Spring Boot中如何实现全链路调用日志跟踪？

SpringForAll 2022-07-05

收录于合集 #Spring Boot 17个

之前有一篇文章简单的介绍过MDC，这次结合具体的案例、生产中的具体问题深入了解一下MDC。

MDC介绍

1、简介：

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。MDC 的内容则由程序在适当的时候保存进去。对于一个 Web 应用来说，通常是在请求被处理的最开始保存这些数据

2、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

3、优点：

代码简洁，日志风格统一，不需要在log打印中手动拼写traceId，即LOGGER.info("traceId:{} ", traceId)

MDC使用

1、添加拦截器

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(Constants.TRACE_ID);
        if (traceId == null) {
            traceId = TraceIdUtil.getTraceId();
        }

        MDC.put(Constants.TRACE_ID, 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
        MDC.remove(Constants.TRACE_ID);
    }
}

2、修改日志格式

<property name="pattern">[TRACEID:%X{traceId}] %d{HH:mm:ss.SSS} %-5level %class{-1}.%M()/%L - %msg%xEx%n</property>

重点是%X{traceId}，traceId和MDC中的键名称一致

简单使用就这么容易，但是在有些情况下traceId将获取不到

MDC 存在的问题

子线程中打印日志丢失traceId
HTTP调用丢失traceId

丢失traceId的情况，来一个再解决一个，绝不提前优化

解决MDC存在的问题

子线程日志打印丢失traceId

子线程在打印日志的过程中traceId将丢失，解决方式为重写线程池，对于直接new创建线程的情况不考略【实际应用中应该避免这种用法】，重写线程池无非是对任务进行一次封装

线程池封装类：ThreadPoolExecutorMdcWrapper.java

public class ThreadPoolExecutorMdcWrapper extends ThreadPoolExecutor {
    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }

    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory);
    }

    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, handler);
    }

    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory,
                                        RejectedExecutionHandler handler) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, handler);
    }

    @Override
    public void execute(Runnable task) {
        super.execute(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
    }

    @Override
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        return super.submit(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()), result);
    }

    @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()));
    }
}

说明：

继承ThreadPoolExecutor类，重新执行任务的方法
通过ThreadMdcUtil对任务进行一次包装

线程traceId封装工具类：ThreadMdcUtil.java

public class ThreadMdcUtil {
    public static void setTraceIdIfAbsent() {
        if (MDC.get(Constants.TRACE_ID) == null) {
            MDC.put(Constants.TRACE_ID, TraceIdUtil.getTraceId());
        }
    }

    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);
            }
            setTraceIdIfAbsent();
            try {
                runnable.run();
            } finally {
                MDC.clear();
            }
        };
    }
}

说明【以封装Runnable为例】：

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

代码等同于以下写法，会更直观

public static Runnable wrap(final Runnable runnable, final Map<String, String> context) {
        return new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                if (context == null) {
                    MDC.clear();
                } else {
                    MDC.setContextMap(context);
                }
                setTraceIdIfAbsent();
                try {
                    runnable.run();
                } finally {
                    MDC.clear();
                }
            }
        };
    }

重新返回的是包装后的Runnable，在该任务执行之前【runnable.run()】先将主线程的Map设置到当前线程中【即MDC.setContextMap(context)】，这样子线程和主线程MDC对应的Map就是一样的了

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

HTTP调用丢失traceId

在使用HTTP调用第三方服务接口时traceId将丢失，需要对HTTP调用工具进行改造，在发送时在request header中添加traceId，在下层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，所以只给出这几种HTTP调用的解决方式

1、HttpClient：

实现HttpClient拦截器：

public class HttpClientTraceIdInterceptor implements HttpRequestInterceptor {
    @Override
    public void process(HttpRequest httpRequest, HttpContext httpContext) throws HttpException, IOException {
        String traceId = MDC.get(Constants.TRACE_ID);
        //当前线程调用中有traceId，则将该traceId进行透传
        if (traceId != null) {
            //添加请求体
            httpRequest.addHeader(Constants.TRACE_ID, traceId);
        }
    }
}

实现HttpRequestInterceptor接口并重写process方法

如果调用线程中含有traceId，则需要将获取到的traceId通过request中的header向下透传下去

为HttpClient添加拦截器：

private static CloseableHttpClient httpClient = HttpClientBuilder.create()
            .addInterceptorFirst(new HttpClientTraceIdInterceptor())
            .build();

通过addInterceptorFirst方法为HttpClient添加拦截器

2、OKHttp：

实现OKHttp拦截器：

public class OkHttpTraceIdInterceptor implements Interceptor {
    @Override
    public Response intercept(Chain chain) throws IOException {
        String traceId = MDC.get(Constants.TRACE_ID);
        Request request = null;
        if (traceId != null) {
            //添加请求体
            request = chain.request().newBuilder().addHeader(Constants.TRACE_ID, traceId).build();
        }
        Response originResponse = chain.proceed(request);

        return originResponse;
    }
}

实现Interceptor拦截器，重写interceptor方法，实现逻辑和HttpClient差不多，如果能够获取到当前线程的traceId则向下透传

为OkHttp添加拦截器：

  private static OkHttpClient client = new OkHttpClient.Builder()
            .addNetworkInterceptor(new OkHttpTraceIdInterceptor())
            .build();

调用addNetworkInterceptor方法添加拦截器

3、RestTemplate：

实现RestTemplate拦截器：

public class RestTemplateTraceIdInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {
    @Override
    public ClientHttpResponse intercept(HttpRequest httpRequest, byte[] bytes, ClientHttpRequestExecution clientHttpRequestExecution) throws IOException {
        String traceId = MDC.get(Constants.TRACE_ID);
        if (traceId != null) {
            httpRequest.getHeaders().add(Constants.TRACE_ID, traceId);
        }

        return clientHttpRequestExecution.execute(httpRequest, bytes);
    }
}

实现ClientHttpRequestInterceptor接口，并重写intercept方法，其余逻辑都是一样的不重复说明

为RestTemplate添加拦截器：

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

调用setInterceptors方法添加拦截器

4、第三方服务拦截器：

HTTP调用第三方服务接口全流程traceId需要第三方服务配合，第三方服务需要添加拦截器拿到request header中的traceId并添加到MDC中

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(Constants.TRACE_ID);
        if (traceId == null) {
            traceId = TraceIdUtils.getTraceId();
        }
        
        MDC.put("traceId", 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 {
        MDC.remove(Constants.TRACE_ID);
    }
}

说明：

先从request header中获取traceId
从request header中获取不到traceId则说明不是第三方调用，直接生成一个新的traceId
将生成的traceId存入MDC中

除了需要添加拦截器之外，还需要在日志格式中添加traceId的打印，如下：

 <property name="pattern">[TRACEID:%X{traceId}] %d{HH:mm:ss.SSS} %-5level %class{-1}.%M()/%L - %msg%xEx%n</property>

“
注意：需要添加%X{traceId}

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