在当今世界，我们所处的环境充满了复杂性与不确定性。从金融市场到生态系统，从社会网络到人类行为，无处不在的复杂系统挑战着我们的理解和管理能力。在这样的背景下，混沌工程（Chaos Engineering）应运而生，它成为了一种解构复杂系统的艺术与科学，帮助我们理解、预测和应对系统的不确定性和变化。
微服务、分布式架构的盛行、业务复杂性的提升与层出不穷的新技术，使得企业业务在效能提升的同时，不得不面对更大的稳定性挑战，混沌工程在如今也被公认为分布式系统稳定性保障的主流技术，是帮助企业提前发现潜在隐患的重要手段。
混沌工程是什么？
混沌工程起源于互联网公司，特别是在大规模分布式系统中。它最初是由Netflix等公司提出并实践的一种理念，旨在通过主动引入故障来测试和加强系统的可靠性。随着时间的推移，混沌工程逐渐演变成一种更为广泛的实践，被应用于各种领域的复杂系统中。
混沌工程被定义为一种通过在生产环境中主动引入故障的实验方法，以检验系统对故障的韧性和可靠性。其核心思想是“假设故障”，即假设系统中的某些部分会出现故障，然后观察系统如何响应并从中学习。
根据Gartner分析师预测，到 2025 年，预计 40% 的组织将实施混沌工程实践，平均修复时间 （MTTR） 平均缩短 90%。
混沌工程的核心原则
假设故障：混沌工程的核心是假设系统中的某些部分会出现故障，而不是试图避免故障的发生。这种假设故障的态度有助于发现系统的弱点并提前做好准备。
控制实验：在引入故障时，混沌工程需要确保实验是可控的，以避免对整个系统造成过大的影响。因此，混沌工程师需要谨慎地选择实验对象和方法，并设定好实验的范围和影响。
自动化测试：混沌工程通常借助自动化工具和系统来执行实验和收集数据，以确保实验的有效性和可重复性。自动化测试还可以帮助混沌工程师快速响应系统的变化和故障情况。
监控与度量：在实施混沌工程时，监控和度量系统的性能和行为至关重要。通过监控和度量，混沌工程师可以及时发现系统的异常行为并做出相应的调整和改进。
混沌工程实践流程
通常包含哪些步骤
混沌工程通常涉及以下步骤：
1. 定义实验目标：确定要测试的系统和实验目标。
2. 设计实验方案：根据目标设计实验方案，包括选择合适的故障场景和引入故障的方式。
3. 执行实验：按照实验方案执行故障注入操作，模拟系统故障或不稳定情况。
4. 监控和观察：监控系统的表现，收集指标和日志数据以评估系统的健康状况。
5. 分析结果和改进：分析实验结果，识别问题和改进机会，并采取相应措施来增强系统的稳定性和可靠性。
逐渐引入故障：混沌工程的实践通常是逐渐引入故障，而不是一次性引入大量故障。这样可以帮助混沌工程师更好地理解系统韧性和弹性，并逐步改进系统的设计和实现。
随机性与确定性：混沌工程的实践中既有随机性也有确定性。一方面，混沌工程师会随机选择故障点和实验方法，以模拟真实世界中的不确定性和变化；另一方面，他们也会根据系统的特点和需求来确定实验的范围和影响。
结果分析与反馈：在实施混沌工程后，混沌工程师需要对实验结果进行分析和反馈。这包括评估系统的响应和表现，识别系统的弱点和问题，并提出改进和优化的建议。
在混沌工程中，我们通常将系统分为两个层面：上层和下层。上层指的是用户能够直接感知到的系统行为，如页面加载速度、响应时间等。而下层则是用户无法直接感知到的系统内部运行机制，包括网络连接、服务器状态等。
“水下”层面指的就是混沌工程对于这些下层系统机制所产生的影响和结果。通过引入各种故障、异常情况以及压力测试，在系统的下层层面进行实验和观察，可以帮助我们了解系统在不同条件下的表现和稳定性。
