关于spring-cloud:SpringCloud升级之路20200x版43为何-SpringCloudGateway-中会有链路信息丢失

本系列代码地址：https://github.com/JoJoTec/sp…

在开始编写咱们本人的日志 Filter 之前，还有一个问题我想在这里和大家分享，即在 Spring Cloud Gateway 中可能产生链路信息失落的问题。

次要抵触 – Project Reactor 与 Java Logger MDC 之间的设计抵触

Poject Reactor 是基于异步响应式设计的编程模式的实现，它的次要实现思路是先编写执行链路，最初 sub 执行整个链路。然而链路的每一部分， 到底是哪个线程执行的，是不确定的 。

Java 的日志框架设计，其上下文 MDC（Mapped Diagnostic Context）信息，是基于线程设计的，其实能够简略了解为一个 ThreadLocal 的 Map。日志的链路信息，是保留在这个 MDC 中的。

这样其实能够看出 Project Reactor 与日志框架的 MDC 默认是不兼容的，只有产生异步线程切换，这个 MDC 就变了。Spring Cloud Sleuth 为此加了很多粘合代码，然而智者千虑必有一失，Project Reactor 利用场景和库也在一直倒退和壮大，Spring Cloud Sleuth 也可能会漏掉一些场景导致链路信息失落。

一种 Spring Cloud Gateway 常见的链路信息失落的场景

咱们编写一个简略的测试项目（我的项目地址）：

引入依赖：

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.4.6</version>
</parent>

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-gateway</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-log4j2</artifactId>
    </dependency>
    <!--log4j2 异步日志须要的依赖，所有我的项目都必须用 log4j2 和异步日志配置 -->
    <dependency>
        <groupId>com.lmax</groupId>
        <artifactId>disruptor</artifactId>
        <version>${disruptor.version}</version>
    </dependency>
</dependencies>

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
            <version>2020.0.3</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>

对所有门路开启 AdaptCachedBodyGlobalFilter:

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
public class ApiGatewayConfiguration {
    @Autowired
    private AdaptCachedBodyGlobalFilter adaptCachedBodyGlobalFilter;
    @Autowired
    private GatewayProperties gatewayProperties;

    @PostConstruct
    public void init() {gatewayProperties.getRoutes().forEach(routeDefinition -> {
            // 对 spring cloud gateway 路由配置中的每个路由都启用 AdaptCachedBodyGlobalFilter 
            EnableBodyCachingEvent enableBodyCachingEvent = new EnableBodyCachingEvent(new Object(), routeDefinition.getId());
            adaptCachedBodyGlobalFilter.onApplicationEvent(enableBodyCachingEvent);
        });
    }
}

配置 (咱们只有一个路由，将申请转发到 httpbin.org 这个 http 申请测试网站)：

server:
  port: 8181
spring:
  application:
    name: apiGateway
  cloud:
    gateway:
      httpclient:
        connect-timeout: 500
        response-timeout: 60000
      routes:
        - id: first_route
          uri: http://httpbin.org
          predicates:
              - Path=/httpbin/**
          filters:
              - StripPrefix=1

增加两个全局 Filter，一个在 AdaptCachedBodyGlobalFilter 之前，一个在 AdaptCachedBodyGlobalFilter 之后。这两个 Filter 非常简单，只是打一行日志。

@Log4j2
@Component
public class PreLogFilter implements GlobalFilter, Ordered {public static final int ORDER = new AdaptCachedBodyGlobalFilter().getOrder() - 1;

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {log.info("before AdaptCachedBodyGlobalFilter");
        return chain.filter(exchange);
    }

    @Override
    public int getOrder() {return ORDER;}
}

@Log4j2
@Component
public class PostLogFilter implements GlobalFilter, Ordered {public static final int ORDER = new AdaptCachedBodyGlobalFilter().getOrder() + 1;

    @Override
    public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {log.info("after AdaptCachedBodyGlobalFilter");
        return chain.filter(exchange);
    }

    @Override
    public int getOrder() {return ORDER;}
}

最初指定 Log4j2 的输入格局中蕴含链路信息，就像系列文章结尾中指定的那样。

启动这个利用，之后拜访 http://127.0.0.1:8181/httpbin/anything，查看日志，发现 PostLogFilter 中的日志，没有链路信息了：

