深入浅出Java中重试机制的多种方式

Java
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2023-04-13
Spring populateBean属性赋值和自动注入
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springcloud-gateway集成knife4j的示例详解
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  • 1.手动重试
  • 2.代理模式
  • 3.JDK动态代理
  • 4.Spring AOP
  • 5.Spring 的重试注解

重试机制在分布式系统中，或者调用外部接口中，都是十分重要的。

重试机制可以保护系统减少因网络波动、依赖服务短暂性不可用带来的影响，让系统能更稳定的运行的一种保护机制。

为了方便说明，先假设我们想要进行重试的方法如下：

@Slf4j
@Component
public class HelloService {
 
    private static AtomicLong helloTimes = new AtomicLong();
 
    public String hello(){
        long times = helloTimes.incrementAndGet();
        if (times % 4 != 0){
            log.warn("发生异常，time：{}", LocalTime.now() );
            throw new HelloRetryException("发生Hello异常");
        }
        return "hello";
    }
}

调用处：

@Slf4j
@Service
public class HelloRetryService implements IHelloService{
 
    @Autowired
    private HelloService helloService;
 
    public String hello(){
        return helloService.hello();
    }
}

也就是说，这个接口每调4次才会成功一次。

1.手动重试

先来用最简单的方法，直接在调用的时候进重试：

// 手动重试
public String hello(){
    int maxRetryTimes = 4;
    String s = "";
    for (int retry = 1; retry <= maxRetryTimes; retry++) {
        try {
            s = helloService.hello();
            log.info("helloService返回:{}", s);
            return s;
        } catch (HelloRetryException e) {
            log.info("helloService.hello() 调用失败，准备重试");
        }
    }
    throw new HelloRetryException("重试次数耗尽");
}
发生异常，time：10:17:21.079413300
helloService.hello() 调用失败，准备重试
发生异常，time：10:17:21.085861800
helloService.hello() 调用失败，准备重试
发生异常，time：10:17:21.085861800
helloService.hello() 调用失败，准备重试
helloService返回:hello
service.helloRetry()：hello

程序在极短的时间内进行了4次重试，然后成功返回。

这样虽然看起来可以解决问题，但实践上，由于没有重试间隔，很可能当时依赖的服务尚未从网络异常中恢复过来，所以极有可能接下来的几次调用都是失败的。

而且，这样需要对代码进行大量的侵入式修改，显然，不优雅。

2.代理模式

上面的处理方式由于需要对业务代码进行大量修改，虽然实现了功能，但是对原有代码的侵入性太强，可维护性差。

所以需要使用一种更优雅一点的方式，不直接修改业务代码，那要怎么做呢？

其实很简单，直接在业务代码的外面再包一层就行了，代理模式在这里就有用武之地了。你会发现又是代理。

@Slf4j
public class HelloRetryProxyService implements IHelloService{
   
    @Autowired
    private HelloRetryService helloRetryService;
    
    @Override
    public String hello() {
        int maxRetryTimes = 4;
        String s = "";
        for (int retry = 1; retry <= maxRetryTimes; retry++) {
            try {
                s = helloRetryService.hello();
                log.info("helloRetryService 返回:{}", s);
                return s;
            } catch (HelloRetryException e) {
                log.info("helloRetryService.hello() 调用失败，准备重试");
            }
        }
        throw new HelloRetryException("重试次数耗尽");
    }
}

这样，重试逻辑就都由代理类来完成，原业务类的逻辑就不需要修改了，以后想修改重试逻辑也只需要修改这个类就行了，分工明确。比如，现在想要在重试之间加上一个延迟，只需要做一点点修改即可：

@Override
public String hello() {
    int maxRetryTimes = 4;
    String s = "";
    for (int retry = 1; retry <= maxRetryTimes; retry++) {
        try {
            s = helloRetryService.hello();
            log.info("helloRetryService 返回:{}", s);
            return s;
        } catch (HelloRetryException e) {
            log.info("helloRetryService.hello() 调用失败，准备重试");
        }
        // 延时一秒
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    throw new HelloRetryException("重试次数耗尽");
}

