微服务调用链追踪中心搭建

##　概述

一个完整的微服务系统包含多个微服务单元，各个微服务子系统存在互相调用的情况，形成一个 调用链。一个客户端请求从发出到被响应 经历了哪些组件、哪些微服务、请求总时长、每个组件所花时长 等信息我们有必要了解和收集，以帮助我们定位性能瓶颈、进行性能调优，因此监控整个微服务架构的调用链十分有必要，本文将阐述如何使用 Zipkin 搭建微服务调用链追踪中心。

Zipkin 初摸

正如 Ziplin 官网所描述，Zipkin 是一款分布式的追踪系统，其可以帮助我们收集微服务架构中用于解决延时问题的时序数据，更直白地讲就是可以帮我们追踪调用的轨迹。

Zipkin 的设计架构如下图所示：

要理解这张图，需要了解一下 Zipkin 的几个核心概念：

Reporter

在某个应用中安插的用于发送数据给 Zipkin 的组件称为 Report，目的就是用于追踪数据收集

Span

微服务中调用一个组件时，从发出请求开始到被响应的过程会持续一段时间，将这段跨度称为 Span

Trace

从 Client 发出请求到完成请求处理，中间会经历一个调用链，将这一个整个过程称为一个追踪（ Trace ）。一个 Trace 可能包含多个 Span，反之每个 Span 都有一个上级的 Trace。

Transport

一种数据传输的方式，比如最简单的 HTTP 方式，当然在高并发时可以换成 Kafka 等消息队列

看了一下基本概念后，再结合上面的架构图，可以试着理解一下，只有装配有 Report 组件的 Client 才能通过 Transport 来向 Zipkin 发送追踪数据。追踪数据由 Collector 收集器进行手机然后持久化到 Storage 之中。最后需要数据的一方，可以通过 UI 界面调用 API 接口，从而最终取到 Storage 中的数据。可见整体流程不复杂。

Zipkin 官网给出了各种常见语言支持的 OpenZipkin libraries：

本文接下来将 构造微服务追踪的实验场景 并使用 Brave 来辅助完成微服务调用链追踪中心搭建！

部署 Zipkin 服务

利用 Docker 来部署 Zipkin 服务再简单不过了：

docker run -d -p 9411:9411 \
--name zipkin \
docker.io/openzipkin/zipkin

完成之后浏览器打开：localhost:9411可以看到 Zipkin 的可视化界面：

模拟微服务调用链

我们来构造一个如下图所示的调用链：

图中包含 一个客户端 + 三个微服务：

Client：使用 /servicea 接口消费 ServiceA 提供的服务
ServiceA：使用 /serviceb 接口消费 ServiceB 提供的服务，端口 8881
ServiceB：使用 /servicec 接口消费 ServiceC 提供的服务，端口 8882
ServiceC：提供终极服务，端口 8883

为了模拟明显的延时效果，准备在每个接口的响应中用代码加入 3s 的延时。

简单起见，我们用 SpringBt 来实现三个微服务。

ServiceA 的控制器代码如下：

@RestController
public class ServiceAContorller {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @GetMapping("/servicea ”)
    public String servicea() {
        try {
            Thread.sleep( 3000 );
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return restTemplate.getForObject("http://localhost:8882/serviceb", String.class);
    }
}

ServiceB 的代码如下：

@RestController
public class ServiceBContorller {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @GetMapping("/serviceb ”)
    public String serviceb() {
        try {
            Thread.sleep( 3000 );
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return restTemplate.getForObject("http://localhost:8883/servicec", String.class);
    }
}

ServiceC 的代码如下：

@RestController
public class ServiceCContorller {

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @GetMapping("/servicec ”)
    public String servicec() {
        try {
            Thread.sleep( 3000 );
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "Now, we reach the terminal call: servicec !”;
    }
}

我们将三个微服务都启动起来，然后浏览器中输入localhost:8881/servicea来发出请求，过了 9s 之后，将取到 ServiceC 中提供的微服务接口所返回的内容，如下图所示：

很明显，调用链可以正常 work 了！

那么接下来我们就要引入 Zipkin 来追踪这个调用链的信息！

编写与 Zipkin 通信的工具组件

从 Zipkin 官网我们可以知道，借助 OpenZipkin 库 Brave，我们可以开发一个封装 Brave 的公共组件，让其能十分方便地嵌入到 ServiceA，ServiceB，ServiceC 服务之中，完成与 Zipkin 的通信。

