Spring boot+LogBack+MDC实现链路追踪

傷城~ 2023-09-29 11:58 34阅读 0赞

## MDC介绍 ##

MDC(Mapped Diagnostic Context，映射调试上下文)是 log4j 、logback及log4j2 提供的一种方便在多线程条件下记录日志的功能。**MDC** 可以看成是一个**与当前线程绑定的哈希表**，可以往其中添加键值对。MDC 中包含的内容可以**被同一线程中执行的代码所访问**。当前线程的子线程会继承其父线程中的 MDC 的内容。当需要记录日志时，只需要从 MDC 中获取所需的信息即可。

## API说明： ##

*  clear() => 移除所有MDC
 *  get (String key) => 获取当前线程MDC中指定key的值
 *  getContext() => 获取当前线程MDC的MDC
 *  put(String key, Object o) => 往当前线程的MDC中存入指定的键值对
 *  remove(String key) => 删除当前线程MDC中指定的键值对 。

## MDC使用 ##

1.  拦截器

@Component
    public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor
    {
        @Override
        public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
            //如果有上层调用就用上层的ID
            String traceId = request.getHeader(TraceIdUtil.TRACE_ID);
            if (StringUtil.isEmpty(traceId)) 
            {
                TraceIdUtil.setTraceId(TraceIdUtil.generateTraceId());
            }
            else
            {
                TraceIdUtil.setTraceId(traceId);
            }
            return true;
        }
    
        @Override
        public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView)
                throws Exception 
        {
            
        }
    
        @Override
        public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)
                throws Exception {
            //调用结束后删除
            TraceIdUtil.remove();
        }
    }

1.  工具类

public class TraceIdUtil
    {
      public static final String TRACE_ID = "requestId";
        
      public static String getTraceId()
      {
         String traceId =(String) MDC.get(TRACE_ID);
         return traceId == null ? "" : traceId;
      }
      
      public static void setTraceId(String traceId)
      {
          MDC.put(TRACE_ID,traceId);
      }
      
      public static void remove()
      {
          MDC.remove(TRACE_ID);
          
      }
      
      public static void clear()
      {
          MDC.clear();
      }
      
      public static String generateTraceId() {
         return UUID.randomUUID().toString().replace("-", "");
      }

1.  日志文件配置

重点是%X\{requestId\},requestId和MDC中的键名称保持一致。

## MDC 存在的问题 ##

至此基本的功能已经实现，但是存在一下几个问题

*  多线程情况下，子线程中打印日志会丢失traceId.
 *  HTTP跨服务之间的调用丢失traceId.

## 子线程日志打印丢失traceId ##

问题重现

@LogAnnotation(model="用户管理",func="查询用户信息",desc="根据用户名称")
        @GetMapping("getUserByName")
        public Result getUserByName(@RequestParam String name)
        {
            //主线程日志
            logger.info("getUserByName paramter name:"+name);
            for(int i=0;i<5;i++)
            {
               //子线程日志
                threadPoolTaskExecutor.execute(()->{
                    logger.info("child thread:{}",name);
                    userService.getUserByName(name); 
                });
            }
            
            return Result.success();
        }

运行结果

2022-03-13 12:45:44.156 [http-nio-8089-exec-1] INFO  [ec05a600ed1a4556934a3afa4883766a] c.s.fw.controller.UserController - getUserByName paramter name:1
    2022-03-13 12:45:44.173 [Pool-A1] INFO  [] c.s.fw.controller.UserController - child thread:1

从运行的结果来看，子线程打印日志，日志中的traceId信息已经丢失。

解决方案

子线程在打印日志的过程中traceId将丢失，解决方案为重写线程池(对于直接new Thread 创建线程的情况不考略),实际开发中也需要禁止这种情况。

public class ThreadPoolExecutorMdcWrapper extends ThreadPoolTaskExecutor
    {
        private static final long serialVersionUID = 3940722618853093830L;
    
        @Override
        public void execute(Runnable task)
        {
            super.execute(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
        }
    
        @Override
        public <T> Future<T> submit(Callable<T> task)
        {
            return super
                    .submit(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
        }
    