代理模式虽然要更加优雅，但是如果依赖的服务很多的时候，要为每个服务都创建一个代理类，显然过于麻烦，而且其实重试的逻辑都大同小异，无非就是重试的次数和延时不一样而已。

如果每个类都写这么一长串类似的代码，显然，不优雅！

3.JDK动态代理

这时候，动态代理就闪亮登场了。只需要写一个代理处理类就ok了。

@Slf4j
public class RetryInvocationHandler implements InvocationHandler {
 
    private final Object subject;
 
    public RetryInvocationHandler(Object subject) {
        this.subject = subject;
    }
 
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        int times = 0;
 
        while (times < RetryConstant.MAX_TIMES) {
            try {
                return method.invoke(subject, args);
            } catch (Exception e) {
                times++;
                log.info("times:{},time:{}", times, LocalTime.now());
                if (times >= RetryConstant.MAX_TIMES) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
 
            // 延时一秒
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
 
        return null;
    }
 
    /**
     * 获取动态代理
     *
     * @param realSubject 代理对象
     */
    public static Object getProxy(Object realSubject) {
        InvocationHandler handler = new RetryInvocationHandler(realSubject);
        return Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(),
                realSubject.getClass().getInterfaces(), handler);
    }
 
}

咱们测试一下：

@Test
public void helloDynamicProxy() {
    IHelloService realService = new HelloService();
    IHelloService proxyService = (IHelloService)RetryInvocationHandler.getProxy(realService);
 
    String hello = proxyService.hello();
    log.info("hello:{}", hello);
}

输出结果如下：

hello times:1
发生异常，time：11:22:20.727586700
times:1,time:11:22:20.728083
hello times:2
发生异常，time：11:22:21.728858700
times:2,time:11:22:21.729343700
hello times:3
发生异常，time：11:22:22.729706600
times:3,time:11:22:22.729706600
hello times:4
hello:hello

在重试了4次之后输出了Hello，符合预期。

动态代理可以将重试逻辑都放到一块，显然比直接使用代理类要方便很多，也更加优雅。

不过不要高兴的太早，这里因为被代理的HelloService是一个简单的类，没有依赖其它类，所以直接创建是没有问题的，但如果被代理的类依赖了其它被Spring容器管理的类，则这种方式会抛出异常，因为没有把被依赖的实例注入到创建的代理实例中。

这种情况下，就比较复杂了，需要从Spring容器中获取已经装配好的，需要被代理的实例，然后为其创建代理类实例，并交给Spring容器来管理，这样就不用每次都重新创建新的代理类实例了。

话不多说，撸起袖子就是干。

新建一个工具类，用来获取代理实例：

@Component
public class RetryProxyHandler {
 
    @Autowired
    private ConfigurableApplicationContext context;
 
    public Object getProxy(Class clazz) {
        // 1. 从Bean中获取对象
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = (DefaultListableBeanFactory)context.getAutowireCapableBeanFactory();
        Map<String, Object> beans = beanFactory.getBeansOfType(clazz);
        Set<Map.Entry<String, Object>> entries = beans.entrySet();
        if (entries.size() <= 0){
            throw new ProxyBeanNotFoundException();
        }
        // 如果有多个候选bean, 判断其中是否有代理bean
        Object bean = null;
        if (entries.size() > 1){
            for (Map.Entry<String, Object> entry : entries) {
                if (entry.getKey().contains(PROXY_BEAN_SUFFIX)){
                    bean = entry.getValue();
                }
            };
            if (bean != null){
                return bean;
            }
            throw new ProxyBeanNotSingleException();
        }
 
        Object source = beans.entrySet().iterator().next().getValue();
        Object source = beans.entrySet().iterator().next().getValue();
 
