深入浅出：揭秘 Spring Cloud Sleuth 分布式追踪系统

￡神魔★判官ぃ 2024-03-22 09:22 33阅读 0赞

## 引言 ##

在现代软件开发中，分布式系统已经成为一种普遍的架构模式。随着微服务的兴起，越来越多的企业选择将其业务拆分成多个独立的服务，以提高可扩展性、灵活性和容错能力。然而，分布式系统也带来了一系列新的挑战，其中之一便是追踪问题。

当一个请求在多个服务之间传递时，诊断和排查问题变得更加困难。在单体架构中，我们可以通过查看一组有限的日志和监控数据来定位问题。然而，在分布式环境中，请求可能会涉及多个服务和组件，这使得在多个日志源之间查找相关信息变得非常繁琐。此外，由于微服务架构中的服务通常是异步和并行执行的，因此很难准确地确定请求的执行路径。

为了解决这些问题，分布式追踪技术应运而生。分布式追踪可以帮助我们有效地跟踪和监控分布式系统中的请求，提高问题诊断的准确性和效率。通过对请求在各个服务中的执行路径进行记录和分析，我们可以更容易地找到性能瓶颈、潜在错误和异常。

在微服务架构中，分布式追踪至关重要，因为它可以帮助我们：

1.  理解服务间的依赖关系，以便于进行系统优化和重构。
2.  快速定位性能问题，降低系统故障对业务的影响。
3.  监控和分析请求的执行路径，提高系统可观测性。
4.  更好地协作和沟通，因为追踪数据可以为开发人员、测试人员和运维人员提供共同的上下文。

总之，分布式追踪技术在微服务架构中发挥着至关重要的作用，可以帮助我们更有效地理解、监控和优化分布式系统。接下来，我们将介绍如何使用 Spring Cloud Sleuth 进行分布式追踪。

## Spring Cloud Sleuth 简介 ##

Spring Cloud Sleuth 是 Spring Cloud 生态系统中的一个重要组件，它为 Spring Boot 应用程序提供了分布式追踪解决方案。Sleuth 的设计目标是轻量级、易于集成，同时兼容许多流行的追踪系统，如 Zipkin、Jaeger 等。

主要特性和优势：

*  **自动追踪**：Sleuth 自动为 Spring Boot 项目中的请求和事件添加追踪信息，无需进行大量的手动配置。
 *  **与 Spring 生态系统的集成**：Sleuth 与其他 Spring Cloud 组件（如 Hystrix、Ribbon、Feign 等）进行了深度集成，使得在 Spring Cloud 微服务中实现分布式追踪变得非常简单。
 *  **灵活性**：Sleuth 支持多种追踪数据存储和展示工具，如 Zipkin、Jaeger、Prometheus 和 Grafana，可根据实际需要进行选择。
 *  **自定义标签和日志**：Sleuth 允许用户在代码中添加自定义标签和日志，以便于更好地理解请求执行过程中的关键事件。

接下来，我们将介绍如何在 Spring Boot 项目中引入 Spring Cloud Sleuth 依赖并进行基本配置。

## 安装与配置 ##

要在 Spring Boot 项目中使用 Spring Cloud Sleuth，我们需要执行以下步骤：

#### 3.1 引入依赖 ####

首先，需要在项目的 `pom.xml` 文件中添加 Spring Cloud Sleuth 的依赖。以下是一个例子：

<dependencies>
      
      
      <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
      </dependency>
      
      
      <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-zipkin</artifactId>
      </dependency>
    </dependencies>
    复制代码

#### 3.2 基本配置 ####

在 `application.yml` 或 `application.properties` 文件中，我们可以进行一些基本的 Spring Cloud Sleuth 配置：

spring:
      sleuth:
        sampler:
          probability: 1.0 # 设置采样率，1.0 表示 100% 的请求都会被追踪
    
