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作为一款工程化完备的开发框架,GoFrame实现了标准化的分布式链路跟踪 Distributed Tracing 特性,通过GoFrame开发框架开发者可以非常简便地使用Tracing特性。

一、OpenTelemetry

分布式链路跟踪( Distributed Tracing )的概念最早是由Google提出来的,发展至今技术已经比较成熟,也是有一些协议标准可以参考。目前在Tracing技术这块比较有影响力的是两大开源技术框架:Netflix公司开源的OpenTracingGoogle开源的OpenCensus。两大框架都拥有比较高的开发者群体。为形成统一的技术标准,两大框架最终磨合成立了OpenTelemetry项目,简称otel。具体可以参考:

  1. OpenTracing介绍
  2. OpenTelemetry介绍

因此,我们的Tracing技术方案以OpenTelemetry为实施标准,协议标准的一些Golang实现开源项目:

  1. https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-go
  2. https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-go-contrib

其他第三方的框架和系统(如Jaeger/Prometheus/Grafana等)也会按照标准化的规范来对接OpenTelemetry,使得系统的开发和维护成本大大降低。

二、重要概念

我们先看看OpenTelemetry的架构图,我们这里不会完整介绍,只会介绍其中大家常用的几个概念。关于OpenTelemetry的内部技术架构设计介绍,可以参考 OpenTelemetry架构 ,关于语义约定请参考:https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-specification/blob/main/specification/trace/api.md

TracerProvider

主要负责创建Tracer,一般是需要第三方的分布式链路跟踪管理平台提供具体的实现。默认情况是一个空的TracerProvider (NoopTracerProvider),虽然也能创建Tracer但是内部其实不会执行具体的数据流传输逻辑。举个例子,假如使用jaeger,往往是这么来初始化并注入jaegerTracerProvider

// InitJaeger initializes and registers jaeger to global TracerProvider.
//
// The output parameter `flush` is used for waiting exported trace spans to be uploaded,
// which is useful if your program is ending and you do not want to lose recent spans.
func InitJaeger(serviceName, endpoint string) (flush func(), err error) {
	var endpointOption jaeger.EndpointOption
	if strings.HasPrefix(endpoint, "http") {
		// HTTP.
		endpointOption = jaeger.WithCollectorEndpoint(endpoint)
	} else {
		// UDP.
		endpointOption = jaeger.WithAgentEndpoint(endpoint)
	}
	return jaeger.InstallNewPipeline(
		endpointOption,
		jaeger.WithProcess(jaeger.Process{
			ServiceName: serviceName,
		}),
		jaeger.WithSDK(&trace.Config{
			DefaultSampler: trace.AlwaysSample(),
		}),
	)
}

Tracer

Tracer表示一次完整的追踪链路,tracer由一个或多个span组成。下图示例表示了一个由8span组成的tracer:

        [Span A]  ←←←(the root span)
            |
     +------+------+
     |             |
 [Span B]      [Span C] ←←←(Span C is a `ChildOf` Span A)
     |             |
 [Span D]      +---+-------+
               |           |
           [Span E]    [Span F] >>> [Span G] >>> [Span H]
                                       ↑
                                       ↑
                                       ↑
                         (Span G `FollowsFrom` Span F)

时间轴的展现方式会更容易理解:

––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–––––––|–> time

 [Span A···················································]
   [Span B··············································]
      [Span D··········································]
    [Span C········································]
         [Span E·······]        [Span F··] [Span G··] [Span H··]

我们通常通过以下方式创建一个Tracer

otel.Tracer(tracerName)
// 或者
otel.GetTracerProvider().Tracer(tracerName)
// 或者
gtrace.NewTracer(tracerName)

Span

Span是一条追踪链路中的基本组成要素,一个span表示一个独立的工作单元,比如可以表示一次函数调用,一次http请求等等。span会记录如下基本要素:

  • 服务名称(operation name
  • 服务的开始时间和结束时间
  • K/V形式的Tags
  • K/V形式的Logs
  • SpanContext

Span是这么多对象中使用频率最高的,因此创建Span也非常简便,例如:

otel.Tracer().Start(ctx, spanName, opts ...)
// 或者
otel.Tracer(tracerName).Start(ctx, spanName, opts ...)
// 或者
gtrace.NewSpan(ctx, spanName, opts...)

Attributes

AttributesK/V键值对的形式保存用户自定义标签,主要用于链路追踪结果的查询过滤。例如:  http.method="GET",http.status_code=200。其中key值必须为字符串,value必须是字符串,布尔型或者数值型。  span中的Attributes仅自己可见,不会随着  SpanContext传递给后续span。 设置Attributes方式例如:

span.SetAttributes(
	label.String("http.remote", conn.RemoteAddr().String()),
	label.String("http.local", conn.LocalAddr().String()),
)

Events

EventsAttributes类似,也是K/V键值对形式。与Attributes不同的是,Events还会记录写入Events的时间,因此Events主要用于记录某些事件发生的时间。Eventskey值同样必须为字符串,但对value类型则没有限制。例如:

span.AddEvent("http.request", trace.WithAttributes(
	label.Any("http.request.header", headers),
	label.Any("http.request.baggage", gtrace.GetBaggageMap(ctx)),
	label.String("http.request.body", bodyContent),
))

