获取时间窗口的主要流程

在 Sentinel 中，主要是通过 LeapArray 类来实现滑动时间窗口的实现和选择。在 sentinel 的这个获取时间窗口并为时间窗口添加指标的过程中，主要的流程为：

  • 根据当前时间选择当前时间应该定位当前时间应该属于的时间窗口 id。
  • 根据时间窗口 id 获取时间窗口。这里可能会存在四种情况：
  1. 时间窗口还未建立，那么将会为此次流量的进入建立一个新的时间窗口返回，并且接下来这个时间窗口内的获取请求都将返回该窗口。
  2. 时间窗口已经建立的情况下，将会直接获取已经存在的符合条件的时间窗口。
  3. 时间窗口可能已经存在，但是当前获取的时间窗口已经过期，需要加锁，并重置当前时间窗口。
  4. 当前进入的时间已经远远落后当前的时间，目标时间窗口已经被 reset 更新成更新的时间窗口，那么将不会返回目标时间窗口，而是返回一个新的空的时间窗口进行统计，这个时间窗口不会再被重复利用。

其中的第四个情况表明，sentinel 的滑动时间窗口是有时间范围的，这也是为了尽量减少 sentinel 的所占用的内存，默认情况下 sentinel 的采取的时间长度为 1 分钟和 1 秒钟。这里的实现与 LeapArray 类的结构非常有关系。

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protected final AtomicReferenceArray<WindowWrap<T>> array;

在 LeapArray 中，时间窗口的存放通过一个由 AtomicReferenceArray 实现的 array 来实现。AtomicReferenceArray 支持原子读取和写入，并支持通过 cas 来为指定位置的成员进行更新。在时间窗口的创建并放回 array 的过程中，也就是上文的第一步，就是通过 AtomicReferenceArray 的 compareAndSet() 方法来实现，保证并发下的线程安全。并发情况下，通过 cas 更新失败的线程将会回到就绪态，在下一次循环得到已经初始化完成的时间窗口。

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private final ReentrantLock updateLock = new ReentrantLock();

此处的 updateLock 是专门在上述的第三个情况来进行加锁的，只有成功得到锁的线程才会对过期的时间窗口进行 reset 操作，其他没有成功获取的线程将不会挂起等待，而是通过 yield() 方法回到就绪态，在下一次的循环尝试重新获取该位置的时间窗口。在下一次获取该锁的线程可能已经完成了，那么将会执行上述第二步，否则继续回到就绪态等待下一次循环中再次获取该时间窗口。

以上两个数据结构是 LeapArray 类实现时间窗口在高并发下准确获取时间窗口并更新的关键。

以秒级别的时间窗口举个例子

在 sentinel 默认的秒级别时间窗口中，array 的大小为 2，也就是每 500ms 为一个时间窗口的大小。

因此当一个线程试图获取一个时间窗口来记录指标数据的时候，将会根据单个时间窗口的时间跨度进行取模，来得到 array 上对应的时间窗口的下标，在这个情况下，将为 0 或者 1，之后计算当前线程时间指标所属的时间窗口的起始时间，以此为依据来判断获取到的时间窗口是过期还是正好所需要的。

最后，将会不断循环从 array 尝试获取之前计算得到下标位置处的时间窗口，可能发生的 4 种情况如上所示。在这个情况，如果 cas 失败或是没有尝试获取到更新锁，都不会阻塞或是挂起，而是通过 yield 重新回到就绪态等待下一次循环获取。

时间窗口本身的线程安全指标更新

在指标集合类的实现 MetricBucket 中，通过 LongAdder 类来记录单个指标的值而不是 AtomicLong，LongAdder 内部的核心思路是为各个线程分配一个专属变量进行更新，在需要总数的时候对这一系列进行累加，因此在更新值的时候相比 AtomicLong 会尽可能减少线程间的竞争，达到高效的 metric 更新。