        // 2. 判断该对象的代理对象是否存在
        String proxyBeanName = clazz.getSimpleName() + PROXY_BEAN_SUFFIX;
        Boolean exist = beanFactory.containsBean(proxyBeanName);
        if (exist) {
            bean = beanFactory.getBean(proxyBeanName);
            return bean;
        }
 
        // 3. 不存在则生成代理对象
        bean = RetryInvocationHandler.getProxy(source);
 
        // 4. 将bean注入spring容器
        beanFactory.registerSingleton(proxyBeanName, bean);
        return bean;
    }
}

使用的是JDK动态代理：

@Slf4j
public class RetryInvocationHandler implements InvocationHandler {
 
    private final Object subject;
 
    public RetryInvocationHandler(Object subject) {
        this.subject = subject;
    }
 
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        int times = 0;
 
        while (times < RetryConstant.MAX_TIMES) {
            try {
                return method.invoke(subject, args);
            } catch (Exception e) {
                times++;
                log.info("retry times:{},time:{}", times, LocalTime.now());
                if (times >= RetryConstant.MAX_TIMES) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
 
            // 延时一秒
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
 
        return null;
    }
 
    /**
     * 获取动态代理
     *
     * @param realSubject 代理对象
     */
    public static Object getProxy(Object realSubject) {
        InvocationHandler handler = new RetryInvocationHandler(realSubject);
        return Proxy.newProxyInstance(handler.getClass().getClassLoader(),
                realSubject.getClass().getInterfaces(), handler);
    }
 
}

至此，主要代码就完成了，修改一下HelloService类，增加一个依赖：

@Slf4j
@Component
public class HelloService implements IHelloService{
 
    private static AtomicLong helloTimes = new AtomicLong();
 
    @Autowired
    private NameService nameService;
 
    public String hello(){
        long times = helloTimes.incrementAndGet();
        log.info("hello times:{}", times);
        if (times % 4 != 0){
            log.warn("发生异常，time：{}", LocalTime.now() );
            throw new HelloRetryException("发生Hello异常");
        }
        return "hello " + nameService.getName();
    }
}

NameService其实很简单，创建的目的仅在于测试依赖注入的Bean能否正常运行。

@Service
public class NameService {
 
    public String getName(){
        return "Frank";
    }
}

测试一下：

@Test
public void helloJdkProxy() throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException {
    IHelloService proxy = (IHelloService) retryProxyHandler.getProxy(HelloService.class);
    String hello = proxy.hello();
    log.info("hello:{}", hello);
}

结果:

hello times:1
发生异常，time：14:40:27.540672200
retry times:1,time:14:40:27.541167400
hello times:2
发生异常，time：14:40:28.541584600
retry times:2,time:14:40:28.542033500
hello times:3
发生异常，time：14:40:29.542161500
retry times:3,time:14:40:29.542161500
hello times:4
hello:hello Frank

完美，这样就不用担心依赖注入的问题了，因为从Spring容器中拿到的Bean对象都是已经注入配置好的。当然，这里仅考虑了单例Bean的情况，可以考虑的更加完善一点，判断一下容器中Bean的类型是Singleton还是Prototype，如果是Singleton则像上面这样进行操作，如果是Prototype则每次都新建代理类对象。

另外，这里使用的是JDK动态代理，因此就存在一个天然的缺陷，如果想要被代理的类，没有实现任何接口，那么就无法为其创建代理对象，这种方式就行不通了。

4.Spring AOP

想要无侵入式的修改原有逻辑？想要一个注解就实现重试？用Spring AOP不就能完美实现吗？使用AOP来为目标调用设置切面，即可在目标方法调用前后添加一些额外的逻辑。

先创建一个注解：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Retryable {
    int retryTimes() default 3;
    int retryInterval() default 1;
}