2021-09-08 06:32:35.457  INFO [service-apiGateway,51063d6f1fe264d0,51063d6f1fe264d0] [30600] [reactor-http-nio-2][?:]: before AdaptCachedBodyGlobalFilter
2021-09-08 06:32:35.474  INFO [service-apiGateway,,] [30600] [reactor-http-nio-2][?:]: after AdaptCachedBodyGlobalFilter

Spring Cloud Sleuth 是如何减少链路信息

通过系列之前的源码剖析，咱们晓得，在最开始的 TraceWebFilter，咱们将 Mono 封装成了一个 MonoWebFilterTrace，它的外围源码是：

@Override
public void subscribe(CoreSubscriber<? super Void> subscriber) {Context context = contextWithoutInitialSpan(subscriber.currentContext());
    Span span = findOrCreateSpan(context);
    // 将 Span 放入执行上下文中，对于日志其实就是将链路信息放入 org.slf4j.MDC
    // 日志的 MDC 个别都是 ThreadLocal 的 Map，对于 Log4j2 的实现类就是 org.apache.logging.log4j.ThreadContext，其外围 contextMap 就是一个基于 ThreadLocal 实现的 Map
    // 简略了解就是将链路信息放入一个 ThreadLocal 的 Map 中，每个线程拜访本人的 Map 获取链路信息
    try (CurrentTraceContext.Scope scope = this.currentTraceContext.maybeScope(span.context())) {
        // 将理论的 subscribe 用 Span 所在的 Context 包裹住，完结时敞开 Span
        this.source.subscribe(new WebFilterTraceSubscriber(subscriber, context, span, this));
    }
    // 在 scope.close() 之后，会将链路信息从  ThreadLocal 的 Map 中剔除}

@Override
public Object scanUnsafe(Attr key) {if (key == Attr.RUN_STYLE) {
        // 执行的形式必须是不能切换线程，也就是同步的
        // 因为，日志的链路信息是放在 ThreadLocal 对象中，切换线程，链路信息就没了
        return Attr.RunStyle.SYNC; 
    }
    return super.scanUnsafe(key);
}

WebFilterTraceSubscriber 干了些什么呢？出现异常，以及 http 申请完结的时候，咱们可能想将响应信息，异样信息记录进入 Span 中，就是通过这个类封装实现的。

通过 MonoWebFilterTrace 的封装，因为 Spring-WebFlux 解决申请，其实就是封装成咱们下面得出的 Mono 之后进行 subscribe 解决的申请，所以这样，整个外部 Mono 的 publish 链路以及 subscribe 链路，就被 WebFilterTraceSubscriber 中的 scope 包裹起来了。只有咱们本人不在 GatewayFilter 中转换成某些强制异步的 Mono 或者 Flux 导致切换线程，链路信息是不会失落的。

