SpringCloud 入门实战(11)--Zipkin(1)--简介

2023-11-19 19:44:52

Zipkin 是一款开源的分布式实时数据追踪系统，基于 Google Dapper 的论文设计而来，由 Twitter 公司开发贡献；其主要功能是聚集来自各个异构系统的实时监控数据。本文主要介绍下 Zipkin 的基本概念。

1、Zipkin 结构

1.1、Zipkin 服务端

Zipkin 服务端由四部分组成：

Collector：收集器组件，处理从外部系统发送过来的跟踪信息，将这些信息转换为 Zipkin 内部的 Span 格式，以支持后续的存储、分析、展示等功能。
Storage：存储组件，存储收集器接收到的跟踪信息，默认会将这些信息存储在内存中；可以修改存储策略，把跟踪信息保存到 MySQL、cassandra、elasticsearch。
API：API组件，提供 API 接口供 UI 组件调用，外接系统访问该 API 实现定制化的监控。
UI：UI组件，基于 API 组件实现的上层应用；通过 UI 可以方便直观地查询和分析跟踪信息。

1.2、Zipkin 客户端

Brave 是 Zipkin 提供的 Java 版本的信息采集插件；提供了面向 Standard Servlet、Spring MVC、Http Client、JAX RS、Jersey、Resteasy 和 MySQL 等框架的采集能力，可以通过简单的配置和代码，让基于这些框架构建的应用向 Zipkin 报告数据。同时 Brave 也提供了非常简单且标准化的接口，在以上封装无法满足要求的时候可以方便扩展与定制。Brave 主要是利用拦截器在请求前和请求后分别埋点。例如 Spingmvc 监控使用 Interceptors，Mysql 监控使用 statementInterceptors。同理 Dubbo 的监控是利用 com.alibaba.dubbo.rpc.Filter 来过滤生产者和消费者的请求。

当然 Zipkin 也提供其他语言的客户端：C#、Go、JavaScript、Ruby、Scala、PHP。

1.3、Transport

连接 Zipkin 服务端和客户端的数据传输通道(Transport) 可以为：Http, Kafka, Scribe。

支持的客户端及传输通道详情可参考官网：https://zipkin.io/pages/tracers_instrumentation.html

2、Zipkin 传播规范

当上游服务通过 HTTP 调用下游服务，如何将两个服务中的所有 span 串联起来，形成一个 trace，这就需要上游服务将 traceId 等信息传递给下游服务，而不能让下游重新生成一个 traceId。Zipkin 通过 B3 传播规范（B3 Propagation），将相关信息（如 traceId、spanId 等）通过 HTTP 请求 Header 传递给下游服务：