因此，“水下”层面的混沌工程结果就是指在系统内部运行机制层面上所观察到的效果和输出。这些结果可以帮助我们优化系统的设计和架构，提高系统的可靠性和健壮性。
混沌工程实践至关重要的一环
——可观测性建设
可观测能力在混沌工程中起着至关重要的作用，它有助于收集系统的运行数据、指标和日志，并提供实时的系统状态和性能信息。监控能力在混沌工程中的作用包括以下几个方面：
1. 实验前的基准：在进行混沌实验之前，对系统进行全面的监控是必要的。通过观测系统的各项指标和性能数据，可以建立一个系统正常运行时的基准。这个基准可以帮助确定实验中的异常情况和故障，并与实验后的数据进行对比，评估系统的表现和改进的效果。
2. 故障发现和诊断：在混沌实验中，在引入故障或异常后，可观测能力可以帮助及时发现问题。通过监控关键指标的变化，可以追踪故障的根源，并进行快速诊断和定位问题所在。可观测性数据还可以提供故障发生的时间点和持续时间等信息，帮助运维团队更好地了解故障的影响范围。
3. 性能评估和优化：可观测能力提供了实时的性能数据，如请求延迟、吞吐量、资源利用率等，用于评估系统在混沌实验中的表现。基于可观测性数据，可以识别系统的瓶颈和性能问题，并采取相应的调整和优化措施，提高系统的性能和可靠性。
4. 实时反馈和告警：可观测能力可以提供实时的系统状态和异常情况的告警。一旦实验引入的故障或异常导致系统出现问题，可观测性系统能够及时发出告警通知，帮助运维团队快速响应并采取必要的措施来恢复系统正常运行。
5. 故障回溯和分析：可观测数据可以作为故障回溯和分析的重要依据。通过对混沌实验期间的可观测数据进行回顾和分析，可以深入了解系统在不同故障场景下的行为、影响和演变过程。这有助于总结经验教训，改进系统设计和运维策略。
现代企业大量运用微服务、分布式技术，业务规模与设备数量成倍增加，服务依赖调用关系复杂。传统可观测视角往往聚焦云端，在构建企业全链路下的可观测视野方面仍存在局限性。建设全链路可观测体系在混沌工程中起着至关重要的作用，能够为实验提供数据支持、故障发现与诊断、性能评估与优化、实时反馈与告警以及故障回溯与分析等方面提供有力支持。
强化系统韧性 各领域行业广泛应用
混沌工程已经被广泛应用于各种领域和行业，包括互联网、金融、制造、医疗等。在互联网领域，混沌工程被用于测试和优化分布式系统的可靠性和性能；在金融领域，它被用于评估交易系统和支付系统稳定性和安全性；在制造领域，它被用于测试和改进生产线和供应链的稳定性和效率。
混沌工程的未来发展
混沌工程通过多种方式改进了事件响应。混沌工程帮助团队识别系统中的弱点，了解系统如何处理不同的故障，并改进系统设计和架构以有效地处理故障。通过优化故障下的系统运行，混沌工程增强了团队对事件的响应能力，改善了事件响应，并缩短了平均解决时间（MTTR）。此外，混沌工程为团队创造了学习环境，以建立他们处理故障的信心，评估和提高团队响应事件的能力，并提高系统的可靠性和弹性。混沌工程实践通过提供学习、实践和获得有效处理事件的更多信心的机会，帮助团队建立对他们应对失败能力的信心。
混沌工程作为一种解构复杂系统的艺术与科学，为我们理解和应对复杂性和不确定性提供了新的方法。作为混沌工程实践的重要部分，企业对于可观测性的需求在业务升级与企业转型等因素综合作用下，正逐渐从原本的“云端可观测”转向全链路的可观测。在未来，随着科技的不断发展和复杂系统的不断演化，混沌工程将会继续发展和演进，可观测性必将在其中扮演不可或缺的角色。