熔断器实现模式：计数器模式、滑动窗口模式、自适应熔断模式

熔断器（Circuit Breaker）是分布式系统中防止级联故障的关键模式。其核心思想是：当对下游服务的调用失败率达到阈值时，快速切断调用链路，让服务有时间恢复。根据统计窗口和决策逻辑的不同，业界主要演化出三种实现模式：计数器模式、滑动窗口模式和自适应熔断模式。

三种模式核心对比

1. 计数器模式

计数器模式是最基础的熔断实现。它将时间划分为固定的桶（例如每 1 秒一个桶），统计当前桶内的请求总数和失败数。当失败率超过阈值（如 50%）且请求量达到最小样本数时，熔断器打开。

// 计数器模式伪代码
class CounterCircuitBreaker:
    bucket_duration = 1s
    failure_threshold = 0.5
    min_request_count = 10

    def on_request():
        current_bucket = get_current_bucket()
        if current_bucket.total < min_request_count:
            return PASS
        if current_bucket.failure / current_bucket.total > failure_threshold:
            return OPEN
        return PASS

2. 滑动窗口模式

滑动窗口模式将时间窗口细分为多个小桶（如 10 个 100ms 的桶），窗口随时间向前滑动。每个请求根据时间戳落入对应桶中，统计时只计算窗口内的所有桶数据。这消除了计数器模式的边界效应，使熔断决策更加平滑。

// 滑动窗口模式伪代码
class SlidingWindowCircuitBreaker:
    window_size = 10s          # 总窗口长度
    bucket_count = 10          # 桶数量
    bucket_duration = 1s       # 每个桶 1s
    failure_threshold = 0.5

    def on_request():
        now = current_time_ms()
        current_bucket = get_or_create_bucket(now)
        # 移除过期桶
        remove_expired_buckets(now - window_size)
        total = sum(bucket.total for bucket in active_buckets)
        failures = sum(bucket.failure for bucket in active_buckets)
        if total < min_request_count:
            return PASS
        if failures / total > failure_threshold:
            return OPEN
        return PASS

3. 自适应熔断模式

自适应熔断模式不再依赖固定阈值，而是通过指数加权移动平均（EWMA）动态计算成功率的基线。当实时成功率显著偏离基线时，熔断器自动调整阈值。这种模式能自动适应流量变化、服务降级和突发抖动。

// 自适应熔断模式伪代码
class AdaptiveCircuitBreaker:
    alpha = 0.3               # EWMA 衰减因子
    k = 2.5                   # 标准差倍数
    min_request_count = 20

    def on_request():
        success_rate = get_ewma_success_rate()
        std_dev = get_ewma_std_dev()
        threshold = success_rate - k * std_dev
        current_rate = get_current_window_success_rate()
        if total_requests < min_request_count:
            return PASS
        if current_rate < threshold:
            return OPEN
        # 更新 EWMA
        update_ewma(current_rate)
        return PASS

模式选型建议

• 计数器模式：适合低并发、非关键链路或快速原型。注意必须配合合理的桶大小和最小样本数，避免边界效应导致保护失效。
• 滑动窗口模式：适合大多数微服务场景。推荐使用环形数组实现，兼顾性能和准确性。Hystrix、Resilience4j 均采用此模式。
• 自适应熔断模式：适合高并发、流量波动大、对误熔断敏感的核心链路。实现复杂度较高，但能显著降低运维配置成本。