关于java:学习笔记分布式追踪Tracing

在软件工程中，Tracing 指应用特定的日志记录程序的执行信息，与之相近的还有两个概念，它们别离是 Logging 和 Metrics。

Logging：用于记录离散的事件，蕴含程序执行到某一点或某一阶段的详细信息，比方，应用程序的调试（debug）信息或谬误（error）信息。它是咱们诊断问题的根据。
Metrics：用于记录可聚合的数据，且通常是固定类型的时序数据，每个都是一个逻辑计量单元，或者一个时间段内的柱状图，比方，队列的以后深度能够被定义为一个计量单元，在写入或读取时被更新统计；输出 HTTP 申请的数量能够被定义为一个计数器，用于简略累加；申请的执行工夫能够被定义为一个柱状图，在指定工夫片上更新和统计汇总。
Tracing：用于记录单次申请范畴内的解决信息，其中包含服务调用和解决时长等，比方，一次调用近程服务的 RPC 执行过程；一次理论的 SQL 查问语句；一次 HTTP 申请的业务性 ID。它是咱们排查零碎性能问题的利器。

零碎架构从单体转变为微服务当前，一次申请往往波及到多个服务之间的调用。随着服务数量的增多和外部调用链的复杂化，仅凭借日志和性能监控很难做到“See the Whole Picture”，在进行问题排查或是性能剖析的时候，无异于盲人摸象。

分布式追踪零碎（Tracing）旨在剖析申请背地调用了哪些服务，服务的调用程序、耗时、谬误起因等，帮忙开发者直观剖析申请链路，疾速定位性能瓶颈，逐步优化服务间依赖，也有助于开发者从更宏观的角度更好地了解整个分布式系统。

早在 2005 年，Google 就在外部部署了一套分布式追踪零碎 Dapper，并发表了一篇论文《Dapper, a Large-Scale Distributed Systems Tracing Infrastructure》，论述了该分布式追踪零碎的设计和实现，能够视为分布式追踪畛域的鼻祖。随后各大厂商纷纷落地了一些优良的分布式追踪零碎，比方 Jaeger（Uber）、Zipkin（twitter）、X-ray（AWS）、SkyWalking 等，但各家的分布式追踪计划很可能是互不兼容的，于是诞生了 OpenTracing。

OpenTracing 是一个轻量级的标准化层，它位于 < 应用程序 / 类库 > 和 < 追踪或日志分析程序 > 之间，通过提供平台无关、厂商无关的 API，使得开发人员可能不便的增加（或更换）追踪零碎的实现，解决不同的分布式追踪零碎 API 不兼容的问题，也使得在通用代码库减少对分布式追踪的反对成为可能。

后盾无关的一套接口 ，被跟踪的服务只须要调用这套接口，就能够被任何实现这套接口的跟踪后盾（比方 Zipkin, Jaeger 等等）反对，而作为一个跟踪后盾，只有实现了个这套接口，就能够跟踪到任何调用这套接口的服务。
标准化了对跟踪最小单位 Span 的治理 ：定义了开始 Span，完结 Span 和记录 Span 耗时的 API。
标准化了过程间跟踪数据传递的形式 ：定义了一套 API 不便跟踪数据的传递。
标准化了过程内以后 Span 的治理 ：定义了存储和获取以后 Span 的 API。
不对编码定规范 ：不对过程间传递的跟踪数据的编码定规范，不对向后盾发送的跟踪数据的编码定规范，让跟踪后盾本人决定最适宜他们的编码方式。

OpenTracing 已进入 CNCF，正在为寰球的分布式追踪，提供对立的概念和数据规范，反对多种语言：https://github.com/opentracing。其中，OpenTracing API for Java：https://github.com/opentracin…

opentracing-api，是一个纯正的 API 没有任何依赖
opentracing-noop，实现了 API，然而是空实现什么也不干，依赖 opentracing-api
opentracing-util，蕴含了一个 GlobalTracer 和基于 Thread_local 的简略实现 ScopeManager，依赖 opentracing-api、opentracing-noop
opentracing-mock，mock 测试，蕴含一个简略的 MockTracer，将数据存储进内存，依赖 opentracing-api、opentracing-noop、opentracing-util
opentracing-testbed，用于测试和尝试新个性

OpenTracing 数据模型中有三个重要的互相关联的类型，别离是 Tracer，Span 和 SpanContext。

Trace：一个残缺申请链路
Span：一次调用过程 (须要有开始工夫和完结工夫)
SpanContext：Trace 的全局上下文信息，如外面有 traceId

