分散式跟蹤系統zipkin簡介

吳小爽發表於2019-03-04
分散式

1.概述

Zipkin是根據Google Dapper的論文設計的全鏈路監控系統，由Twitter公司開發。

Zipkin 以 Trace 結構表示對一次請求的追蹤，又把每個 Trace 拆分為若干個有依賴關係的 Span。在微服務架構中，一次使用者請求可能會由後臺若干個服務負責處理，那麼每個處理請求的服務就可以理解為一個 Span（可以包括 API 服務，快取服務，資料庫服務以及報表服務等）。當然這個服務也可能繼續請求其他的服務，因此 Span 是一個樹形結構，以體現服務之間的呼叫關係。

2.架構圖

zipkin架構圖

虛線為zipkin-server提供的功能，主要包括四個模組:

  • Collector 接受收集zipkin的客戶端傳輸的資料。
  • Storage 儲存收集來的資料,預設是Memory,可配置為MySQL,Cassandra,ES等。
  • API 負責查詢Storage中儲存的資料，提供給UI使用。
  • UI 提供簡單的web頁面。

Instrumented為採集資料並將資料傳送給zipkin的客戶端。其主要採集的資料結構為Trace和Span。

3.Brave

Brave是Java版的zipkin客戶端。

我們一般不會手動編寫Trace相關的程式碼，Brave提供可一些開箱即用的庫，幫助我們追蹤一些特定的請求。比如dubbo,grpc,servlet,mysql,httpClient,kafka,springMVC等。

    /**
     *  客戶端具體怎麼收集資料的demo
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 1.構建客戶端傳送工具
        Sender sender = OkHttpSender.create("http://127.0.0.1:9411/api/v2/spans");
        // 2.構建非同步reporter
        AsyncReporter asyncReporter = AsyncReporter.builder(sender)
                .closeTimeout(500, TimeUnit.MILLISECONDS)
                .build(SpanBytesEncoder.JSON_V2);
        // 3.構建tracing上下文
        Tracing tracing = Tracing.newBuilder()
                .localServiceName("myService")
                .spanReporter(asyncReporter)
                .propagationFactory(ExtraFieldPropagation.newFactory(B3Propagation.FACTORY,"shuang"))
                .currentTraceContext(ThreadContextCurrentTraceContext.create())
                .build();
        // 4.使用tracer建立span並操作start()和finish()方法
        Tracer tracer = tracing.tracer();
        Span span = tracer.newTrace().name("total").start();

        Span action_1 = tracer.newChild(span.context()).name("action-1").start();
        try {
            Thread.sleep(500);
        }finally {
            action_1.finish();
        }

        Span action_2 = tracer.newChild(span.context()).name("action-2").start();
        try {
            Thread.sleep(500);
        }finally {
            action_2.finish();
        }

        try {
            Thread.sleep(2000);
        }finally {
            span.finish();
        }
    }
複製程式碼

3.Tracing簡介

Tracing中依賴的幾個重要類

  • Endpoint IP，埠，應用服務名等資訊
  • Reporter 採集資料提報器
  • Sampler 取樣器，根據TraceId來判斷該Trace是否需要被取樣
  • CurrentTraceContext 將TraceContext繫結到ThreadLocal中，以便當前執行緒獲取
  • Propagation 是一個可以向資料攜帶的物件carrier上注入和提取資料的介面

3.1Sampler

public abstract class Sampler {
    /**
     *  根據traceId是否需要取樣
     */
    public abstract boolean isSampled(long traceId);
}
複製程式碼

其提供了幾個預設的取樣器實現。ALWAYS_SAMPLE，NERVER_SAMPLE和一個可定義取樣率的取樣器CountingSampler。

4.Span簡介

採集資料和傳送資料的核心介面為Span.start()和Span.finish()。

  /**
   *  RealSpan依賴於Trace上下文,Recorder。
   */
  static RealSpan create(TraceContext context, Clock clock, Recorder recorder) {
    return new AutoValue_RealSpan(context, clock, recorder);
  }
  
  public Span start(long timestamp) {
    recorder().start(context(), timestamp);
    return this;
  }
  
  public void finish(long timestamp) {
    recorder().finish(context(), timestamp);
  }
  
  public void finish(TraceContext context, long finishTimestamp) {
    MutableSpan span = spanMap.remove(context);
    if(span == null || noop.get()) return;
    synchronized (span) {
        span.finsh(finishTimestamp);
        reporter.report(span.toSpan());
    }
  }
複製程式碼

RealSpan呼叫start()和finish(),獲取和TraceContext繫結的Span資訊，記錄開始時間和結束時間，並在結束時，呼叫reporter的report方法，上報給zipkin。

5.與springMVC整合

Brave利用springMVC提供的攔截器機制，在攔截前後分別呼叫前面的span相關程式碼，即做到對一次請求的監控。

   <!-- Brave提供的攔截器 -->
   <mvc:interceptors>
    <bean class="brave.spring.webmvc.TracingHandlerInterceptor" factory-method="create">
      <constructor-arg type="brave.http.HttpTracing" ref="httpTracing"/>
    </bean>
  </mvc:interceptors>
複製程式碼

在preHandle() 和 afterCompletion() 中分別呼叫span.start()和span.finish()方法完成對zipkin服務端的上報。詳見相關程式碼。

6.與Mysql整合

Mysql也在執行sql前後也提供了一個攔截介面。

 /**
  * mysql-connector.jar中提供的攔截介面
  */
 public interface StatementInterceptorV2 extends Extension {
    void init(Connection var1, Properties var2) throws SQLException;

    ResultSetInternalMethods preProcess(String var1, Statement var2, Connection var3) throws SQLException;

    boolean executeTopLevelOnly();

    void destroy();

    ResultSetInternalMethods postProcess(String var1, Statement var2, ResultSetInternalMethods var3, Connection var4, int var5, boolean var6, boolean var7, SQLException var8) throws SQLException;
}
複製程式碼

在preProcess()中執行span.start(), 在postProcess()中執行span.finish()。詳見相關程式碼。

7.其他中介軟體整合略。

8.總結

對zipkin的簡單介紹。良好的框架設計會給開發者帶來許多便利。（zipkin的客戶端大多是基於攔截介面實現的。）

相關文章