分布式进阶-链路追踪SpringCloudSleuth、Zipkin【实战篇】

墨蓝 2024-02-20 11:01 50阅读 0赞

### 一、前言 ###

我们在使用微服务的时候，往往设计到各个微服务之间的调用，肯定会存在深度的调用链路，如果出现BUG或者异常，就会让问题定位和处理效率非常低。  
有了`Sleuth`，就可以帮助我们记录、跟踪应用程序中的请求和操作。  
通常与 `Zipkin` 配合使用，从而提供更全面的可视化应用程序跟踪和分析功能。

就像`ElasticSearch和Kibana`一样！

复杂的链路调用如下图所示:

![在这里插入图片描述][5f5adc179f2e48aa9a75ef737d7ae370.png]

在继续往下看的同时，需要你具备Springboot整合Nacos构建一个聚合项目的能力。

当然如果不想自己来，小编也给大家准备好了。大家可以下载运行一下，开始下面的实战！

防止Github访问不了，这里把代码提交到了Gitee。

[cloud-sleuth-zipkin-demo代码下载地址][cloud-sleuth-zipkin-demo]

### 二、Spring Cloud Sleuth 介绍 ###

#### 1. 简介 ####

`Spring Cloud Sleuth` 是 Spring Cloud 生态系统的一部分，它是一个`分布式追踪`解决方案，用于监视微服务架构中的请求流程，并帮助开发者跟踪请求在不同微服务之间的传播路径。

Sleuth主要用于解决微服务架构中的分布式系统跟踪和调试问题。

[官网文档][Link 1]

#### 2. 核心概念 ####

我们可以看一下官网的图片：

简单名词介绍：

> `cs`：**客户端发送**，客户已提出请求。该注释指示跨度的开始。  
> `sr`：**服务器已接收**，服务器端收到请求并开始处理。从此时间戳中减去cs时间戳即可得出网络延迟。  
> `ss`：**服务器发送**，在请求处理完成时（当响应发送回客户端时）进行注释。从这个时间戳中减去sr时间戳就可以得出服务器端处理请求所需的时间。  
> `cr`：**客户端已收到**，表示跨度的结束。客户端已成功收到服务器端的响应。从此时间戳中减去cs时间戳即可得出客户端从服务器接收响应所需的整个时间。

![在这里插入图片描述][22b8421bac7748b5b89dfd901123c19d.png]

详细信息可以看官网介绍，总结一下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名词</th> 
   <th>翻译</th> 
   <th>解释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Trace</td> 
   <td>追踪</td> 
   <td><code>Trace 是一个请求的整体追踪</code>。它代表了从请求的起始点到结束点的完整路径，经过多个微服务。每个 Trace 都有一个唯一的 Trace ID。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Span</td> 
   <td>跨度</td> 
   <td><code>Span 是 Trace 中的一个小段</code>，它代表了请求在某个特定微服务上的处理过程。Spans 之间有父子关系，它们可以形成一个层次结构，以表示请求的处理路径。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Trace ID</td> 
   <td>追踪标识</td> 
   <td><code>Trace ID 是唯一标识一个 Trace 的标识符</code>。它在整个 Trace 中保持不变，用于将不同的 Span 关联到同一个 Trace 上。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Span ID</td> 
   <td>跨度标识</td> 
   <td><code>Span ID 是唯一标识一个 Span 的标识符</code>。它用于在不同 Span 之间建立父子关系。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Parent Span ID</td> 
   <td>父 Span 标识</td> 
   <td><code>父 Span ID 是标识一个 Span 的父 Span 的标识符</code>。它用于建立 Span 之间的关系。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Annotations</td> 
   <td>注解</td> 
   <td><code>Annotations 是关于 Span 的额外信息</code>，通常用于记录 Span 的开始和结束时间、操作名称、以及其他相关信息。Annotations 可以帮助你更好地理解请求的处理过程。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Binary Annotations</td> 
   <td>二进制注解</td> 
   <td><code>Binary Annotations 是键值对形式的信息，用于记录与 Span 相关的自定义信息</code>，例如请求的状态、错误信息等。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Collector</td> 
   <td>收集器</td> 
   <td><code>Collector 是用于收集追踪信息的组件，它将追踪数据发送到后端存储或可视化工具（如Zipkin或Jaeger）</code>。Collector 可以将 Span 数据持久化，以供分析和监视使用。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Sampler</td> 
   <td>采样器</td> 
   <td><code>Sampler 用于确定是否对一个请求进行追踪</code>。它决定是否为请求创建一个 Trace。Sampler 可以根据策略决定是否记录某个请求的 Trace 数据，以避免记录过多的追踪信息，从而降低性能开销。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**官网的图，每一个代表一个组件，他们之间进行调用，画的少了Trace Id，加上就好了。**

