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分布式服务跟踪Spring Cloud Sleuth使用详解1（安装配置、基本用法）

作者：hangge | 2020-11-18 08:10
    在实际业务中，各微服务间的调用关系常常错综复杂。通常一个由客户端发起的请求在后端系统中会经过多个不同的微服务调用来协同产生最后的请求结果，在复杂的微服务架构系统中，几乎每一个前端请求都会形成一条复杂的分布式服务调用链路，在每条链路中任何一个依赖服务出现延迟过高或错误的时候都有可能引起请求最后的失败。
    这时候，对于每个请求，全链路调用的跟踪就变得越来越重要，通过实现对请求调用的跟踪可以帮助我们快速发现错误根源以及监控分析每条请求链路上的性能瓶颈等。
    而针对这种分布式服务跟踪问题，Spring Cloud Sleuth 提供了一套完整的解决方案。下面我们将详细介绍如何使用 Spring Cloud Sleuth 来为微服务架构增加分布式服务跟踪的能力。

一、基本介绍

1，Spring Cloud Sleuth 作用

    在 Spring Boot 应用中，通过在工程中引入 spring-cloud-starter-sleuth 依赖之后，它会自动为当前应用构建起各通信通道的跟踪机制，比如：
  • 通过诸如 RabbitMQ、Kafka（或者其他任何 Spring Cloud Stream 绑定器实现的消息中间件）传递的请求。
  • 通过 Zuul 代理传递的请求。
  • 通过 RestTemplate 发起的请求。
 

2，跟踪原理

Spring Clpud Sleuth 实现分布式系统中的服务跟踪功能，主要在于下面两个关键点：
  • 为了实现请求跟踪，当请求发送到分布式系统的入口端点时，只需要服务跟踪框架为该请求创建一个唯一的跟踪标识，同时在分布式系统内部流转的时候，框架始终保持传递该唯一标识，直到返回给请求方为止。这个唯一标识就是后面会介绍到的 Trace ID。通过 Trace ID 的记录，我们就能将所有请求过程的日志关联起来。
  • 为了统计各处理单元的时间延迟，当请求到达各个服务组件时，或是处理逻辑到达某个状态时，也通过一个唯一标识来标记它的开始、具体过程以及结束，该标识就是后面提到的 Span ID。对于每个 Span 来说，它必须有开始和结束两个节点，通过记录开始 Span 和结束 Span 的时间戳，就能统计出该 Span 的时间延迟，除了时司戳记录之外，它还可以包含一些其他元数据，比如事件名称、请求信息等。 

3，准备工作

（1）在引入 Sleuth 之前，我们需要先准备三个项目：服务注册中心 eureka-server、服务提供者 hello-service、服务消费者 ribbon-consumer，具体搭建步骤可以参考我之前写的文章：

（2）其中服务提供者 hello-service 实现了一个 REST 接口 /hello：
@RestController
public class HelloController {

    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        logger.info("--- <call hello> ---");
        return "welcome to hangge.com";
    }
}

（3）而服务消费者 ribbon-consumer 实现 /hello-consumer 接口，并使用 RestTemplate 调用 hello-service 应用的 /hello 接口： 
@RestController
public class ConsumerController {

    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    @GetMapping("/hello-consumer")
    public String helloConsumer() {
        logger.info("--- <call hello-consumer> ---");
        return restTemplate.getForEntity("http://HELLO-SERVICE/hello", String.class).getBody();
    }
}

（4）启动服务访问 ribbon-consumer 应用的 /hello-consumer 接口，可以看到页面结果如下：

（5）同时 ribbon-consumer 应用控制台输出如下：

（6）而 hello-service  控制台输出如下：

4，实现跟踪

（1）要增加服务跟踪功能十分简单，只需要添加 spring-cloud-starter-sleuth 依赖即可：
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
</dependency>

（2）启动项目再次问 ribbon-consumer 应用的 /hello-consumer 接口，可以看到 ribbon-consumer 应用控制台输出如下：
    从下面的控制台输出内容中，我们可以看到多了一些形如 [ribbon-consumer,081074fbd2647722,081074fbd2647722,false] 的日志信息，而这些元素正是实现分布式服务跟踪的重要组成部分，每个值的含义如下所述：
  • 第一个值 ribbon-consumer：它记录了应用的名称，也就是 application.properties 中 spring.application.name 参数配置的属性。
  • 第二个值 081074fbd2647722：是 Spring Cloud Sleuth 生成的一个 ID，称为 Trace ID，它用来标识一条请求链路。一条请求链路中包含一个 Trace ID，多个 Span ID。
  • 第三个值 081074fbd2647722：是 Spring Cloud Sleuth 生成的另外一个 ID，称为 Span ID，它表示一个基本的工作单元，比如发送一个 HTTP 请求。
  • 第四个值 false：表示是否要将该信息输出到 Zipkin 等服务中来收集和展示。

（3）而 hello-service 控制台输出如下：
    上面四个值中的 Trace ID 和 Span ID 是 Spring Cloud Sleuth 实现分布式服务跟踪的核心。在一次服务请求链路的调用过程中，会保持并传递同一个 Trace ID，从而将整个分布于不同微服务进程中的请求跟踪信息串联起来。
  • 从两个控制台输出内容可以方向，ribbon-consumer 和 hello-service 同属于一个前端服务请求来源，所以它们的 Trace ID 是相同的，处于同一条请求链路中。

5，在代码中获取相关跟踪参数信息

（1）如果我们需要在代码中获取 Sleuth 生成的相关跟踪信息，比如一个请求链路的唯一标示（TraceId）、一个工作单元的唯一标示（SpanId），是否被抽样输出（Sampled）等等。可以通过注入 brave.Tracer 对象获取：
@RestController
public class ConsumerController {

    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    @Autowired
    Tracer tracer;

    @GetMapping("/hello-consumer")
    public String helloConsumer() {

        logger.info("--- <call hello-consumer, TraceId={}, SpanId={}> ---",
                tracer.currentSpan().context().traceId(),
                tracer.currentSpan().context().spanId());
        return restTemplate.getForEntity("http://HELLO-SERVICE/hello", String.class).getBody();
    }
}

（2）启动项目再次问 ribbon-consumer 应用的 /hello-consumer 接口，可以看到 ribbon-consumer 应用控制台输出如下：
注意：我们获取到的 TraceId 和 SpanId 值看起来和日志原来就有的值不一样，因为一个是十六机制显示，一个是十进制显示。

6，查看更多跟踪信息

（1）为了更直观地观察跟踪信息，我们还可以在 application.properties 中增加下面的配置。通过将 Spring MVC 的请求分发日志级别调整为 DEBUG 级别，我们可以看到更多跟踪信息：
logging.level.org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet=DEBUG

（2）启动项目再次问 ribbon-consumer 应用的 /hello-consumer 接口，可以看到 ribbon-consumer 应用控制台输出如下：
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