      # 如果要集成 Zipkin，需要配置以下内容
      zipkin:
        baseUrl: http://localhost:9411 # Zipkin 服务器的地址
    复制代码

当 Spring Boot 应用启动后，Spring Cloud Sleuth 会自动为所有的请求和事件添加追踪信息。我们可以在日志中看到类似以下格式的输出：

2023-04-25 22:09:16.781  INFO [hystrix-ribbon,1f07c82e73c4428c,5906163065b80397,true] 9584 --- [p-nio-80-exec-1] 
    复制代码

*  `hystrix-ribbon` 是当前服务的名称
 *  `1f07c82e73c4428c` 是 trace ID
 *  `5906163065b80397` 是 span ID
 *  `true` 表示该请求已被采样

![format_png][]

现在，我们已经成功在 Spring Boot 项目中引入了 Spring Cloud Sleuth 并进行了基本配置。接下来，我们将介绍 Sleuth 中的一些关键概念。

## Sleuth 中的关键概念 ##

要更好地使用 Spring Cloud Sleuth，我们需要了解一些关键概念。以下是 Sleuth 中的核心概念：

#### 4.1 Trace 和 Span ####

*  **Trace**：一个 Trace 代表一个完整的请求流程，包括从客户端发起请求到服务器处理完毕并返回响应的整个过程。Trace 由一个或多个 Span 组成。
 *  **Span**：一个 Span 代表一个独立的工作单元，通常对应一个特定的服务或操作。Span 是 Trace 的组成部分，用于表示请求在各个服务之间的执行路径。

肯定会有读者可能不理解两个概念我举一些通俗易懂的例子:

我们可以把 Trace 和 Span 比作组装一台汽车的整个过程。在这个例子中，Trace 就像是整个组装过程，而 Span 则代表组装过程中的各个阶段。

假设我们要组装一台汽车，整个过程可以分为以下几个阶段：

1.  制造和组装发动机
2.  组装车身和底盘
3.  安装内饰和座椅
4.  组装电气系统
5.  安装轮胎
6.  涂装和检查

在这个例子中，整个汽车组装过程就是一个 Trace。而每个阶段，如制造发动机、组装车身等，都是这个 Trace 的组成部分，也就是 Span。每个 Span 代表一个特定的操作，完成了一部分组装任务。

对应到分布式系统中，Trace 代表一个请求在系统中的整个处理过程，而 Span 则代表请求在各个服务之间传递和处理的各个阶段。通过记录和分析 Trace 和 Span，我们可以更好地理解请求在分布式系统中的执行路径和性能状况。

#### 4.2 Trace ID 和 Span ID ####

*  **Trace ID**：每个 Trace 都有一个全局唯一的 ID，用于跨服务和组件追踪请求的整个执行过程。Trace ID 在整个 Trace 内保持不变。
 *  **Span ID**：每个 Span 都有一个唯一的 ID，用于在特定 Trace 内标识一个特定的操作。Span ID 在同一个 Trace 内是唯一的，但在不同 Trace 之间可能重复。

#### 4.3 采样率 ####

采样率决定了有多少请求被 Spring Cloud Sleuth 追踪。采样率的值介于 0 到 1 之间，其中 0 表示不追踪任何请求，1 表示追踪所有请求。通过调整采样率，我们可以根据需要平衡追踪数据的详细程度和系统性能的开销。

在 `application.yml` 或 `application.properties` 文件中，我们可以配置采样率：

spring:
      sleuth:
        sampler:
          probability: 0.5 # 设置采样率为 50%
    复制代码

了解了这些关键概念后，我们可以更有效地使用 Spring Cloud Sleuth 进行分布式追踪。接下来，我们将介绍如何将追踪数据导出到 Zipkin 并集成其他监控工具。

## 数据导出与整合 ##

Spring Cloud Sleuth 支持将追踪数据导出到多种流行的追踪系统，如 Zipkin、Jaeger 等。这些追踪系统提供了丰富的数据展示和分析功能，有助于我们更好地理解请求在分布式系统中的执行情况。除此之外，我们还可以将 Sleuth 与其他监控工具整合，如 Prometheus 和 Grafana，以实现全面的系统监控。

