基於Opentracing+Jaeger全鏈路灰度調用鏈

  • 2019 年 10 月 29 日
  • 筆記

當網關和服務在實施全鏈路分散式灰度發布和路由時候，我們需要一款追蹤系統來監控網關和服務走的是哪個灰度組，哪個灰度版本，哪個灰度區域，甚至監控從Http Header頭部全程傳遞的灰度規則和路由策略。這個功能意義在於：

  • 不僅可以監控全鏈路中基本的調用資訊，也可以監控額外的灰度資訊，有助於我們判斷灰度發布和路由是否執行準確，一旦有問題，也可以快速定位
  • 可以監控流量何時切換到新版本，或者新的區域，或者新的機器上
  • 可以監控灰度規則和路由策略是否配置準確
  • 可以監控網關和服務灰度上下級樹狀關係
  • 可以監控全鏈路流量拓撲圖

筆者嘗試調研了一系列分散式追蹤系統和中間件，包括Opentracing、Uber Jaeger、Twitter Zipkin、Apache Skywalking、Pinpoint、CAT等，最後決定採用Opentracing + Uber Jaeger方式來實現，重要原因除了易用性和可擴展性外，Opentracing支援WebMvc和WebFlux兩種方式，業界的追蹤系統能支援WebFlux相對較少

[OpenTracing] OpenTracing已進入CNCF，正在為全球的分散式追蹤系統提供統一的概念、規範、架構和數據標準。它通過提供平台無關、廠商無關的API，使得開發人員能夠方便的添加（或更換）追蹤系統的實現。對於存在多樣化的技術棧共存的調用鏈中，Opentracing適配Java、C、Go和.Net等技術棧，實現全鏈路分散式追蹤功能。迄今為止，Uber Jaeger、Twitter Zipkin和Apache Skywalking已經適配了Opentracing規範

筆者以Nepxion社區的Discovery開源框架（對該開源框架感興趣的同學，請訪問如下鏈接）為例子展開整合

源碼主頁，請訪問
https://github.com/Nepxion/Discovery

指南主頁，請訪問
https://github.com/Nepxion/DiscoveryGuide

文檔主頁，請訪問
https://pan.baidu.com/s/1i57rXaNKPuhGRqZ2MONZOA#list/path=%2FNepxion

整合的效果圖

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基本概念

灰度調用鏈主要包括如下11個參數。使用者可以自行定義要傳遞的調用鏈參數，例如：traceId, spanId等；也可以自行定義要傳遞的業務調用鏈參數，例如：mobile, user等

1. n-d-service-group - 服務所屬組或者應用  2. n-d-service-type - 服務類型，分為「網關」和「服務」  3. n-d-service-id - 服務ID  4. n-d-service-address - 服務地址，包括Host和Port  5. n-d-service-version - 服務版本  6. n-d-service-region - 服務所屬區域  7. n-d-version - 版本路由值  8. n-d-region - 區域路由值  9. n-d-address - 地址路由值  10. n-d-version-weight - 版本權重路由值  11. n-d-region-weight - 區域權重路由值

核心實現

Opentracing通用模組

源碼參考
https://github.com/Nepxion/Discovery/tree/master/discovery-plugin-strategy-opentracing

由於OpenTracing擴展需要兼顧到Spring Cloud Gateway、Zuul和服務，它的核心邏輯存在著一定的可封裝性，所以筆者抽取出一個公共模組discovery-plugin-strategy-opentracing，包含configuration、operation、context等模組，著重闡述operation模組，其它比較簡單，不一一贅述了

在闡述前，筆者需要解釋一個配置，該配置將決定核心實現以及終端介面的顯示

  1. 如果開啟，灰度資訊輸出到獨立的Span節點中，意味著在介面顯示中，灰度資訊通過獨立的GRAY Span節點來顯示。優點是資訊簡潔明了，缺點是Span節點會增長一倍。我們可以稱呼它為【模式A】
  2. 如果關閉，灰度資訊輸出到原生的Span節點中，意味著在介面顯示中，灰度資訊會和原生Span節點的調用資訊、協議資訊等混在一起，缺點是資訊龐雜混合，優點是Span節點數不會增長。我們可以稱呼它為【模式B】
# 啟動和關閉調用鏈的灰度資訊在Opentracing中以獨立的Span節點輸出，如果關閉，則灰度資訊輸出到原生的Span節點中。缺失則默認為true  spring.application.strategy.trace.opentracing.separate.span.enabled=true