3、Zipkin 数据模型

[{
    "traceId": "8cafeeba762c479e",
    "parentId": "c149cb2af458c95d",
    "id": "b5809e988d9b47f8",
    "kind": "CLIENT",
    "name": "post",
    "timestamp": 1623828578382618,
    "duration": 848226,
    "localEndpoint": {"serviceName": "scdemo-client"},
    "remoteEndpoint": {"ipv4": "10.49.196.1", "port": 9001},
    "tags": {"http.method": "POST", "http.path": "/user/getUserServer"}
}, {
    "traceId": "8cafeeba762c479e",
    "parentId": "8cafeeba762c479e",
    "id": "c149cb2af458c95d",
    "kind": "CLIENT",
    "name": "post",
    "timestamp": 1623828578373868,
    "duration": 860200,
    "localEndpoint": {"serviceName": "scdemo-client"},
    "tags": {"http.method": "POST", "http.path": "/user/getUserServer"}
}, {
    "traceId": "8cafeeba762c479e",
    "id": "8cafeeba762c479e",
    "kind": "SERVER",
    "name": "get /user/getuser",
    "timestamp": 1623828578361068,
    "duration": 893538,
    "localEndpoint": {"serviceName": "scdemo-client"},
    "remoteEndpoint": {"ipv6": "::1", "port": 65247},
    "tags": {
        "http.method": "GET",
        "http.path": "/user/getUser",
        "mvc.controller.class": "UserController",
        "mvc.controller.method": "getUser"
    }
}, {
    "traceId": "8cafeeba762c479e",
    "parentId": "b5809e988d9b47f8",
    "id": "872ba1f271335796",
    "kind": "CLIENT",
    "name": "select",
    "timestamp": 1623828579160625,
    "duration": 16508,
    "localEndpoint": {"serviceName": "scdemo-server"},
    "remoteEndpoint": {"serviceName": "mydb", "ipv4": "10.40.94.232", "port": 3306},
    "tags": {"sql.query": "select now()"}
}, {
    "traceId": "8cafeeba762c479e",
    "parentId": "b5809e988d9b47f8",
    "id": "26f5a8fb4cfacdfc",
    "kind": "CLIENT",
    "name": "select",
    "timestamp": 1623828579198865,
    "duration": 5071,
    "localEndpoint": {"serviceName": "scdemo-server"},
    "remoteEndpoint": {"serviceName": "mydb", "ipv4": "10.40.94.232", "port": 3306},
    "tags": {"sql.query": "select version()"}
}, {
    "traceId": "8cafeeba762c479e",
    "parentId": "c149cb2af458c95d",
    "id": "b5809e988d9b47f8",
    "kind": "SERVER",
    "name": "post /user/getuserserver",
    "timestamp": 1623828578523548,
    "duration": 709280,
    "localEndpoint": {"serviceName": "scdemo-server"},
    "remoteEndpoint": {"ipv4": "10.49.196.1", "port": 65248},
    "tags": {
        "http.method": "POST",
        "http.path": "/user/getUserServer",
        "mvc.controller.class": "UserController",
        "mvc.controller.method": "getUser"
    },
    "shared": true
}]

traceId 一次请求全局只有一个traceId。用来在海量的请求中找到同一链路的几次请求。比如servlet服务器接收到用户请求，调用dubbo服务，然后将结果返回给用户，整条链路只有一个traceId。开始于用户请求，结束于用户收到结果。
id 即spanId，一个链路中每次请求都会有一个spanId。例如一次rpc，一次sql都会有一个单独的spanId从属于traceId。
parentId 当前 Span 的父 Span id，通过 parentId 来确定 Span 之间的依赖关系，如果没有 parentId，表示当前 Span 为根 Span。
timestamp Span 创建时的时间戳，单位是微秒
duration 本次请求的持续时间，单位是微秒
annotations 用于记录请求的开始和结束：

cs Clent Sent 客户端发起请求的时间。
cr Client Receive 客户端收到处理完请求的时间。
ss Server Receive 服务端处理完逻辑的时间。
sr Server Receive 服务端收到调用端请求的时间。

sr - cs = 请求在网络上的耗时
ss - sr = 服务端处理请求的耗时
cr - ss = 回应在网络上的耗时
cr - cs = 一次调用的整体耗时

4、Zipkin 工作过程

当发起一次调用时，Zipkin 的客户端会在入口处为整条调用链路生成一个全局唯一的 trace id，并为这条链路中的每一次分布式调用生成一个 span id。span 与 span 之间可以有父子嵌套关系，代表分布式调用中的上下游关系。span 和 span 之间可以是兄弟关系，代表当前调用下的两次子调用。一个 trace 由一组 span 组成，可以看成是由 trace 为根节点，span 为若干个子节点的一棵树。
Zipkin 会将 trace 相关的信息在调用链路上传递，并在每个调用边界结束时异步的把当前调用的耗时信息上报给 Zipkin Server。Zipkin Server 在收到 trace 信息后，将其存储起来。随后 Zipkin 的 Web UI 会通过 API 访问的方式从存储中将 trace 信息提取出来分析并展示。

5、Zipkin 效果展示

Zipkin 可以查看一次请求的整个链路的调用情况：

也可以查看各模块之间的依赖情况：

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