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Spring Cloud技术分析（3）- spring cloud sleuth
未来已来2018-09-06 15:30作者：刘善永
spring cloud sleuth是从google的dapper论文的思想实现的，提供了对spring cloud系列的链路追踪。本文主要从spring cloud sleuth的使用着手。
上一篇：Spring Cloud技术分析（2）—— 服务治理实践
1. 目的
- 提供链路追踪。通过sleuth可以很清楚的看出一个请求都经过了哪些服务。可以很方便的理清服务间的调用关系。
- 可视化错误。对于程序未捕捉的异常，可以在zipkin界面上看到。
- 分析耗时。通过sleuth可以很方便的看出每个采样请求的耗时，分析出哪些服务调用比较耗时。当服务调用的耗时随着请求量的增大而增大时，也可以对服务的扩容提供一定的提醒作用。
- 优化链路。对于频繁地调用一个服务，或者并行地调用等，可以针对业务做一些优化措施。
2. 应用程序集成spring cloud sleuth
spring cloud sleuth可以结合zipkin，将信息发送到zipkin，利用zipkin的存储来存储信息，利用zipkin ui来展示数据。同时也可以只是简单的将数据记在日志中。
2.1 仅仅使用sleuth+log配置
maven配置
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
<version>Camden.SR6</version>
<type>pom</type>
<scope>import</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
</dependency>
这种方式只需要引入jar包即可。如果配置log4j，这样会在打印出如下的日志：
2017-04-08 23:56:50.459 INFO [bootstrap,38d6049ff0686023,d1b8b0352d3f6fa9,false] 8764 --- [nio-8080-exec-1] demo.JpaSingleDatasourceApplication : Step 2: Handling print 2017-04-08 23:56:50.459 INFO [bootstrap,38d6049ff0686023,d1b8b0352d3f6fa9,false] 8764 --- [nio-8080-exec-1] demo.JpaSingleDatasourceApplication : Step 1: Handling home
比原先的日志多出了 [bootstrap,38d6049ff0686023,d1b8b0352d3f6fa9,false] 这些内容，[appname,traceId,spanId,exportable]。
- appname：服务名称
- traceId\spanId：链路追踪的两个术语，后面有介绍
- exportable:是否是发送给zipkin
2.2 sleuth+zipkin+http
sleuth收集跟踪信息通过http请求发给zipkin。这种需要启动一个zipkin,zipkin用来存储数据和展示数据。
大体流程图
BlockingQueue的大小sleuth写死了为1000。当队列满了还往里放的话，sleuth只是加了个记录处理。
应用程序配置
maven引入
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
<version>Camden.SR6</version>
<type>pom</type>
<scope>import</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-zipkin</artifactId>
</dependency>
配置文件配置
spring.sleuth.sampler.percentage=0.1 采样率
spring.zipkin.baseUrl=http://zipkin.ms.rrzcp8.com 发送到zipkinServer的url
spring.zipkin.enabled=true
zipkin
maven引入
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-zipkin</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-stream-binder-kafka</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-sleuth-zipkin-stream</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>io.zipkin.java</groupId>
<artifactId>zipkin-autoconfigure-ui</artifactId>
<!--<version>1.40.2</version>-->
</dependency>
spring boot程序
@SpringBootApplication(exclude = SleuthStreamAutoConfiguration.class)
@EnableZipkinServer
public class SleuthServerApplication
{
public static void main(String[] args)
{
SpringApplication.run(SleuthServerApplication.class, args);
}
}
存储配置
zipkin的存储包括mysql、es、cassadra。如果不配置存储的话，默认是在内存中的。如果在内存中的话，当重启应用后，数据就会丢失了。
mysql存储
spring:
application:
name: sleuth-zipkin-http
datasource:
schema: classpath:/mysql.sql
url: jdbc:mysql://xxx:xx/huluwa_zipkin
driverClassName: com.mysql.jdbc.Driver
username: huluwa_app
password: %jdbc-1.password%
# Switch this on to create the schema on startup:
initialize: true
continueOnError: true
sleuth:
enabled: false
# default is mem (in-memory)
zipkin:
storage:
type: mysql
mysql的脚本在zipkin包里已经提供了，只需要执行一下就可以了。
es存储
zipkin:
storage:
type: elasticsearch
elasticsearch:
cluster: ${ES_CLUSTER:elasticsearch}
hosts: ${ES_HOSTS:localhost:9300}
index: ${ES_INDEX:zipkin}
index-shards: ${ES_INDEX_SHARDS:5}
index-replicas: ${ES_INDEX_REPLICAS:1}
2.3 sletuh+streaming+zipkin
这种方式通过spring cloud streaming将追踪信息发送到zipkin。spring cloud streaming目前只有kafka和rabbitmq的binder。以kafka为例：
大体流程
Collector是源码的类名。Collector从消息中间件中读取数据并存储到db和es中。
应用程序配置
maven引入
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
<version>Camden.SR6</version>
<type>pom</type>
<scope>import</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-sleuth-stream</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-stream-binder-kafka</artifactId>
</dependency>
配置文件配置
stream:
kafka:
binder:
brokers: xx:9098,xx:9098,xx:9098
zk-nodes: xx:2186,xx:2186
zipkin