Opentracing公共操作類 – StrategyOpentracingOperation.java

  • 裝配注入Opentracing的Tracer對象
  • opentracingInitialize方法，提供給網關和服務的Span節點初始化
    • 【模式A】下，tracer.buildSpan(…).start()實現新建一個Span，並把它放置到存儲上下文的StrategyOpentracingContext的ThreadLocal里
    • 【模式B】下，不需要做任何工作
  • opentracingHeader方法，提供給網關的灰度調用鏈輸出
    • 【模式A】下，首先從StrategyOpentracingContext的ThreadLocal里獲取Span對象，其次把customizationMap（自定義的調用鏈參數）的元素都放入到Tag中，最後把灰度調用鏈主11個參數（通過strategyContextHolder.getHeader(…)獲取）和更多上下文資訊放入到Tag中
    • 【模式B】下，跟【模式A】類似，唯一區別的是Tags.COMPONENT的處理，由於原生的Span節點已經帶有該資訊，所以不需要放入到Tag中
  • opentracingLocal方法，提供給服務的灰度調用鏈輸出
    • 【模式A】下，首先從StrategyOpentracingContext的ThreadLocal里獲取Span對象，其次把customizationMap（自定義的調用鏈參數）的元素都放入到Tag中，最後把灰度調用鏈主11個參數（通過pluginAdapter.getXXX()獲取）和更多上下文資訊放入到Tag中
    • 【模式B】下，跟【模式A】類似，唯一區別的是Tags.COMPONENT的處理，由於原生的Span節點已經帶有該資訊，所以不需要放入到Tag中
  • opentracingError方法，提供給服務的灰度調用鏈異常輸出
    • 【模式A】下，首先從StrategyOpentracingContext的ThreadLocal里獲取Span對象，其次span.log(…)方法實現異常輸出
    • 【模式B】下，不需要做任何工作
  • opentracingClear方法，灰度調用鏈的Span上報和清除
    • 【模式A】下，首先從StrategyOpentracingContext的ThreadLocal里獲取Span對象，其次span.finish()方法實現Span上報，最後StrategyOpentracingContext.clearCurrentContext()方法實現Span清除
    • 【模式B】下，不需要做任何工作
  • getCurrentSpan方法
    • 【模式A】下，返回StrategyOpentracingContext.getCurrentContext().getSpan()，即opentracingInitialize新建的Span對象
    • 【模式B】下，返回tracer.activeSpan()，即原生的Span對象
public class StrategyOpentracingOperation {      private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(StrategyOpentracingOperation.class);        @Autowired      protected PluginAdapter pluginAdapter;        @Autowired      protected StrategyContextHolder strategyContextHolder;        @Autowired      private Tracer tracer;        @Value("${" + StrategyOpentracingConstant.SPRING_APPLICATION_STRATEGY_TRACE_OPENTRACING_ENABLED + ":false}")      protected Boolean traceOpentracingEnabled;        @Value("${" + StrategyOpentracingConstant.SPRING_APPLICATION_STRATEGY_TRACE_OPENTRACING_SEPARATE_SPAN_ENABLED + ":true}")      protected Boolean traceOpentracingSeparateSpanEnabled;        public void opentracingInitialize() {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return;          }            if (!traceOpentracingSeparateSpanEnabled) {              return;          }            Span span = tracer.buildSpan(DiscoveryConstant.SPAN_VALUE).start();          StrategyOpentracingContext.getCurrentContext().setSpan(span);            LOG.debug("Trace chain for Opentracing initialized...");      }        public void opentracingHeader(Map<String, String> customizationMap) {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return;          }            Span span = getCurrentSpan();          if (span == null) {              LOG.error("Span not found in context to opentracing header");                return;          }            if (MapUtils.isNotEmpty(customizationMap)) {              for (Map.Entry<String, String> entry : customizationMap.entrySet()) {                  span.setTag(entry.getKey(), entry.getValue());              }          }            if (traceOpentracingSeparateSpanEnabled) {              span.setTag(Tags.COMPONENT.getKey(), DiscoveryConstant.TAG_COMPONENT_VALUE);          }          span.setTag(DiscoveryConstant.PLUGIN, DiscoveryConstant.PLUGIN_VALUE);          span.setTag(DiscoveryConstant.TRACE_ID, span.context().toTraceId());          span.setTag(DiscoveryConstant.SPAN_ID, span.context().toSpanId());          span.setTag(DiscoveryConstant.N_D_SERVICE_GROUP, strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.N_D_SERVICE_GROUP));          ...            String routeVersion = strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.N_D_VERSION);          if (StringUtils.isNotEmpty(routeVersion)) {              span.setTag(DiscoveryConstant.N_D_VERSION, routeVersion);          }          ...            LOG.debug("Trace chain information outputs to Opentracing...");      }        public void opentracingLocal(String className, String methodName, Map<String, String> customizationMap) {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return;          }            Span span = getCurrentSpan();          if (span == null) {              LOG.error("Span not found in context to opentracing local");                return;          }            if (MapUtils.isNotEmpty(customizationMap)) {              for (Map.Entry<String, String> entry : customizationMap.entrySet()) {                  span.setTag(entry.getKey(), entry.getValue());              }          }            if (traceOpentracingSeparateSpanEnabled) {              span.setTag(Tags.COMPONENT.getKey(), DiscoveryConstant.TAG_COMPONENT_VALUE);          }          span.setTag(DiscoveryConstant.PLUGIN, DiscoveryConstant.PLUGIN_VALUE);          span.setTag(DiscoveryConstant.CLASS, className);          span.setTag(DiscoveryConstant.METHOD, methodName);          span.setTag(DiscoveryConstant.TRACE_ID, span.context().toTraceId());          span.setTag(DiscoveryConstant.SPAN_ID, span.context().toSpanId());          span.setTag(DiscoveryConstant.N_D_SERVICE_GROUP, pluginAdapter.getGroup());          ...            String routeVersion = strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.N_D_VERSION);          if (StringUtils.isNotEmpty(routeVersion)) {              span.setTag(DiscoveryConstant.N_D_VERSION, routeVersion);          }          ...            LOG.debug("Trace chain information outputs to Opentracing...");      }        public void opentracingError(String className, String methodName, Throwable e) {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return;          }            if (!traceOpentracingSeparateSpanEnabled) {              return;          }            Span span = getCurrentSpan();          if (span == null) {              LOG.error("Span not found in context to opentracing error");                return;          }            span.log(new ImmutableMap.Builder<String, Object>()                  .put(DiscoveryConstant.CLASS, className)                  .put(DiscoveryConstant.METHOD, methodName)                  .put(DiscoveryConstant.EVENT, Tags.ERROR.getKey())                  .put(DiscoveryConstant.ERROR_OBJECT, e)                  .build());            LOG.debug("Trace chain error outputs to Opentracing...");      }        public void opentracingClear() {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return;          }            if (!traceOpentracingSeparateSpanEnabled) {              return;          }            Span span = getCurrentSpan();          if (span != null) {              span.finish();          } else {              LOG.error("Span not found in context to opentracing clear");          }          StrategyOpentracingContext.clearCurrentContext();            LOG.debug("Trace chain context of Opentracing cleared...");      }        public Span getCurrentSpan() {          return traceOpentracingSeparateSpanEnabled ? StrategyOpentracingContext.getCurrentContext().getSpan() : tracer.activeSpan();      }        public String getTraceId() {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return null;          }            Span span = getCurrentSpan();          if (span != null) {              return span.context().toTraceId();          }            return null;      }        public String getSpanId() {          if (!traceOpentracingEnabled) {              return null;          }            Span span = getCurrentSpan();          if (span != null) {              return span.context().toSpanId();          }            return null;      }  }