        @Override
        public Future<?> submit(Runnable task)
        {
            return super
                    .submit(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
        }
    }

因为Spring Boot ThreadPoolTaskExecutor 已经对ThreadPoolExecutor进行封装，只需要继承ThreadPoolTaskExecutor重写相关的执行方法即可。

public class ThreadMdcUtil
    {
        public static void setTraceIdIfAbsent() {
            if (MDC.get(TraceIdUtil.TRACE_ID) == null) 
            {
                MDC.put(TraceIdUtil.TRACE_ID, TraceIdUtil.generateTraceId());
            }
        }
    
        public static <T> Callable<T> wrap(final Callable<T> callable, final Map<String, String> context) {
            return () -> {
                if (context == null) {
                    MDC.clear();
                } else {
                    MDC.setContextMap(context);
                }
                setTraceIdIfAbsent();
                try {
                    return callable.call();
                } finally {
                    MDC.clear();
                }
            };
        }
    
        public static Runnable wrap(final Runnable runnable, final Map<String, String> context) {
            return () -> {
                if (context == null) {
                    MDC.clear();
                } else {
                    MDC.setContextMap(context);
                }
                //设置traceId
                setTraceIdIfAbsent();
                try {
                    runnable.run();
                } finally {
                    MDC.clear();
                }
            };
        }
    }

代码说明：

*  判断当前线程对应MDC的Map是否存在，如果存在则设置
 *  设置MDC中的traceId值，不存在则新生成，如果是子线程，MDC中traceId不为null
 *  执行run方法

线程池配置

@Configuration
    public class ThreadPoolTaskExecutorConfig
    {
        //最大可用的CPU核数
        public static final int PROCESSORS = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        
        @Bean
        public ThreadPoolExecutorMdcWrapper getExecutor()
        {
            ThreadPoolExecutorMdcWrapper executor =new ThreadPoolExecutorMdcWrapper();
            executor.setCorePoolSize(PROCESSORS *2);
            executor.setMaxPoolSize(PROCESSORS * 4);
            executor.setQueueCapacity(50);
            executor.setKeepAliveSeconds(60);
            executor.setThreadNamePrefix("Task-A");
            executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
            executor.initialize();
            return executor;
        }
    }

重新运行结果发现子线程能够正常获取traceid信息进行跟踪。

2022-03-13 13:19:30.688 [Task-A1] INFO  [482929425cbc4476a4e7168615af7890] c.s.fw.controller.UserController - child thread:1
    2022-03-13 13:19:31.003 [Task-A1] INFO  [482929425cbc4476a4e7168615af7890] c.s.fw.service.impl.UserServiceImpl - name:1

## HTTP调用丢失traceId ##

HTTP调用第三方服务接口时traceId丢失，需要在发送请求时在Request Header中添加traceId，在被调用方添加拦截器获取header中的traceId添加到MDC中。

HTTP调用有多种方式，比较常见的有HttpClient、OKHttp、RestTemplate，以RestTemplate调用为例。

1.  接口调用方

public class RestTemplateTraceIdInterceptor implements
            ClientHttpRequestInterceptor
    {
        @Override
        public ClientHttpResponse intercept(HttpRequest request, byte[] body,
                ClientHttpRequestExecution clientHttpRequestExecution) throws IOException
        {
            String traceId=MDC.get("requestId");
            if(traceId!=null)
            {
                request.getHeaders().set("requestId", traceId);
            }
            else
            {
                request.getHeaders().set("requestId", UUID.randomUUID().toString().replace("-", ""));
            }
            return clientHttpRequestExecution.execute(request, body);
        }
    
    }

RestTemplate添加拦截器即可。

restTemplate.setInterceptors(Arrays.asList(new RestTemplateTraceIdInterceptor()));

2.第三方服务需要添加拦截器。

其他HttpClient、OKHttp的实现方式与RestTemplate基本相同，这里就不一一列举。 Spring boot +logback+MDC实现全链路跟踪内容已经讲完了。在实际开发中，我也发现了大家对于日志的使用存在一些问题，下一章将讲解开发中日志使用规约。

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