【Spring Cloud】Spring Cloud Sleuth 使用记录

前言

Spring Cloud Sleuth 组件在 Spring Cloud 微服务体系下主要起到 错误定位排查、链路性能分析 等作用，本文主要示例 Spring Cloud Sleuth 的一些使用场景

官方图示：

通俗的理解，Tracer 表示整个完整的请求，对应唯一 traceId
Span 表示 Tracer 下的多条调用链路，对应各自的 spanId
借用官方图示说明：

logback 配置

Spring Cloud Sleuth 是默认提供一份 logback 配置的，我们也可以提供自己的 logback-spring.xml 用于修改日志格式、拓展日志存储方式等，这里贴出一份 最佳实践 示例

<configuration>

    <include resource="org/springframework/boot/logging/logback/defaults.xml"/>
    <springProperty scope="context" name="springAppName" source="spring.application.name"/>

    <property name="PATTERN"
              value="%clr(%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS}){faint} %clr(${LOG_LEVEL_PATTERN:-%5p}) %clr(${PID:- }){magenta} %clr(---){faint} %clr([%15.15t]){faint} %clr(%-40.40logger{39}){cyan} %clr(:){faint} %m%n${LOG_EXCEPTION_CONVERSION_WORD:-%wEx}"/>

    <appender name="CONSOLE" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <encoder>
            <pattern>${PATTERN}pattern>
            <charset>utf8charset>
        encoder>
    appender>

    <appender name="app"
              class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
        <file>app.logfile>
        <encoder>
            <pattern>${PATTERN}pattern>
        encoder>
        <rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.SizeAndTimeBasedRollingPolicy">
            <fileNamePattern>app.%d{yyyy-MM-dd}.%i.logfileNamePattern>
            <maxHistory>7maxHistory>
            <maxFileSize>50MBmaxFileSize>
            <totalSizeCap>10GBtotalSizeCap>
        rollingPolicy>

        <filter class="ch.qos.logback.classic.filter.ThresholdFilter">
            <level>infolevel>
        filter>
    appender>

    <appender name="error"
              class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
        <file>error.logfile>
        <encoder>
            <pattern>${PATTERN}pattern>
        encoder>
        <rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.SizeAndTimeBasedRollingPolicy">
            <fileNamePattern>error.%d{yyyy-MM-dd}.%i.logfileNamePattern>
            <maxHistory>7maxHistory>
            <maxFileSize>50MBmaxFileSize>
            <totalSizeCap>10GBtotalSizeCap>
        rollingPolicy>

        <filter class="ch.qos.logback.classic.filter.ThresholdFilter">
            <level>errorlevel>
        filter>
    appender>

    <root level="info">
        <appender-ref ref="CONSOLE" />
        <appender-ref ref="app"/>
        <appender-ref ref="error"/>
    root>
configuration>

• 定义日志输出 partten，对 applicationName traceId spanId 进行记录，方便日志定位、分析排错
• 示例中，info 日志记录在 Console 和 app.log，error 日志记录在 Console 和 error.log

WEB 环境下的使用

整合 Spring Cloud Sleuth 依赖后，针对每个 endpoint 都会自动创建对应的 Tracer、Span

猜测由拦截器 TracingFilter 实现：生成对应的实例放在 ThreadLocal 中，
类似于 HttpServletRequest JdbcTemplate 等
如果猜错了当我没说

拦截器处理

为了生成的 traceId spanId 等对前端可见（主要是 traceId），以便定位日志进行排错，我们需要将请求生成的对应 traceId 按约定传递到前端，这里展示一个基于 拦截器 将 traceId 放置在 响应头 的示例

@Component
public class TraceFilter implements Filter {

	@Autowired
	Tracer tracer;

	private static final String TRACE_ID = "traceId";

	@Override
	public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {

		Optional.ofNullable(response)
				.map(rep -> (HttpServletResponse) rep)
				.ifPresent(rep -> rep.addHeader(TRACE_ID, Optional.ofNullable(tracer)
						.map(t -> t.currentSpan())
						.map(span -> span.context())
						.map(context -> context.traceId())
						.orElse("")));
		chain.doFilter(request, response);
	}
}

• Tracer 即对应的 Tracer 实例，可用于获取 Span traceId 等信息
• rep.addHeader 将 traceId 信息放在响应头，也可以自行添加其他信息

普通示例

	@RequestMapping(value = "/", method = RequestMethod.GET)
	public void test() {
		testService.test();
	}

	------- TestService

	public void test(String... args) {
		logger.info("run");
	}

启动后访问 http://ip:port，记录对应日志 ：

2021-09-13 15:47:55.956  INFO [trace,b7b57a40295f489c,b7b57a40295f489c] 34549 --- [nio-8080-exec-1] c.xsn.demo.sc.trace.config.TestService   : run

