Java应用【XVI】Retry 和 Fallback

一、Retry 和 Fallback 概述

Retry和Fallback是常见的容灾方案，用于处理应用程序中的故障和错误情况。Retry指的是在发生故障或错误时重试操作，而Fallback则是在操作无法正常执行时提供备用的返回值或操作。这两种容灾方案通常结合使用，以增强应用程序的可靠性和稳定性。在本篇文章中，我们将深入了解Retry和Fallback的概念，以及它们在实际应用中的应用场景和注意事项。

二、Retry

2.1 Retry 概述

Retry指的是在发生错误或者异常的情况下，重新尝试执行某个操作，直到操作执行成功或者达到重试次数的上限。在实际应用中，由于网络、系统负载等原因，有可能会出现一些临时性的错误，如果立即放弃重试，就可能会导致操作失败，因此可以使用Retry机制来保证操作的可靠性。

Retry机制通常包括以下几个方面：

定义重试策略：包括重试次数、重试间隔、重试条件等。
执行重试操作：当操作发生异常或错误时，根据重试策略进行重试，直到操作成功或达到重试次数上限。
记录重试结果：记录每次重试的结果，以便后续分析和优化。

Retry机制可以应用于各种场景，比如网络请求、数据库操作、文件读写等。常见的Retry库包括Spring Retry、Netflix Hystrix等。

2.2 Retry 的实现方式

Retry 的实现方式主要有以下几种：

编写自定义重试逻辑：通过代码实现重试的逻辑，比较灵活，可以根据具体情况自定义重试次数、间隔时间等参数。
使用Spring Retry框架：Spring Retry框架为Java应用提供了重试机制的支持，通过注解或者代码方式即可进行配置和使用，使用起来较为方便。
使用Netflix Hystrix框架：Netflix Hystrix是一个开源的容错框架，它提供了重试、断路器等功能，能够帮助我们快速实现应用的容错功能。
使用Resilience4j框架：Resilience4j是一个轻量级的容错框架，与Spring Cloud集成较为方便，提供了重试、断路器、限流等功能。

以上这些方式都是比较常见的Retry实现方式，可以根据具体情况选择合适的方式进行实现。

2.3 Retry 的优缺点

Retry机制的优点包括：

增加了应用程序的健壮性和可靠性，因为在一些暂时性的异常情况下，应用程序可以自动重试，而不是直接失败。
降低了业务流程失败率，提高了业务处理的成功率。
可以减轻服务端的负担，避免了大量的请求同时涌入，导致服务端崩溃。

Retry机制的缺点包括：

增加了系统的复杂度和开销，因为需要编写额外的代码，来实现Retry机制。
可能会引起重复操作，如果重试次数设置过多或者重试时间过短，可能会导致一些重复操作的问题。
对于一些无法恢复的错误，Retry机制无法解决，只能让应用程序在重试多次后仍然失败。

因此，在使用Retry机制时，需要谨慎考虑重试的次数、时间间隔和重试的条件，以达到最优的效果。

三、Fallback

3.1 Fallback 概述

Fallback是指在系统出现异常或错误时，提供一个备用方案或者错误处理策略，以保证系统的可靠性和稳定性。Fallback一般用于服务降级或者容错处理，当主服务无法正常提供服务时，通过Fallback提供的备用服务或者处理方案保证系统的正常运行。

Fallback机制是一种被动的错误处理策略，一般作为Retry机制的补充。当Retry机制无法恢复系统正常运行时，Fallback提供一个备选方案，以避免系统因异常而彻底崩溃。

在实际应用中，Fallback的实现方式包括：

提供备用服务：当主服务不可用时，提供一个备选的服务，用于处理用户的请求。
提供缓存数据：当主服务无法提供服务时，提供缓存数据，避免因主服务异常而导致用户无法获取数据。
提供默认值：当主服务无法提供服务时，提供一个默认值，用于保证系统正常运行。
提供错误处理策略：当主服务无法提供服务时，提供一个错误处理策略，用于处理异常情况，以避免系统崩溃。

3.2 Fallback 的实现方式

Fallback的实现方式可以有多种，常见的有以下几种：

代码实现：通过编写备选方案的代码来实现Fallback机制。例如，当主逻辑执行失败时，可以直接调用备选方案的函数或方法来获取结果。
服务降级：将部分功能或服务暂时停止或切换到备选方案，以减轻系统负载或保障系统正常运行。例如，当主逻辑执行失败时，可以暂时关闭某些功能或服务，或者切换到备用的数据源或缓存中获取数据。
熔断器模式：在主逻辑执行失败的时候，自动切换到备选方案，避免系统的大规模崩溃。例如，可以设置一个阈值，当主逻辑连续失败达到一定次数时，自动切换到备选方案。
数据降级：当主逻辑执行失败时，可以返回一些伪造的数据或默认值，以避免系统异常。例如，可以返回一些随机数据或默认值，以保障系统的正常运行。

3.3 Fallback 的优缺点

优点：

提供了一种备选方案，保证了系统的可靠性和稳定性。
与重试不同，fallback可以使用完全不同的方式来处理请求，例如，如果一项服务不可用，则可以将请求转发到备用服务。

缺点：

因为Fallback是一种补偿机制，所以不能滥用。如果过度依赖Fallback，可能会掩盖真正的问题，导致系统问题的演变变得更加复杂。
需要额外的代码实现和测试，增加了开发和维护的工作量。

Fallback应该谨慎使用，必须在必要时才应该考虑使用。同时，它应该作为系统的一部分，而不是作为主要的服务机制。最重要的是，Fallback必须经过充分测试和验证，以确保它们可以在系统故障时提供可靠的备用方案。