每个组件都会生成一个 Trace Id（全局唯一），还会有 Span Id、Parent Id 三部分组成。链路上的所有组件组成一个完整的 Trace。

**注意：**

**头链路Parent Id = null，其余的都指向上一个组件的Span Id，从而形成链路。**

**一次链路调用所有的组件Trace Id都是一样的。**

**这里说的组件就是一个个的微服务！**

![在这里插入图片描述][61a4624d5e7346499fe0cff6b0db3afd.png]

### 三、 Zipkin介绍和搭建 ###

#### 1. 定义 ####

`Zipkin 是一个分布式追踪系统`。它有助于收集解决服务架构中的延迟问题所需的计时数据。功能包括该数据的收集和查找。

[Zipkin官网地址][Zipkin]

#### 2. 核心概念 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名词</th> 
   <th>翻译</th> 
   <th>解释</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Trace</td> 
   <td>追踪</td> 
   <td>Trace 代表整个请求的追踪路径，跨越不同的服务。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Span</td> 
   <td>跨度</td> 
   <td>Span 是基本工作单位，代表了请求在单个服务中的处理过程。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Trace ID</td> 
   <td>追踪标识</td> 
   <td>Trace ID 是唯一标识一个 Trace 的标识符，用于将不同的 Span 关联到同一个 Trace 上。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Annotations</td> 
   <td>注解</td> 
   <td>Annotations 用于记录 Span 的关键事件，通常包括开始和结束时间、操作名称等。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Binary Annotations</td> 
   <td>二进制注解</td> 
   <td>Binary Annotations 用于记录额外的自定义信息，例如请求状态、错误信息等。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Collector</td> 
   <td>收集器</td> 
   <td>Collector 负责接收和存储从不同服务发送的 Span 数据，以便后续的检查和分析。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Query and Visualization</td> 
   <td>查询和可视化</td> 
   <td>提供了查询和可视化界面，允许用户查看和分析跟踪数据，以帮助故障排查和性能优化。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

尽管Sleuth 和 Zipkin有些术语和概念中有相似之处，但它们是两个不同的工具，各自有自己的实现和用途。

**Spring Cloud Sleuth 用于生成和传播跟踪信息，而 Zipkin 用于收集、存储、查询和可视化这些信息。它们可以协同工作，但也可以独立使用。**

![在这里插入图片描述][0f7ae5ade81b4cc5a71bf332363ee796.png]

#### 3. docker搭建 ####

官方有三种方式搭建，推荐使用：**如果您熟悉 Docker，这是首选的启动方法。**

Docker Zipkin项目能够构建 docker 镜像、提供脚本和[docker-compose.yml][] 用于启动预构建镜像的脚本。最快的启动方式是直接运行最新的镜像：

docker run -d -p 9411:9411 openzipkin/zipkin

![在这里插入图片描述][11b6e53cbab0470da15ae89b14ce9bb6.png]

我们启动成功，在Windows下访问看是否成功！

`http://192.168.239.130:9411/zipkin/`

![在这里插入图片描述][9c33e4d9ae074fc9a5a7b2cdbafce9bc.png]

**注意：**

**Zipkin默认将追踪数据信息保存到内存，重启服务后追踪数据丢失，Zipkin支持将追踪数据持久化到MySQL或ES。**

可以直接使用docker-componse运行：

[docker-componse运行脚本][docker-componse]

可以自行试一下，这里就不带大家演示了！

### 四、Springboot整合 ###

今天我们来进行简单的链路模拟：

**service-order模块调用service-stock模块调用service-message模块**

**通信我们使用openFeign来进行调用，三个模块统一使用nacos进行注册**

大家可以下载一下项目体验一下，可以自己搭建，就是一个聚合项目！

结构如下：

![在这里插入图片描述][a34e1248b7db4588a50d653864af59ac.png]

#### 1. 导入依赖 ####

这是父依赖

<properties>
        <spring.boot.version>2.7.3</spring.boot.version>
        <spring.cloud.dependencies.version>2021.0.1</spring.cloud.dependencies.version>
        <spring.cloud.alibaba.version>2021.0.1.0</spring.cloud.alibaba.version>
        <java.version>1.8</java.version>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <org.projectlombok.lombok>1.18.26</org.projectlombok.lombok>
    </properties>
    
    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
                <version>${spring.cloud.dependencies.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
                <version>${spring.boot.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
                <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
                <version>${spring.cloud.alibaba.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
                <version>${spring.boot.version}</version>
            </dependency>
    