为此我们需要建立一个新的基于 Maven 的 Java 项目：ZipkinTool

pom.xml 中加入如下依赖：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.hansonwang99</groupId>
    <artifactId>ZipkinTool</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <source>6</source>
                    <target>6</target>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
    <packaging>jar</packaging>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot</artifactId>
            <version>2.0.1.RELEASE</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-webmvc</artifactId>
            <version>4.3.7.RELEASE</version>
            <scope>provided</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.brave</groupId>
            <artifactId>brave-spring-web-servlet-interceptor</artifactId>
            <version>4.0.6</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.brave</groupId>
            <artifactId>brave-spring-resttemplate-interceptors</artifactId>
            <version>4.0.6</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.reporter</groupId>
            <artifactId>zipkin-sender-okhttp3</artifactId>
            <version>0.6.12</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <version>RELEASE</version>
            <scope>compile</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

</project>

编写 ZipkinProperties 类

其包含 endpoint 和 service 两个属性，我们最后是需要将该两个参数提供给 ServiceA、ServiceB、ServiceC 微服务作为其 application.properties 中的 Zipkin 配置

@Data
@Component
@ConfigurationProperties("zipkin")
public class ZipkinProperties {
    private String endpoint;
    private String service;
}

用了 lombok 之后，这个类异常简单！

[注意：关于 lombok 的用法，可以看这里]

编写 ZipkinConfiguration 类

这个类很重要，在里面我们将 Brave 的 BraveClientHttpRequestInterceptor 拦截器注册到 RestTemplate 的拦截器调用链中来收集请求数据到 Zipkin 中；同时还将 Brave 的 ServletHandlerInterceptor 拦截器注册到调用链中来收集响应数据到 Zipkin 中

上代码吧：

@Configuration
@Import({RestTemplate.class, BraveClientHttpRequestInterceptor.class, ServletHandlerInterceptor.class})
public class ZipkinConfiguration extends WebMvcConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private ZipkinProperties zipkinProperties;

    @Autowired
    private RestTemplate restTemplate;

    @Autowired
    private BraveClientHttpRequestInterceptor clientInterceptor;

    @Autowired
    private ServletHandlerInterceptor serverInterceptor;

    @Bean
    public Sender sender() {
        return OkHttpSender.create( zipkinProperties.getEndpoint() );
    }

    @Bean
    public Reporter<Span> reporter() {
        return AsyncReporter.builder(sender()).build();
    }

    @Bean
    public Brave brave() {
        return new Brave.Builder(zipkinProperties.getService()).reporter(reporter()).build();
    }

    @Bean
    public SpanNameProvider spanNameProvider() {
        return new SpanNameProvider() {
            @Override
            public String spanName(HttpRequest httpRequest) {
                return String.format(
                        "%s %s",
                        httpRequest.getHttpMethod(),
                        httpRequest.getUri().getPath()
                );
            }
        };
    }

    @PostConstruct
    public void init() {
        List<ClientHttpRequestInterceptor> interceptors = restTemplate.getInterceptors();
        interceptors.add(clientInterceptor);
        restTemplate.setInterceptors(interceptors);
    }

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(serverInterceptor);
    }
}

ZipkinTool 完成以后，我们需要在 ServiceA、ServiceB、ServiceC 三个 SpringBt 项目的 application.properties 中加入 Zipkin 的配置：

以 ServiceA 为例：

server.port=8881
zipkin.endpoint=http://你 Zipkin 服务所在机器的 IP:9411/api/v1/spans
zipkin.service=servicea

我们最后依次启动 ServiceA、ServiceB、和 ServiceC 三个微服务，并开始实验来收集链路追踪数据！

##　实际实验

1. 依赖分析

浏览器打开 Zipkin 的 UI 界面，可以查看 依赖分析：

图中十分清晰地展示了 ServiceA、ServiceB 和 ServiceC 三个服务之间的调用关系！注意，该图可缩放，并且每一个元素均可以点击，例如点击 ServiceB 这个微服务，可以看到其调用链的上下游！

2. 查找调用链

接下来我们看一下调用链相关，点击 服务名，可以看到 Zipkin 监控到个所有服务：

同时可以查看 Span，如以 ServiceA 为例，其所有 REST 接口都再下拉列表中：

以 ServiceA 为例，点击 Find Traces，可以看到其所有追踪信息：

点击某个具体 Trace，还能看到详细的每个 Span 的信息，如下图中，可以看到 A B C 调用过程中每个 REST 接口的详细时间戳：

点击某一个 REST 接口进去还能看到更详细的信息，如查看 /servicec 这个 REST 接口，可以看到从发送请求到收到响应信息的所有详细步骤：