从 1.5 开始搭建一个微服务框架——链路追踪 traceId

前言

最近在搭一个基础版的项目框架，基于 SpringCloud 微服务框架。

如果把 SpringCloud 这个框架当做 1，那么现在已经有的基础组件比如 swagger/logback 等等就是 0.5 ，然后我在这 1.5 基础上进行组装，完成一个微服务项目框架。

为什么要造二代轮子呢？市面上现成的项目框架不香吗？

因为项目组不允许用外部的现成框架，比如 Ruoyi。另外因为我们的项目需求具有自身的特色，技术选型也会选择我们自己熟悉的框架，所以自己来造二代轮子也是一个不错的选择。

核心功能

需要包含以下核心功能：

• 多个微服务模块拆分，抽取出一个 demo 微服务模块供扩展，已完成

• 提取核心框架模块，已完成

• 注册中心 Eureka，已完成

• 远程调用 OpenFeign，已完成

• 日志 logback，包含 traceId 跟踪，已完成

• Swagger API 文档，已完成

• 配置文件共享，已完成

• 日志检索，ELK Stack，已完成

• 自定义 Starter，待定

• 整合缓存 Redis，Redis 哨兵高可用，已完成

• 整合数据库 MySQL，MySQL 高可用，已完成

• 整合 MyBatis-Plus，已完成

• 链路追踪组件，待定

• 监控，待定

• 工具类，待开发

• 网关，技术选型待定

• 审计日志进入 ES，待定

• 分布式文件系统，待定

• 定时任务，待定

• 等等

本篇要介绍的内容是关于日志链路追踪的。

一、痛点

痛点 1、进程内的多条日志无法追踪

一个请求调用，假设会调用后端十几个方法，打印十几次日志，无法将这些日志串联起来。

如下图所示：客户端调用订单服务，订单服务中方法 A 调用方法 B，方法 B 调用方法 C。

方法 A 打印第一条日志和第五条日志，方法 B 打印第二条日志，方法 C 打印第三条日志和第四条日志。但是这 5 条日志并没有任何联系，唯一的联系就是时间是按照时间循序打印的。但是如果有其他并发的请求调用，则会干扰日志的连续性。

痛点 2、跨服务的日志如何进行关联

每个微服务都会记录自己这个进程的日志，跨进程的日志如何进行关联？

如下图所示：订单服务和优惠券服务属于两个微服务，部署在两台机器上，订单服务的 A 方法远程调用优惠券服务的 D 方法。

方法 A 将日志打印到日志文件 1 中，记录了 5 条日志。方法 D 将日志打印到日志文件 2 中，记录了 5 条日志。但是这 10 条日志是无法关联起来的。

痛点 3、跨线程的日志如何关联

主线程和子线程的日志如何关联？

如下图所示：主线程的方法 A 启动了一个子线程，子线程执行方法 E。方法 A 打印了第一条日志，子线程 E 打印了第二条日志和第三条日志。

痛点 4、第三方调用我们的服务，如何追踪？

本篇要解决的核心问题是第一个和第二个问题，多线程目前还未引入，目前也没有第三方来调用，后期再来优化第三个和第四个问题。

二、方案

2.1 解决方案

• 使用 Skywalking traceId 进行链路追踪

• 使用 Elastic APM 的 traceId 进行链路追踪

• MDC 方案：自己生成 traceId 并 put 到 MDC 里面

项目初期，先不引入过多的中间件，用简单可行的方案先尝试。所以这里用第三种方案 MDC。

2.2 MDC 方案

MDC（Mapped Diagnostic Context）用于存储运行上下文的特定线程的上下文数据。因此，如果使用 log4j 进行日志记录，则每个线程都可以拥有自己的 MDC，该 MDC 对整个线程是全局的。属于该线程的任何代码都可以轻松访问线程的 MDC 中存在的值。

三、原理和实战

3.1 追踪一个请求的多条日志

我们先来看第一个痛点，如何在一个请求中，将多条日志串联起来。

该方案的原理如下图所示：

1）在 logback 日志配置文件中的日志格式中添加 %X{traceId} 配置。

<pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %X{traceId} %-5level %logger - %msg%n</pattern>

2）自定一个拦截器，从请求的 header 中获取 traceId ，如果存在则放到 MDC 中，否则直接用 UUID 当做 traceId，然后放到 MDC 中。

3）配置拦截器。

当我们打印日志的时候，会自动打印 traceId，如下所示，多条日志的 traceId 相同。

示例代码

拦截器代码：

@Service
public class LogInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {

    private static final String TRACE_ID = "traceId";

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        String traceId = request.getHeader(TRACE_ID);
        if (StringUtils.isEmpty(traceId)) {
            MDC.put("traceId", UUID.randomUUID().toString());
        } else {
            MDC.put(TRACE_ID, traceId);
        }

        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
        //防止内存泄露
        MDC.remove("traceId");
    }
}

配置拦截器：

@Configuration
public class InterceptorConfig implements WebMvcConfigurer {

    @Resource
    private LogInterceptor logInterceptor;

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorRegistry registry) {
        registry.addInterceptor(logInterceptor).addPathPatterns("/**");
    }
}

3.2 跨服务跟踪多条日志

解决方案的原理图如下所示：

订单服务远程调用优惠券服务，需要在订单服务中添加 OpenFeign 的拦截器，拦截器里面做的事就是往 请求的 header 中添加 traceId，这样调用到优惠券服务时，就能从 header 中拿到这次请求的 traceId。

代码如下所示：

@Configuration
public class FeignInterceptor implements RequestInterceptor {
    private static final String TRACE_ID = "traceId";

    @Override
    public void apply(RequestTemplate requestTemplate) {
        requestTemplate.header(TRACE_ID, (String) MDC.get(TRACE_ID));
    }
}

两个微服务打印的日志中，两条日志的 traceId 一致。

当然这些日志都会导入到 Elasticsearch 中的，然后通过 kibana 可视化界面搜索 traceId，就可以将整个调用链路串起来了！

四、总结

本篇通过拦截器、MDC 功能，全链路加入了 traceId，然后将 traceId 输出到日志中，就可以通过日志来追踪调用链路。不论是进程内的方法级调用，还是跨进程间的服务调用，都可以进行追踪。

另外日志还需要通过 ELK Stack 技术将日志导入到 Elasticsearch 中，然后就可以通过检索 traceId，将整个调用链路检索出来了。

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