四、Retry 和 Fallback 的抉择

4.1 根据业务需求选择

在选择重试或回退的策略时，需要考虑业务需求和可接受的风险程度。对于一些不可重复或无法回退的操作，如金融交易或网络支付，需要非常谨慎地考虑重试或回退的策略。

4.2 重试与回退的结合使用

在实际应用中，重试和回退策略往往不是二选一的情况，而是需要结合使用。在一些需要保证数据一致性和稳定性的场景中，可以先尝试回退操作，如果回退失败再考虑重试。

五、Spring Retry框架

5.1集成Spring Retry框架

5.1.1 添加依赖

在Maven项目中，添加以下依赖：

<dependency>
<groupId>org.springframework.retry</groupId>
<artifactId>spring-retry</artifactId>
<version>1.3.1</version>
</dependency>

5.1.2 配置重试注解

使用Spring Retry的第一步是在需要重试的方法上添加注解。可以使用@Retryable注解来标记需要重试的方法，可以指定重试的最大次数，重试的异常类型等。

@Retryable(value = {IOException.class}, maxAttempts = 3, backoff = @Backoff(delay = 1000))
public void retryMethod() throws IOException {
//...
}

在这个示例中，retryMethod()方法最多重试3次，每次重试之间间隔1秒，仅当IOException被抛出时才会重试。

注意：使用@Retryable注解需要开启Spring Retry的自动代理支持。可以使用@EnableRetry注解来启用自动代理支持。

@SpringBootApplication
@EnableRetry
public class DemoApplication {

public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
    }

}

5.2 @Retryable注解

@Retryable是Spring Retry框架提供的重试机制注解之一，用于指示方法需要重试。在方法抛出特定异常时，将按照指定的策略执行多次重试，直到方法成功执行或达到最大重试次数。下面是@Retryable注解的详细解释：

@Retryable的作用范围

@Retryable注解可以应用于方法级别和类级别，用于指示需要重试的方法或类。

@Retryable的参数

@Retryable注解有多个可选参数，用于指定重试的策略。下面是一些重要的参数：

value: 指定当方法抛出哪些异常时应该重试。默认值为Throwable.class，即任何异常都会触发重试。
maxAttempts: 指定重试的最大次数。默认值为3。
backoff: 指定重试之间的退避策略。默认为@Backoff(delay = 1000, maxDelay = 10000, multiplier = 2)，即在重试之间等待一秒钟，最长等待十秒钟，等待时间指数增加，即等待时间逐渐增加。
stateful: 指定是否应该在重试期间保留方法的状态。默认为false。

@Retryable的使用示例

下面是一个简单的使用@Retryable注解的示例：

@Service
public class MyService {

@Retryable(value = {SQLException.class}, maxAttempts = 2)
public void myMethod() throws SQLException {
// ...
    }

}

在上面的示例中，MyService类中的myMethod()方法使用@Retryable注解指示需要重试。当该方法抛出SQLException时，将执行最多2次重试。在重试期间，Spring Retry框架会使用默认的退避策略等待一段时间。

@Retryable注解的注意事项

如果要在类级别上使用@Retryable注解，则必须在方法级别上重写该注解。
@Retryable注解只能用于public方法。

5.3 监控重试情况

5.3.1 添加Spring AOP依赖

为了使用Spring AOP监控重试情况，需要在项目中添加Spring AOP依赖。可以在Maven项目的pom.xml文件中添加如下依赖：

<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>aspectjweaver</artifactId>
</dependency>

5.3.2 定义切面监控重试情况

添加依赖后，我们需要定义一个切面，监控@Retryable注解的使用情况，并记录重试的次数和异常信息。代码如下：

@Aspect
@Component
public class RetryAspect {

private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(RetryAspect.class);

@Pointcut("@annotation(org.springframework.retry.annotation.Retryable)")
public void retryable() {
    }

@Around("retryable()")
public Object doRetryable(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
Retryable retryable = signature.getMethod().getAnnotation(Retryable.class);

int maxAttempts = retryable.maxAttempts();
long backoff = retryable.backoff();
Class<? extends Throwable>[] include = retryable.include();
Class<? extends Throwable>[] exclude = retryable.exclude();

Throwable lastException = null;
for (int i = 0; i < maxAttempts; i++) {
try {
return joinPoint.proceed();
            } catch (Throwable ex) {
lastException = ex;
if (!isRetryableException(ex, include, exclude)) {
throw ex;
                }
logger.warn("Caught exception during retry: ", ex);
Thread.sleep(backoff);
            }
        }
throw new RetryFailedException("Retry failed after " + maxAttempts + " attempts.", lastException);
    }

private boolean isRetryableException(Throwable ex, Class<? extends Throwable>[] include, Class<? extends Throwable>[] exclude) {
return (isInclude(ex, include) || include.length == 0) && !isExclude(ex, exclude);
    }

private boolean isInclude(Throwable ex, Class<? extends Throwable>[] include) {
for (Class<? extends Throwable> exClass : include) {
if (exClass.isAssignableFrom(ex.getClass())) {
return true;
            }
        }
return false;
    }

private boolean isExclude(Throwable ex, Class<? extends Throwable>[] exclude) {
for (Class<? extends Throwable> exClass : exclude) {
if (exClass.isAssignableFrom(ex.getClass())) {
return true;
            }
        }
return false;
    }

}

这个切面定义了一个retryable的切点，监控带有@Retryable注解的方法。在doRetryable方法中，我们使用反射获取@Retryable注解上的属性值，并进行重试。如果重试的过程中抛出了不在重试范围内的异常，则直接抛出异常；如果达到最大重试次数，仍然未成功，则抛出RetryFailedException异常。

在这个切面中，我们可以将重试的次数和异常信息记录到日志中，也可以通过其他方式进行监控。

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