为何下面的测试项目中链路信息会失落

咱们来看通过 AdaptCachedBodyGlobalFilter 之后，咱们后面拼的 Mono 链路会变成什么样：

return Mono.defer(() ->
    new MonoWebFilterTrace(source, 
        RoutePredicateHandlerMapping.this.lookupRoute(exchange) // 依据申请寻找路由
                .flatMap((Function<Route, Mono<?>>) r -> {exchange.getAttributes().put(GATEWAY_ROUTE_ATTR, r); // 将路由放入 Attributes 中，前面咱们还会用到
                    return Mono.just(RoutePredicateHandlerMapping.this.webHandler); // 返回 RoutePredicateHandlerMapping 的 FilteringWebHandler
                }).switchIfEmpty(// 如果为 Mono.empty()，也就是没找到路由
                    Mono.empty() 
                    .then(Mono.fromRunnable(() -> {// 返回 Mono.empty() 之后，记录日志
                        if (logger.isTraceEnabled()) {logger.trace("No RouteDefinition found for [" + getExchangeDesc(exchange) + "]");
                    }
                })))
            .switchIfEmpty(DispatcherHandler.this.createNotFoundError()) // 如果没有返回不为 Mono.empty() 的 handlerMapping，则间接返回 404
            .then(Mono.defer(() -> {
                    // 省略在 AdaptCachedBodyGlobalFilter 后面的链路嵌套
                    // 读取 Body，因为 TCP 拆包，所以须要他们拼接到一起
                    DataBufferUtils.join(exchange.getRequest().getBody())
                        // 如果没有 Body，则间接返回空 DataBuffer
                        .defaultIfEmpty(factory.wrap(new EmptyByteBuf(factory.getByteBufAllocator())))
                        //decorate 办法中将 dataBuffer 放入 exchange 的 Attributes 列表，只是为了避免反复进入这个 `AdaptCachedBodyGlobalFilter` 的状况导致反复缓存申请 Body
                        // 之后，应用新的 body 以及原始申请封装成新的申请，持续 GatewayFilters 链路
                        .map(dataBuffer -> decorate(exchange, dataBuffer, cacheDecoratedRequest))
                        .switchIfEmpty(Mono.just(exchange.getRequest())).flatMap(function);
                })
                .then(Mono.empty()))
            ), // 调用对应的 Handler
    TraceWebFilter.this.isTracePresent(), TraceWebFilter.this, TraceWebFilter.this.spanFromContextRetriever()).transformDeferred((call) -> {//MetricsWebFilter 相干的解决，在后面的代码中给出了，这里省略});
);

其中 DataBufferUtils.join(exchange.getRequest().getBody()) 其实是一个 FluxReceive，这里咱们能够了解为： 提交一个尝试读取申请 Body 的工作，将之后的 GatewayFilter 的链路解决加到在读取完 Body 之后的回调当中，提交这个工作后，立即返回 。这么看可能比较复杂，咱们用一个相似的例子类比下：

// 首先咱们创立一个新的 Span
Span span = tracer.newTrace();
// 申明一个相似于 TraceWebFilter 中封装的 MonoWebFilterTrace 的 MonoOperator
class MonoWebFilterTrace<T> extends MonoOperator<T, T> {protected MonoWebFilterTrace(Mono<? extends T> source) {super(source);
    }

    @Override
    public void subscribe(CoreSubscriber<? super T> actual) {
        // 将 subscribe 用 span 包裹
        try (Tracer.SpanInScope spanInScope = tracer.withSpanInScope(span)) {source.subscribe(actual);
            // 在将要敞开 spanInScope 的时候（即从 ThreadLocal 的 Map 中移除链路信息），打印日志
            log.info("stopped");
        }
    }
}

Mono.defer(() -> new MonoWebFilterTrace(Mono.fromRunnable(() -> {log.info("first");
        })
        // 模仿 FluxReceive
        .then(Mono.delay(Duration.ofSeconds(1))
        .doOnSuccess(longSignal -> log.info(longSignal))))
).subscribe(aLong -> log.info(aLong));

Mono.delay 和 FluxReceive 体现相似，都是异步切换线程池执行。执行下面的代码，咱们能够从日志下面就能看进去：

2021-09-08 07:12:45.236  INFO [service-apiGateway,7b2f5c190e1406cb,7b2f5c190e1406cb] [31868] [reactor-http-nio-2][?:]: first
2021-09-08 07:12:45.240  INFO [service-apiGateway,7b2f5c190e1406cb,7b2f5c190e1406cb] [31868] [reactor-http-nio-2][?:]: stopped
2021-09-08 07:12:46.241  INFO [service-apiGateway,,] [31868] [parallel-1][?:]: doOnEach_onNext(0)
2021-09-08 07:12:46.242  INFO [service-apiGateway,,] [31868] [parallel-1][?:]: onComplete()
2021-09-08 07:12:46.242  INFO [service-apiGateway,,] [31868] [parallel-1][?:]: 0

在 Spring Cloud Gateway 中，Request Body 的 FluxReceive 应用的线程池和调用 GatewayFilter 的是同一个线程池，所以可能线程还是同一个，然而因为 Span 曾经完结，从 ThreadLocal 的 Map 中曾经移除了链路信息，所以日志中还是没有链路信息。

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