maven引入
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-starter-zipkin</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-stream-binder-kafka</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.cloud</groupId>
<artifactId>spring-cloud-sleuth-zipkin-stream</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>io.zipkin.java</groupId>
<artifactId>zipkin-autoconfigure-ui</artifactId>
<!--<version>1.40.2</version>-->
</dependency>
spring boot程序
@EnableZipkinStreamServer
@EnableBinding(SleuthSink.class)
@SpringBootApplication(exclude = SleuthStreamAutoConfiguration.class)
@MessageEndpoint
public class SleuthServerApplication
{
public static void main(String[] args)
{
SpringApplication.run(SleuthServerApplication.class, args);
}
}
配置
stream:
kafka:
binder:
brokers: xx:9098,xx:9098,xx:9098
zk-nodes: xx:2186,xx:2186
存储配置和上面的一样。
3. sleuth支持
通过sleuth-core的jar包结构，可以很明显的看出，sleuth可以进行链路追踪的代码：
web下面包括http和feign。
3.1 http
可以通过spring.sleuth.web.enabled=false来禁止这种类型的链路追踪。http支持实现的关键类是 TraceFilter和TraceHandlerInterceptor。
- TraceFilter：对入站的请求加上X-B3-SpanId、X-B3-TraceId等属性，来对请求进行链路追踪。这时候，Span的名字为http:加上请求的路径。例如，如果请求是/foo/bar，那span名字就是http:/foo/bar。
- TraceHandlerInterceptor：如果需要对span名字进行进一步的控制，可以使用TraceHandlerInterceptor，它会对已有的HandlerInterceptor进行包装，或者直接添加到已有的HandlerInterceptors中。TraceHandlerInterceptor会在HttpServletRequest中添加一个特别的request attribute。如果TraceFilter没有发现这个属性，就会创建一个额外的“fallback”（保底）span，这样确保跟踪信息完整。
3.2 runnable、callable、Executor
可以通过 TraceRunnable 和 TraceCallable来对runnable和callable进行包装。也可以用LazyTraceExecutor来代替java的Executor。比如：
@Autowired
private BeanFactory beanFactory;
private static final ExecutorService EXECUTOR = Executors.newFixedThreadPool(2);
@RequestMapping("/service1")
public String service1()
{
Runnable runnable = () ->
{
try
{
Thread.sleep(1000);
}
catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
};
Executor executor = new LazyTraceExecutor(beanFactory, EXECUTOR);
executor.execute(runnable);
return "hello world";
}
这样每次执行都有span的新建和销毁。通过LazyTraceExecutor源码可以很轻松的看到：
@Override
public void run() {
Span span = startSpan();
try {
this.getDelegate().run();
}
finally {
close(span);
}
}
3.3 feign
默认情况下，Spring Cloud Sleuth提供了一个TraceFeignClientAutoConfiguration来整合Feign。如果需要禁用的话，可以设置spring.sleuth.feign.enabled为false。如果禁用，与Feign相关的机制就不会发生。
3.4 RxJava
建议自定义一个RxJavaSchedulersHook,它使用TraceAction来包装实例中所有的Action0。这个钩子对象，会根据之前调度的Action是否已经开始跟踪，来决定是创建还是延续使用span。可以通过设置spring.sleuth.rxjava.schedulers.hook.enabled为false来关闭这个对象的使用。可以定义一组正则表达式来对线程名进行过滤，来选择哪些线程不需要跟踪。可以使用逗号分割的方式来配置spring.sleuth.rxjava.schedulers.ignoredthreads属性。
3.5 messaging
Spring Cloud Sleuth本身就整合了Spring Integration。它发布/订阅事件都是会创建span。可以设置spring.sleuth.integration.enabled=false来禁用这个机制。
4 基本概念
因为sleuth是根据google的dapper论文而来的，所以用的术语和dapper一样。
4.1 术语
- span：最基本的工作单元。由spanId来标志。Span也可以带有其他数据，例如：描述，时间戳，键值对标签，起始Span的ID，以及处理ID（通常使用IP地址）等等。 Span有起始和结束，他们跟踪着时间信息。span应该都是成对出现的，所以一旦创建了一个span，那就必须在未来某个时间点结束它。起始的span通常被称为：root span。它的id通常也被作为一个跟踪记录的id。
- traceId：一个树结构的span集合。把相同traceId的span串起来。
- annotation：用于记录一个事件时间信息。
- cs：client send。客户端发送，一个span的开始
- cr：client receive。客户端接收。一个span的结束
- ss：server send。服务器发送
- sr：server receive。服务器接收，开始处理。
- sr-cs和cr-ss:表示网络传输时长
- ss-sr:表示服务端处理请求的时长
- cr-cs:表示请求的响应时长
4.2 采样率
如果服务的流量很大，全部采集对存储压力比较大。这个时候可以设置采样率，sleuth 可以通过设置 spring.sleuth.sampler.percentage=0.1。不配置的话，默认采样率是0.1。也可以通过实现bean的方式来设置采样为全部采样(AlwaysSampler)或者不采样(NeverSampler)：如
@Bean public Sampler defaultSampler() {
return new AlwaysSampler();
}
sleuth采样算法的实现是 Reservoir sampling（水塘抽样）。实现类是 PercentageBasedSampler。
4.3 traceId和spanId的生成问题
traceId和spanId的生成,sleuth是通过java 的Random类的nextLong方法生成的。这样的话就存在traceId存在一样的情况，不知道为什么要这么设计。
参考资料
- http://cloud.spring.io/spring-cloud-sleuth/spring-cloud-sleuth.html
- zipkin github地址
- https://github.com/openzipkin/zipkin/issues/
- spring cloud 中国社区
网易云大礼包：https://www.163yun.com/gift
本文来自网易实践者社区，经作者刘善永授权发布