Opentracing Service模組

源碼參考
https://github.com/Nepxion/Discovery/tree/master/discovery-plugin-strategy-starter-service-opentracing

實現OpenTracing對服務的擴展，包含configuration、tracer等模組，著重闡述tracer模組，其它比較簡單，不一一贅述了

Opentracing的服務追蹤類 – DefaultServiceStrategyOpentracingTracer.java

  • 繼承DefaultServiceStrategyTracer，並注入StrategyOpentracingOperation
  • trace方法里先執行opentracingInitialize初始化Span，這樣可以讓後面的邏輯都可以從Span中拿到traceId和spanId，執行opentracingLocal實現服務的灰度調用鏈輸出
  • error方法里執行opentracingError實現服務的灰度調用鏈異常輸出
  • release方法里執行opentracingClear實現灰度調用鏈的Span上報和清除
public class DefaultServiceStrategyOpentracingTracer extends DefaultServiceStrategyTracer {      @Autowired      private StrategyOpentracingOperation strategyOpentracingOperation;        @Override      public void trace(ServiceStrategyTracerInterceptor interceptor, MethodInvocation invocation) {          strategyOpentracingOperation.opentracingInitialize();            super.trace(interceptor, invocation);            strategyOpentracingOperation.opentracingLocal(interceptor.getMethod(invocation).getDeclaringClass().getName(), interceptor.getMethodName(invocation), getCustomizationMap());      }        @Override      public void error(ServiceStrategyTracerInterceptor interceptor, MethodInvocation invocation, Throwable e) {          super.error(interceptor, invocation, e);            strategyOpentracingOperation.opentracingError(interceptor.getMethod(invocation).getDeclaringClass().getName(), interceptor.getMethodName(invocation), e);      }        @Override      public void release(ServiceStrategyTracerInterceptor interceptor, MethodInvocation invocation) {          super.release(interceptor, invocation);            strategyOpentracingOperation.opentracingClear();      }        @Override      public String getTraceId() {          return strategyOpentracingOperation.getTraceId();      }        @Override      public String getSpanId() {          return strategyOpentracingOperation.getSpanId();      }  }