一个 Trace 代表一个事务或者流程在（分布式）零碎中的执行过程。一条 Trace（调用链）能够被认为是一个由多个 Span 组成的有向无环图（DAG），通过归属于此调用链的 Span 来隐性的定义。

Tracer 接口用来创立 Span，以及解决如何解决 Inject(serialize) 和 Extract (deserialize)，用于跨过程边界传递。

一个 Span 代表零碎中具备开始工夫和执行时长的逻辑运行单元。Span 之间通过嵌套或者顺序排列建设逻辑因果关系。Span 能够被了解为一次办法调用, 一个程序块的调用, 或者一次 RPC/ 数据库拜访，只有是一个具备残缺工夫周期的程序拜访，都能够被认为是一个 span。每个 Span 蕴含以下的状态：

An operation name，操作名称
A start timestamp，起始工夫
A finish timestamp，完结工夫
Span Tag，一组键值对形成的 Span 标签汇合。键值对中，键必须为 string，值能够是字符串，布尔，或者数字类型
Span Log，一组 span 的日志汇合。每次 log 操作蕴含一个键值对，以及一个工夫戳。键值对中，键必须为 string，值能够是任意类型
SpanContext，Span 上下文对象
References，Span 间关系，目前定义了两种关系：ChildOf（父子，父级 span 某种程度上取决于子 span）和 FollowsFrom（追随，父级节点不以任何形式仍然他们子节点的执行后果）

Span 上下文对象，代表逾越过程边界，传递到上级 span 的状态。每一个 SpanContext 蕴含以下状态：

任何一个 OpenTracing 的实现，都须要将以后调用链的状态（例如：trace 和 span 的 id），依赖一个独特的 Span 去跨过程边界传输
Baggage Items，Trace 的随行数据，是一个键值对汇合，它存在于 trace 中，也须要跨过程边界传输

OpenTracing 的使用者仅仅须要，在创立 span、向传输协定 Inject（注入）和从传输协定中 Extract（提取）时，应用 SpanContext 和 References。

Jaeger 是 Uber 开源的一款分布式追踪零碎（https://github.com/jaegertrac…），兼容 OpenTracing API（反对 Java 语言：https://github.com/jaegertrac…）。

jaeger-client：Jaeger 的客户端，实现了 OpenTracing 的 API，反对支流编程语言。客户端间接集成在应用程序中，把 trace 信息按指定的采样策略传递给 jaeger-agent，这个过程通常被称为埋点。
jaeger-agent：一个监听在 UDP 端口上接管 trace 信息的网络守护过程，会将数据批量发送给 jaeger-collector。它被设计成一个根底组件，部署到所有的宿主机上，agent 将 client 和 collector 解耦，为 client 屏蔽路由和发现 collector 的细节。
jaeger-collector：负责接管 jaeger-agent 发送来的数据，而后异步解决，最终将数据存储到 DB 中。它被设计成无状态的组件，因而能够同时运行任意数量的 jaeger-collector。
jaeger-query：接管查问申请，而后从 DB 中检索 trace 信息并通过 UI 进行展现。Query 是无状态的，能够启动多个实例，把它们部署在 nginx 这样的负载均衡器前面。
jaeger-ingester：中文名称“摄食者”，从 kafka 读取数据而后写到 jaeger 的后端存储，比方 Cassandra 和 Elasticsearch。

分布式追踪零碎大体分为三个局部，数据采集、数据长久化、数据展现。

数据采集是指在代码中埋点，设置申请中要上报的阶段，以及设置以后记录的阶段隶属于哪个下级阶段。
数据长久化则是指将上报的数据落盘存储，例如 Jaeger 就反对多种存储后端，可选用 Cassandra 或者 Elasticsearch。
数据展现则是前端依据 TraceId 查问与之关联的申请阶段，并在界面上出现。

dd-trace-java（https://github.com/DataDog/dd…）是 Datadog 开源的一个 java 版本的 APM（利用性能治理）客户端。它依赖了 jaeger-client-java 中的 jaeger-core，采纳字节码注入技术（JavaAgent）进行埋点，反对针对不同组件（http、kafka、jdbc 等）进行插件化开发。