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
                <version>${spring.boot.version}</version>
            </dependency>
            <dependency>
                <groupId>org.projectlombok</groupId>
                <artifactId>lombok</artifactId>
                <version>${org.projectlombok.lombok}</version>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>

spring-cloud-dependencies里包含了sleuth、zipkin的依赖，父不需要在定义管理版本。

子依赖要比父依赖多了sleuth、zipkin两个，还有openFeign的包！

<dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
    </dependency>
    
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-sleuth-zipkin</artifactId>
    </dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
    </dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-loadbalancer</artifactId>
    </dependency>

#### 2. yml配置 ####

三份自己改一下端口和应用名称：service-order、service-stock、service-message；端口分别为：9000、9001、9002

server:
      port: 9000
    
    spring:
      application:
        # 应用名称
        name: service-order
      cloud:
        nacos:
          discovery:
            # 服务注册地址
            server-addr: localhost:8848
      zipkin:
        base-url: http://192.168.239.130:9411
        sender:
          type: web # 设置使用 http 的方式传输数据

#### 3. 详细代码 ####

记得在启动类上添加注解：`@EnableFeignClients`，表示开启feign调用

完整的结构如下：

![在这里插入图片描述][cdd9b45898d84321996ce0e44531e819.png]  
下面把具体代码给大家：  
OrderController ：

/**
     * @author wangzhenjun
     * @date 2023/10/31 14:25
     */
    @Slf4j
    @RequiredArgsConstructor
    @RequestMapping("/order")
    @RestController
    public class OrderController {
        
    
        private final RemoteStockFeignService remoteStockFeignService;
        /**
         * 模拟下单流程
         * @param userId
         * @param productId
         * @return
         */
        @GetMapping("/createOrder")
        public String createOrder(@RequestParam("userId") Integer userId, @RequestParam("productId") Integer productId) {
        
            log.info("====>订单模块<========");
            // 调用库存服务进行库存扣减
            String stockResult = remoteStockFeignService.subtractStock(userId,productId,1);
            log.info("扣减库存结果：{}", stockResult);
            // 还有其他。。。。。
    
            return "下单成功！";
        }
    }

RemoteStockFeignService ：

/**
     * @author wangzhenjun
     * @date 2023/10/31 14:29
     */
    @FeignClient(value = "service-stock")
    public interface RemoteStockFeignService {
        
    
        @GetMapping(value = "/stock/subtractStock")
        String subtractStock(@RequestParam(value = "userId") Integer userId,@RequestParam(value = "productId") Integer productId,@RequestParam(value = "num") Integer num);
    }

StockController ：

/**
     * @author wangzhenjun
     * @date 2023/10/31 14:40
     */
    @Slf4j
    @RequiredArgsConstructor
    @RequestMapping("/stock")
    @RestController
    public class StockController {
        
    
        private final RemoteMessageFeignService remoteMessageFeignService;
    
        @GetMapping(value = "/subtractStock")
        public String subtractStock(@RequestParam(value = "userId") Integer userId,@RequestParam(value = "productId") Integer productId, @RequestParam(value = "num") Integer num) {
        
            log.info("====>库存模块<========");
            if (productId < 1) {
        
                throw new RuntimeException("商品不存在，请重新请求！");
            }
            // 调用短信模块给用户发下单成功短信
            String messageResult = remoteMessageFeignService.sendMessage(userId);
            log.info("发送短信结果：{}", messageResult);
            return "扣减库存成功！";
        }
    }

RemoteMessageFeignService：

/**
     * @author wangzhenjun
     * @date 2023/10/31 14:29
     */
    @FeignClient(value = "service-message")
    public interface RemoteMessageFeignService {
        
    
        @GetMapping(value = "/message/sendMessage/{userId}")
        String sendMessage(@PathVariable(value = "userId") Integer userId);
    }

MessageController ：

/**
     * @author wangzhenjun
     * @date 2023/10/31 14:40
     */
    @Slf4j
    @RequestMapping("/message")
    @RestController
    public class MessageController {
        
    
    
        @GetMapping(value = "/sendMessage/{userId}")
        public String sendMessage(@PathVariable(value = "userId") Integer userId) {
        
            log.info("====>短信模块<========");
            if (userId < 1 || userId > 999999) {
        
                throw new RuntimeException("用户不存在，请重新请求！");
            }
            return "发送短信成功！";
        }
    }

#### 4. 启动nacos ####

Windows下启动nacos，找到nacos下的bin目录执行命令：

startup.cmd -m standalone

![在这里插入图片描述][8bc7aef566da4d98a5785ae70d5dceee.png]

找到地址，访问。用户名密码都是`nacos`。可以在配置文件中修改！

![在这里插入图片描述][4a64b1b2651348d896e536a1937d3bc1.png]