Opentracing Spring Cloud Gateway模組

源碼參考
https://github.com/Nepxion/Discovery/tree/master/discovery-plugin-strategy-starter-gateway-opentracing

實現OpenTracing對Spring Cloud Gateway的擴展，跟discovery-plugin-strategy-starter-service-opentracing模組類似，不一一贅述了

Opentracing Zuul模組

源碼參考
https://github.com/Nepxion/Discovery/tree/master/discovery-plugin-strategy-starter-zuul-opentracing

實現OpenTracing對Zuul的擴展，跟discovery-plugin-strategy-starter-service-opentracing模組類似，不一一贅述了

使用說明

示例參考
https://github.com/Nepxion/DiscoveryGuide

使用方式

Opentracing輸出方式以Uber Jaeger為例來說明，步驟非常簡單

  1. 從https://pan.baidu.com/s/1i57rXaNKPuhGRqZ2MONZOA#list/path=%2FNepxion獲取Jaeger-1.14.0.zip，Windows作業系統下解壓後運行jaeger.bat，Mac和Lunix作業系統請自行研究
  2. 執行Postman調用後，訪問http://localhost:16686查看灰度調用鏈
  3. 灰度調用鏈支援WebMvc和WebFlux兩種方式，以GRAY字樣的標記來標識

開關控制

對於Opentracing調用鏈功能的開啟和關閉，需要通過如下開關做控制：

# 啟動和關閉調用鏈。缺失則默認為false  spring.application.strategy.trace.enabled=true  # 啟動和關閉調用鏈的Opentracing輸出，支援F版或更高版本的配置，其它版本不需要該行配置。缺失則默認為false  spring.application.strategy.trace.opentracing.enabled=true  # 啟動和關閉調用鏈的灰度資訊在Opentracing中以獨立的Span節點輸出，如果關閉，則灰度資訊輸出到原生的Span節點中。缺失則默認為true  spring.application.strategy.trace.opentracing.separate.span.enabled=true

可選功能

自定義調用鏈上下文參數的創建（該類不是必須的），繼承DefaultStrategyTracerAdapter

// 自定義調用鏈上下文參數的創建  // 對於getTraceId和getSpanId方法，在Opentracing等調用鏈中間件引入的情況下，由調用鏈中間件決定，在這裡定義不會起作用；在Opentracing等調用鏈中間件未引入的情況下，在這裡定義才有效，下面程式碼中表示從Http Header中獲取，並全鏈路傳遞  // 對於getCustomizationMap方法，表示輸出到調用鏈中的訂製化業務參數，可以同時輸出到日誌和Opentracing等調用鏈中間件，下面程式碼中表示從Http Header中獲取，並全鏈路傳遞  public class MyStrategyTracerAdapter extends DefaultStrategyTracerAdapter {      @Override      public String getTraceId() {          return StringUtils.isNotEmpty(strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.TRACE_ID)) ? strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.TRACE_ID) : StringUtils.EMPTY;      }        @Override      public String getSpanId() {          return StringUtils.isNotEmpty(strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.SPAN_ID)) ? strategyContextHolder.getHeader(DiscoveryConstant.SPAN_ID) : StringUtils.EMPTY;      }        @Override      public Map<String, String> getCustomizationMap() {          return new ImmutableMap.Builder<String, String>()                  .put("mobile", StringUtils.isNotEmpty(strategyContextHolder.getHeader("mobile")) ? strategyContextHolder.getHeader("mobile") : StringUtils.EMPTY)                  .put("user", StringUtils.isNotEmpty(strategyContextHolder.getHeader("user")) ? strategyContextHolder.getHeader("user") : StringUtils.EMPTY)                  .build();      }  }

在配置類里@Bean方式進行調用鏈類創建，覆蓋框架內置的調用鏈類

@Bean  public StrategyTracerAdapter strategyTracerAdapter() {      return new MyStrategyTracerAdapter();  }

本文作者

任浩軍， 10 多年開源經歷，Github ID：@HaojunRen，Nepxion 開源社區創始人，Nacos Group Member，Spring Cloud Alibaba & Nacos & Sentinel Committer

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