启动入口在 AgentBootstrap 的 premain 办法：

AgentInstaller.installBytebuddyAgent：注册各种反对不同组件的埋点插件
TracerInstaller.installGlobalTracer：注册一个全局的 Tracer

public class AgentInstaller {public static ResettableClassFileTransformer installBytebuddyAgent(final Instrumentation inst) {AgentBuilder agentBuilder = new AgentBuilder.Default()
            .disableClassFormatChanges()
            .with(AgentBuilder.RedefinitionStrategy.RETRANSFORMATION)
            .with(new RedefinitionLoggingListener())
            .with(AgentBuilder.DescriptionStrategy.Default.POOL_ONLY)
            .with(AgentTooling.poolStrategy())
            .with(new TransformLoggingListener())
            .with(new ClassLoadListener())
            .with(AgentTooling.locationStrategy())
            .ignore(any(), skipClassLoader())
            .or(nameStartsWith("datadog.trace."))
            .or(nameStartsWith("datadog.opentracing."))
            .or(nameStartsWith("datadog.slf4j."))
            .or(nameStartsWith("java.").and(not(nameStartsWith("java.util.concurrent."))))
            .or(nameStartsWith("com.sun."))
            .or(nameStartsWith("sun.").and(not(nameStartsWith("sun.net.www."))))
            .or(nameStartsWith("jdk."))
            .or(nameStartsWith("org.aspectj."))
            .or(nameStartsWith("org.groovy."))
            .or(nameStartsWith("com.p6spy."))
            .or(nameStartsWith("org.slf4j."))
            .or(nameContains("javassist"))
            .or(nameContains(".asm."))
            .or(nameMatches("com.mchange.v2.c3p0..*Proxy"));
 
        for (final Instrumenter instrumenter : ServiceLoader.load(Instrumenter.class)) {log.info("Loading instrumentation {}", instrumenter.getClass().getName());
            agentBuilder = instrumenter.instrument(agentBuilder);
        }
        return agentBuilder.installOn(inst);
    }
}

业务方可通过继承 Instrumenter.Default 进行插件化开发，以反对不同组件的埋点。

@AutoService(Instrumenter.class)
public class MDCInjectionInstrumentation extends Instrumenter.Default {private static final String mdcClassName = "org.TMP.MDC".replaceFirst("TMP", "slf4j");
    
    @Override
    protected boolean defaultEnabled() {return Config.get().isLogsInjectionEnabled();}
    
    @Override
    public ElementMatcher<? super TypeDescription> typeMatcher() {return named(mdcClassName);
    }
    
    @Override
    public void postMatch(
            final TypeDescription typeDescription,
            final ClassLoader classLoader,
            final JavaModule module,
            final Class<?> classBeingRedefined,
            final ProtectionDomain protectionDomain) {if (classBeingRedefined != null) {MDCAdvice.mdcClassInitialized(classBeingRedefined);
        }
    }
    
    @Override
    public Map<? extends ElementMatcher<? super MethodDescription>, String> transformers() {
        return singletonMap(isTypeInitializer(), MDCInjectionInstrumentation.class.getName() + "$MDCAdvice");
    }
    
    @Override
    public String[] helperClassNames() {return new String[]{LogContextScopeListener.class.getName()};
    }
 
    public static class MDCAdvice {@Advice.OnMethodExit(suppress = Throwable.class)
        public static void mdcClassInitialized(@Advice.Origin final Class mdcClass) {
            try {final Method putMethod = mdcClass.getMethod("put", String.class, String.class);
                final Method removeMethod = mdcClass.getMethod("remove", String.class);
                GlobalTracer.get().addScopeListener(new                 LogContextScopeListener(putMethod, removeMethod));
            } catch (final NoSuchMethodException e) {org.slf4j.LoggerFactory.getLogger(mdcClass).debug("Failed to add MDC span listener", e);
            }
        }
    }
}

OpenTracing 建设了一套规范，解决了不同的分布式追踪零碎埋点 API 不兼容的问题（相似 SLF4J）；Uber 开源的 Jaeger 提供一套残缺的分布式追踪解决方案（兼容 OpenTracing API），包含数据采集、数据长久化、数据展现；Datadog 开源的 dd-trace-java 是一个 APM client for Java（依赖 jaeger-client-java），采纳字节码注入技术（JavaAgent）进行埋点，反对针对不同组件进行插件化开发。

关于java:学习笔记分布式追踪Tracing

1. OpenTracing

Trace

Span

SpanContext

2. Jaeger

3. dd-trace-java

End

Just My Socks（注册教程内含优惠码）

关于java:学习笔记分布式追踪Tracing

1. OpenTracing

Trace

Span

SpanContext

2. Jaeger

3. dd-trace-java

End

Just My Socks（注册教程 内含优惠码）

Just My Socks（注册教程内含优惠码）