一个分布式大单体。