有两个参数，retryTimes 代表最大重试次数，retryInterval代表重试间隔。

@Retryable(retryTimes = 4, retryInterval = 2)
public String hello(){
    long times = helloTimes.incrementAndGet();
    log.info("hello times:{}", times);
    if (times % 4 != 0){
        log.warn("发生异常，time：{}", LocalTime.now() );
        throw new HelloRetryException("发生Hello异常");
    }
    return "hello " + nameService.getName();
}

接着，进行最后一步，编写AOP切面：

@Slf4j
@Aspect
@Component
public class RetryAspect {
 
    @Pointcut("@annotation(com.mfrank.springboot.retry.demo.annotation.Retryable)")
    private void retryMethodCall(){}
 
    @Around("retryMethodCall()")
    public Object retry(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws InterruptedException {
        // 获取重试次数和重试间隔
        Retryable retry = ((MethodSignature)joinPoint.getSignature()).getMethod().getAnnotation(Retryable.class);
        int maxRetryTimes = retry.retryTimes();
        int retryInterval = retry.retryInterval();
 
        Throwable error = new RuntimeException();
        for (int retryTimes = 1; retryTimes <= maxRetryTimes; retryTimes++){
            try {
                Object result = joinPoint.proceed();
                return result;
            } catch (Throwable throwable) {
                error = throwable;
                log.warn("调用发生异常，开始重试，retryTimes:{}", retryTimes);
            }
            Thread.sleep(retryInterval * 1000);
        }
        throw new RetryExhaustedException("重试次数耗尽", error);
    }
}

开始测试：

@Autowired
private HelloService helloService;
 
@Test
public void helloAOP(){
    String hello = helloService.hello();
    log.info("hello:{}", hello);
}

打印结果：

hello times:1
发生异常，time：16:49:30.224649800
调用发生异常，开始重试，retryTimes:1
hello times:2
发生异常，time：16:49:32.225230800
调用发生异常，开始重试，retryTimes:2
hello times:3
发生异常，time：16:49:34.225968900
调用发生异常，开始重试，retryTimes:3
hello times:4
hello:hello Frank

这样就相当优雅了，一个注解就能搞定重试，简直不要更棒。

5.Spring 的重试注解

实际上Spring中就有比较完善的重试机制，比上面的切面更加好用，还不需要自己动手重新造轮子。

那让我们先来看看这个轮子究竟好不好使。

先引入重试所需的jar包：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.retry</groupId>
    <artifactId>spring-retry</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.aspectj</groupId>
    <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
</dependency>

然后在启动类或者配置类上添加@EnableRetry注解，接下来在需要重试的方法上添加@Retryable注解（嗯？好像跟我自定义的注解一样？竟然抄袭我的注解【手动狗头】）

@Retryable
public String hello(){
    long times = helloTimes.incrementAndGet();
    log.info("hello times:{}", times);
    if (times % 4 != 0){
        log.warn("发生异常，time：{}", LocalTime.now() );
        throw new HelloRetryException("发生Hello异常");
    }
    return "hello " + nameService.getName();
}

默认情况下，会重试三次，重试间隔为1秒。当然我们也可以自定义重试次数和间隔。这样就跟我前面实现的功能是一毛一样的了。

但Spring里的重试机制还支持很多很有用的特性，比如说，可以指定只对特定类型的异常进行重试，这样如果抛出的是其它类型的异常则不会进行重试，就可以对重试进行更细粒度的控制。默认为空，会对所有异常都重试。

@Retryable{value = {HelloRetryException.class}}
public String hello(){
    ...
}

也可以使用include和exclude来指定包含或者排除哪些异常进行重试。

可以用maxAttemps指定最大重试次数，默认为3次。

可以用interceptor设置重试拦截器的bean名称。

可以通过label设置该重试的唯一标志，用于统计输出。

可以使用exceptionExpression来添加异常表达式，在抛出异常后执行，以判断后续是否进行重试。

此外，Spring中的重试机制还支持使用backoff来设置重试补偿机制，可以设置重试间隔，并且支持设置重试延迟倍数。

举个例子：

@Retryable(value = {HelloRetryException.class}, maxAttempts = 5,
           backoff = @Backoff(delay = 1000, multiplier = 2))
public String hello(){
    ...
}