刚才上面的例子用的就是zipkin

#### 5.1 将追踪数据导出到 Zipkin ####

Zipkin 是一个流行的开源分布式追踪系统，它提供了一个易于理解的 Web UI，方便我们查看和分析追踪数据。要将 Spring Cloud Sleuth 的追踪数据导出到 Zipkin，我们需要执行以下步骤：

使用之前要先下载zipkin

[search.maven.org/remote\_cont…][search.maven.org_remote_cont]

启动

java -jar zipkin-server-2.24.0-exec.jar
    复制代码

![format_png 1][]

1.  在项目的 `pom.xml` 文件中，添加 `spring-cloud-starter-zipkin` 依赖：

<dependency>
      <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
      <artifactId>spring-cloud-starter-zipkin</artifactId>
    </dependency>
    复制代码

1.  在 `application.yml` 或 `application.properties` 文件中，配置 Zipkin 服务器的地址：

spring:
      zipkin:
        baseUrl: http://localhost:9411 # Zipkin 服务器的地址
    复制代码

1.  启动 Zipkin 服务器（如果尚未启动），然后重新启动 Spring Boot 应用。此时，Sleuth 会自动将追踪数据发送到 Zipkin。

访问: [http://localhost:9411][http_localhost_9411]

![format_png 2][]

在 Zipkin 的 Web UI 中，我们可以查看各种追踪数据，包括请求的执行路径、耗时、错误等。这有助于我们快速发现性能问题和潜在错误。

#### 5.2 集成其他监控工具 ####

除了 Zipkin，我们还可以将 Spring Cloud Sleuth 与其他监控工具整合，如 Prometheus 和 Grafana，以实现全面的系统监控。这些工具可以帮助我们收集、存储、展示和分析各种指标，包括请求延迟、错误率、资源利用率等。

要将 Sleuth 与 Prometheus 和 Grafana 集成，我们可以参考以下步骤：

1.  在项目中引入 Micrometer Prometheus 依赖：

<dependency>
      <groupId>io.micrometer</groupId>
      <artifactId>micrometer-registry-prometheus</artifactId>
    </dependency>
    复制代码

2.配置 Prometheus 以抓取 Spring Boot 应用的指标数据。具体而言，需要在 Prometheus 的配置文件中（例如 `prometheus.yml`）添加以下内容：

scrape_configs:
      - job_name: 'spring-boot'
        metrics_path: '/actuator/prometheus'
        static_configs:
          - targets: ['localhost:8080'] # Spring Boot 应用的地址
    复制代码

1.  启动 Prometheus 服务器，然后启动 Grafana。在 Grafana 中，添加Prometheus 作为数据源，并创建自定义的仪表板，以展示和分析从 Spring Boot 应用收集的各种指标数据。

通过整合 Prometheus 和 Grafana，我们可以实现对 Spring Boot 微服务的全面监控，包括性能、可用性和资源利用率等方面。结合 Spring Cloud Sleuth 的分布式追踪功能，我们可以更好地理解、监控和优化分布式系统。

## 总结： ##

在本文中，我们介绍了如何使用 Spring Cloud Sleuth 实现分布式追踪，包括：

1.  为什么分布式追踪对微服务架构至关重要
2.  Spring Cloud Sleuth 的简介
3.  如何在 Spring Boot 项目中引入 Spring Cloud Sleuth 依赖并进行基本配置
4.  Sleuth 中的关键概念：Trace、Span、Trace ID、Span ID 和采样率
5.  将追踪数据导出到 Zipkin 并集成其他监控工具，如 Prometheus 和 Grafana

通过掌握这些知识，我们可以更有效地使用 Spring Cloud Sleuth 进行分布式追踪，从而提高微服务系统的可观测性和可维护性。

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