-- [trace,b7b57a40295f489c,b7b57a40295f489c] 依次对应 applicationName traceId spanId

前端页面对应响应头信息：

排错示例

	@RequestMapping(value = "/testerror", method = RequestMethod.GET)
	public void error() {
		try {
			int i = 1 / 0;
		} catch (Exception e) {
			logger.error(e.getMessage());
		}
	}

启动后访问 http://ip:port/testerror，发现页面报错，从响应头获取 traceId 信息，交给后端排错：

在 error.log 中定位错误日志信息，进一步排查问题：

总结

借助切面日志、手动打印等手段，即可实现调用链路的关键信息记录，再通过 traceId 即可直接定位日志进行排查

异步环境

上述示例是最通用的使用场景，整个调用链路也是同步的，而在有些场景中存在主线程调用子线程的业务需要，实际上它们应该在同一 Tracer 下（Span 无所谓）

普通的 Executor ExecutorService 和 ScheduledExecutorService 自然不提供这种能力，但是 Spring Cloud Sleuth 提供了对应的 LazyTraceExecutor TraceableExecutorService 和 TraceableScheduledExecutorService， 同时基于 @Async 注解的异步任务，Spring Cloud Sleuth 也会为其生成对应的 Tracer

TraceableExecutorService 示例

	@RequestMapping(value = "/traceAsync", method = RequestMethod.GET)
	public void traceAsync() {
		testService.traceAsync();
	}

	-------- TestService

	public void traceAsync() {
		logger.info("sup - trace async");

		TraceableExecutorService traceableExecutorService
				= new TraceableExecutorService(beanFactory, new ThreadPoolExecutor(
				2, 4, 1, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>()
		));
		traceableExecutorService.execute(() -> logger.info("sub - trace async"));
	}

异步任务由 TraceableExecutorService 包装的 ThreadPoolExecutor 调用，则可以实现 Tracer 的创建与传递，结果如图：

如图可见，主线程调用链路和子线程调用链路在同一个 Tracer 的不同 Span 下

@Async 示例

	@RequestMapping(value = "/async", method = RequestMethod.GET)
	public void async() {
		logger.info("sup - async");
		testService.doAsync();
	}

	-------- TestService with @EnableAsync

	@Async
	public void doAsync() {
		logger.info("sub - async");
	}

子任务由 Spring 异步框架调用，即 @Async，Spring Cloud Sleuth 实现了对其 Tracer 的创建与传递

结果如下：

HttpClient 调用

此处只示例 RestTemplate，Spring Cloud Sleuth 针对 RestTemplate 的调用也实现了 Tracer 的创建与传递，当然前提是 RestTemplate 由容器管理（无需进行额外的配置，只需要引入 Spring Cloud Sleuth 依赖即可，Spring yyds）

RestTemplate 示例

	@Bean
	public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder) {
		return restTemplateBuilder.build();
	}

	@RequestMapping(value = "/restTemplateCall", method = RequestMethod.GET)
	public void restTemplateCall() {
		testService.restTemplateCall();
	}

	@RequestMapping(value = "/hello", method = RequestMethod.GET)
	public void hello() {
		logger.info("hello");
	}

	-------- TestService

	public void restTemplateCall() {
		logger.info("restTemplateCall");
		restTemplate.getForObject("http://localhost:8080/hello", Void.class);
	}

• 结果即同一 Tracer 下两个 Span，图略
• 同样的，基于 OpenFeign 的微服务调用必然也是支持的，示例略

消息收发

最后演示下使用消息中间件的场景，诸如 RabbitMq 中，我们可以手动将 traceId 等信息放在 Message.header 中来进行传递，类似于 Web 下的拦截器机制

RabbitMq 示例

	@Autowired
	SendService sendService;

	@RequestMapping(value = "send", method = RequestMethod.GET)
	public void send() {
		sendService.send();
	}

	-------- SendService
	
	private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());

	@Autowired
	Tracer tracer;

	public void send() {

		MessageProperties properties = MessagePropertiesBuilder.newInstance()
				.setHeader("traceId", Optional.ofNullable(tracer)
						.map(t -> t.currentSpan())
						.map(span -> span.context())
						.map(context -> context.traceId())
						.orElse(""))
				.build();

		Message message = MessageBuilder
				.withBody("trace".getBytes())
				.andProperties(properties)
				.build();

		logger.info("send");

		rabbitTemplate.send(
				"test-direct-exchange", "test-trace-routekey", message
		);
	}

	------- RecieveService

	@RabbitListener(bindings = @QueueBinding(
			value = @Queue
			, exchange = @Exchange(value = "test-direct-exchange")
			, key = "test-trace-routekey"
	))
	public void trace(String message, @Header("traceId") String traceId) {
		System.out.println(message);
		System.out.println(traceId);
	}

• endpoint 触发发送消息，创建 Tracer 信息
• 发送消息时将 traceId 信息包含在消息头中
• 接收消息时通过 @Header 即可拿到 traceId 进一步处理
• 结果略

总结

还有一些其他场景就不一一举例了，比如 OpenFeign、父子线程、Reactor （WebFlux）等等