该方法调用将会在抛出HelloRetryException异常后进行重试，最大重试次数为5，第一次重试间隔为1s，之后以2倍大小进行递增，第二次重试间隔为2s，第三次为4s，第四次为8s。

重试机制还支持使用@Recover 注解来进行善后工作，当重试达到指定次数之后，将会调用该方法，可以在该方法中进行日志记录等操作。

这里值得注意的是，想要@Recover 注解生效的话，需要跟被@Retryable 标记的方法在同一个类中，且被@Retryable 标记的方法不能有返回值，否则不会生效。

并且如果使用了@Recover注解的话，重试次数达到最大次数后，如果在@Recover标记的方法中无异常抛出，是不会抛出原异常的。

@Recover
public boolean recover(Exception e) {
    log.error("达到最大重试次数",e);
    return false;
}

除了使用注解外，Spring Retry 也支持直接在调用时使用代码进行重试：

@Test
public void normalSpringRetry() {
    // 表示哪些异常需要重试,key表示异常的字节码,value为true表示需要重试
    Map<Class<? extends Throwable>, Boolean> exceptionMap = new HashMap<>();
    exceptionMap.put(HelloRetryException.class, true);
 
    // 构建重试模板实例
    RetryTemplate retryTemplate = new RetryTemplate();
 
    // 设置重试回退操作策略，主要设置重试间隔时间
    FixedBackOffPolicy backOffPolicy = new FixedBackOffPolicy();
    long fixedPeriodTime = 1000L;
    backOffPolicy.setBackOffPeriod(fixedPeriodTime);
 
    // 设置重试策略，主要设置重试次数
    int maxRetryTimes = 3;
    SimpleRetryPolicy retryPolicy = new SimpleRetryPolicy(maxRetryTimes, exceptionMap);
 
    retryTemplate.setRetryPolicy(retryPolicy);
    retryTemplate.setBackOffPolicy(backOffPolicy);
 
    Boolean execute = retryTemplate.execute(
        //RetryCallback
        retryContext -> {
            String hello = helloService.hello();
            log.info("调用的结果:{}", hello);
            return true;
        },
        // RecoverCallBack
        retryContext -> {
            //RecoveryCallback
            log.info("已达到最大重试次数");
            return false;
        }
    );
}

此时唯一的好处是可以设置多种重试策略：

  • NeverRetryPolicy：只允许调用RetryCallback一次，不允许重试
  • AlwaysRetryPolicy：允许无限重试，直到成功，此方式逻辑不当会导致死循环
  • SimpleRetryPolicy：固定次数重试策略，默认重试最大次数为3次，RetryTemplate默认使用的策略
  • TimeoutRetryPolicy：超时时间重试策略，默认超时时间为1秒，在指定的超时时间内允许重试
  • ExceptionClassifierRetryPolicy：设置不同异常的重试策略，类似组合重试策略，区别在于这里只区分不同异常的重试
  • CircuitBreakerRetryPolicy：有熔断功能的重试策略，需设置3个参数openTimeout、resetTimeout和delegate
  • CompositeRetryPolicy：组合重试策略，有两种组合方式，乐观组合重试策略是指只要有一个策略允许即可以重试，

悲观组合重试策略是指只要有一个策略不允许即可以重试，但不管哪种组合方式，组合中的每一个策略都会执行

可以看出，Spring中的重试机制还是相当完善的，比上面自己写的AOP切面功能更加强大。

这里还需要再提醒的一点是，由于Spring Retry用到了Aspect增强，所以就会有使用Aspect不可避免的坑——方法内部调用，如果被 @Retryable 注解的方法的调用方和被调用方处于同一个类中，那么重试将会失效。

但也还是存在一定的不足，Spring的重试机制只支持对异常进行捕获，而无法对返回值进行校验。

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