我把「链路追踪」整明白了

本篇主要内容

这篇主要是理论 + 实践相结合。实践部分涉及到如何把链路追踪组件 Sleuth + Zipkin 加到我的 Spring Cloud 《佳必过》开源项目上。

本篇知识点：

• 链路追踪基本原理
• 如何在项目中轻松加入链路追踪中间件
• 如何使用链路追踪排查问题

一、为什么要用链路追踪？

1.1 因：拆分服务单元

微服务架构其实是一个分布式的架构，按照业务划分成了多个服务单元。

由于服务单元的数量是很多的，有可能几千个，而且业务也会更复杂，如果出现了错误和异常，很难去定位。

1.2 因：逻辑复杂

比如一个请求需要调用多个服务才能完成整个业务闭环，而内部服务的代码逻辑和业务逻辑比较复杂，假如某个服务出现了问题，是难以快速确定那个服务出问题的。

1.3 果：快速定位

而如果我们加上了分布式链路追踪，去跟踪一个请求有哪些服务参与其中，参与的顺序是怎样的，这样我们就知道了每个请求的详细经过，即使出了问题也能快速定位。

二、链路追踪的核心

链路追踪组件有 Twitter 的可视化链路追踪组件 Zipkin、Google 的 Dapper、阿里的 Eagleeye 等，而 Sleuth 是 Spring Cloud 的组件。Spring Cloud Sleuth 借鉴了 Dapper 的术语。

本文主要讲解 Sleuth + Zipkin 结合使用来更好地实现链路追踪。

为什么能够进行整条链路的追踪？其实就是一个 Trace ID 将 一连串的 Span 信息连起来了。根据 Span 记录的信息再进行整合就可以获取整条链路的信息。下面是链路追踪的核心概念：

2.1 Span（跨度）

• 大白话：远程调用和 Span  一对一。

• 基本的工作单元，每次发送一个远程调用服务就会产生一个 Span。

• Span 是一个 64 位的唯一 ID。

• 通过计算 Span 的开始和结束时间，就可以统计每个服务调用所花费的时间。

2.2 Trace（跟踪）

• 大白话：一个 Trace 对应多个 Span，一对多。

• 它由一系列 Span 组成，树状结构。

• 64 位唯一 ID。

• 每次客户端访问微服务系统的 API 接口，可能中间会调用多个微服务，每次调用都会产生一个新的 Span，而多个 Span 组成了 Trace

2.3 Annotation（注解）

链路追踪系统定义了一些核心注解，用来定义一个请求的开始和结束，注意是微服务之间的请求，而不是浏览器或手机等设备。注解包括：

• cs - Client Sent：客户端发送一个请求，描述了这个请求调用的 Span 的开始时间。注意：这里的客户端指的是微服务的调用者，不是我们理解的浏览器或手机等客户端。
• sr - Server Received：服务端获得请求并准备开始处理它，如果将其 sr 减去 cs 时间戳，即可得到网络传输时间。
• ss - Server Sent：服务端发送响应，会记录请求处理完成的时间， ss 时间戳减去 sr 时间戳，即可得到服务器请求的时间。
• cr - Client Received：客户端接收响应，Span 的结束时间，如果 cr 的时间戳减去 cs 时间戳，即可得到一次微服务调用所消耗的时间，也就是一个 Span 的消耗的总时间。

2.4 链路追踪原理

假定三个微服务调用的链路如下图所示：Service 1 调用 Service 2，Service 2 调用 Service 3 和 Service 4。

那么链路追踪会在每个服务调用的时候加上 Trace ID 和 Span ID。如下图所示：

大白话解释：

• 大家注意上面的颜色，相同颜色的代表是同一个 Span ID，说明是链路追踪中的一个节点。

• 第一步：客户端调用 Service 1，生成一个 Request，Trace ID 和 Span ID 为空，那个时候请求还没有到 Service 1。

• 第二步：请求到达 Service 1，记录了 Trace ID = X，Span ID 等于 A。

• 第三步：Service 1 发送请求给 Service 2，Span ID 等于 B，被称作 Client Sent，即客户端发送一个请求。

• 第四步：请求到达 Service 2，Span ID 等于 B，Trace ID 不会改变，被称作 Server Received，即服务端获得请求并准备开始处理它。

• 第五步：Service 2 开始处理这个请求，处理完之后，Trace ID 不变，Span ID = C。

• 第六步：Service 2 开始发送这个请求给 Service 3，Trace ID 不变，Span ID = D，被称作 Client Sent，即客户端发送一个请求。

• 第七步：