#### 5. 注册成功 ####

我们把三个模块进行启动！nacos上已经可以看到我们的服务注册上了，可以通过服务名进行调用了！

![在这里插入图片描述][08753b73e1eb49df89de8c7f97f1b669.png]

### 五、调试 ###

我们以订单模块为入扣进行链路调用：

`http://localhost:9000/order/createOrder?userId=2&productId=89`

#### 1. 查看日志 ####

我们看一下订单模块的日志。

可以总结出Sleuth 日志格式:

`[service-order,e36ebe859a7473e7,e36ebe859a7473e7]`

`[服务名称,Trace ID,Span ID]`

在最开始的链路上，Trace ID 和 Span ID 的值通常是相同的，这是因为它们都代表了整个请求的追踪。

**一条链路使用一个相同的Trace ID。**

在日志没有提现出`Parent Span ID`，不过不应该，我们可以通过`Zipkin`来看链路！

![在这里插入图片描述][eb9fc9cc37e8425bb0cdc0d01c715e69.png]

![在这里插入图片描述][2f4d0e2ebbc344aa8a48cda064859601.png]

![在这里插入图片描述][7071f357aeca41e99b49ff1dcef5a69a.png]

#### 2. Zipkin查看 ####

前面我们已经进入了Zipkin页面了，只需要刷新一下就可以看到每次链路的记录了！

![在这里插入图片描述][bc1ffca43de8487abb138adfdeac9433.png]

点击SHOW按钮，可以看到详细链路信息：

耗时，深度，Trance ID 还是挺好的。

![在这里插入图片描述][a2c6a8fdff754667a1bcff28384dfffa.png]

#### 3. 模拟异常 ####

我们来把商品修改一下：

`http://localhost:9000/order/createOrder?userId=2&productId=-89`

此时是库存服务出现的问题，就不会展示下一个消息模块，自然而然的找到了出现问题的链路和根源！

![在这里插入图片描述][ef5c056d75af4f3598e04002c2573c75.png]

在模拟一个三级错误的，就会看到链路的最后一级！

![在这里插入图片描述][1d3d64863f4d4670a95c1d100ef0e1fd.png]  
下面还可以查询依赖关系：

![在这里插入图片描述][657a767c06db4abfa460400306305b49.png]

点击节点，可以查看汇总，调用次数和失败次数的统计分析！

![在这里插入图片描述][078f766caef84f9d9697f81026733088.png]

### 六、总结 ###

分布式链路追踪已经成为现代微服务架构中不可或缺的工具之一。

通过它，我们可以清晰地跟踪请求的调用路径，了解系统的性能，诊断潜在问题，并不断优化我们的应用程序。

Spring Cloud Sleuth让我们轻松生成和传播跟踪信息，使我们的微服务能够协同工作，无缝地捕捉每个请求的处理路径。

Zipkin作为一个流行的分布式追踪系统，为我们提供了可视化界面，使我们能够以图形化的方式查看和分析跟踪数据。

**当然简单系统上这个大材小用，但是我们可以在项目中试试，加了也不会影响程序的正常运行，做一个简单的知识储备！**

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![在这里插入图片描述][2d648b25f06043cf820c7417185930ff.jpeg]

[5f5adc179f2e48aa9a75ef737d7ae370.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/7e3b92ab32674ca88f60eea25a46b5c4.png
[cloud-sleuth-zipkin-demo]: https://gitee.com/wang-zhenjun/cloud-sleuth-zipkin-demo
[Link 1]: https://docs.spring.io/spring-cloud-sleuth/docs/2.2.8.RELEASE/reference/html/
[22b8421bac7748b5b89dfd901123c19d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/dcdb55a40c974dfe84cdf2dbe08ddbb2.png
[61a4624d5e7346499fe0cff6b0db3afd.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/757bceb03ebc4d0eadaae3dd2618d50b.png
[Zipkin]: https://zipkin.io/
[0f7ae5ade81b4cc5a71bf332363ee796.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/d5361ed585ff484884bada79b6964f7b.png
[docker-compose.yml]: https://github.com/openzipkin/docker-zipkin/blob/master/docker-compose.yml
[11b6e53cbab0470da15ae89b14ce9bb6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/0de9e7fb905b4582ab88ede505f60ef4.png
[9c33e4d9ae074fc9a5a7b2cdbafce9bc.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/db7bc2c094ce4455a5b0eff0080f30a2.png
[docker-componse]: https://github.com/openzipkin/zipkin/tree/master/docker/examples
[a34e1248b7db4588a50d653864af59ac.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/20/acc073acbcc04c8384e03819fbd87f59.png
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