SpanContext

SpanContext携带着一些用于跨服务通信的(跨进程)数据,主要包含:

  • 足够在系统中标识该span的信息,比如:span_id, trace_id
  • Baggage - 为整条追踪连保存跨服务(跨进程)的K/V格式的用户自定义数据。Baggage Attributes 类似,也是 K/V 键值对。与 Attributes 不同的是:
    • keyvalue都只能是字符串格式
    • Baggage不仅当前span可见,其会随着SpanContext传递给后续所有的子span。要小心谨慎的使用Baggage - 因为在所有的span中传递这些K,V会带来不小的网络和CPU开销。

Propagator

Propagator传播器用于端对端的数据编码/解码,例如:ClientServer端的数据传输,TraceIdSpanIdBaggage也是需要通过传播器来管理数据传输。业务端开发者往往对Propagator无感知,只有中间件/拦截器的开发者需要知道它的作用。OpenTelemetry的标准协议实现库提供了常用的TextMapPropagator,用于常见的文本数据端到端传输。此外,为保证TextMapPropagator中的传输数据兼容性,不应当带有特殊字符,具体请参考:https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-specification/blob/main/specification/context/api-propagators.md

GoFrame框架通过gtrace模块使用了以下传播器对象,并全局设置到了OpenTelemetry中:

// defaultTextMapPropagator is the default propagator for context propagation between peers.
defaultTextMapPropagator = propagation.NewCompositeTextMapPropagator(
	propagation.TraceContext{},
	propagation.Baggage{},
)

三、支持组件

Tracing的实施属于架构层面的事情,仅仅靠修改一两个组件是无法成效的,而是必须在统一开发框架前提下,需要一整套框架联动的事情。在GoFrame开发框架层面,对接的是OpenTelemetryGo API接口,由于OpenTelemetryGo API只是标准协议的接口层,并无具体的业务逻辑实现,因此在没有实例化注入具体的TracerProvider的情况下,不会对执行性能造成影响。GoFrame大部分组件会自动检测是否开启Tracing,没有开启Tracing特性的情况下组件什么都不会做。部分组件需要开发者手动注入Tracing拦截器来启用Tracing特性(如HTTP/gRPC请求拦截器)。

Http Client

HTTP客户端通过提供可选择的拦截器的形式注入和启用Tracing特性。

该特性需要HTTP客户端拦截器功能支持,拦截器定义:

// MiddlewareClientTracing is a client middleware that enables tracing feature using standards of OpenTelemetry.
func MiddlewareClientTracing(c *Client, r *http.Request) (*ClientResponse, error)

使用方式,通过Use方法设置客户端拦截器即可:

client := g.Client().Use(ghttp.MiddlewareClientTracing)

具体使用示例请参考后续示例章节。

开发者也可以给HTTP Client定义和注入自定义的Tracing拦截器哦。

Http Server

HTTP服务端通过提供可选择的拦截器/中间件的形式注入和启用Tracing特性。

拦截器定义:

// MiddlewareServerTracing is a serer middleware that enables tracing feature using standards of OpenTelemetry.
func MiddlewareServerTracing(r *Request)

使用方式,通过Use方法设置服务端中间件即可:

s := g.Server()
s.Group("/", func(group *ghttp.RouterGroup) {
    group.Middleware(ghttp.MiddlewareServerTracing)
    // ...
})

具体使用示例请参考后续示例章节。

开发者也可以给HTTP Server定义和注入自定义的Tracing拦截器哦。

gRPC Client

gRPC客户端通过提供可选择的拦截器的形式注入。支持UnaryStream两种通信类型。该特性是由Katyusha微服务框架实现,通过手动添加以下gRPC拦截器启用客户端的Tracing特性。

// UnaryTracing is an unary interceptor for adding tracing feature for gRPC client using OpenTelemetry.
func (c *krpcClient) UnaryTracing(ctx context.Context, method string, req, reply interface{}, cc *grpc.ClientConn, invoker grpc.UnaryInvoker, opts ...grpc.CallOption) error

// StreamTracing is a stream interceptor for adding tracing feature for gRPC client using OpenTelemetry.
func (c *krpcClient) StreamTracing(ctx context.Context, desc *grpc.StreamDesc, cc *grpc.ClientConn, method string, streamer grpc.Streamer,	callOpts ...grpc.CallOption) (grpc.ClientStream, error)

使用示例:

grpcClientOptions := make([]grpc.DialOption, 0)
grpcClientOptions = append(
	grpcClientOptions,
	grpc.WithInsecure(),
	grpc.WithBlock(),
	grpc.WithChainUnaryInterceptor(
		krpc.Client.UnaryTracing,
	),
)

conn, err := grpc.Dial(":8000", grpcClientOptions...)
// ...

gRPC Server

gRPC服务端通过提供可选择的拦截器的形式注入。支持UnaryStream两种通信类型。该特性是由Katyusha微服务框架实现,通过手动添加以下gRPC拦截器启用服务端的Tracing特性。

// UnaryTracing is an unary interceptor for adding tracing feature for gRPC server using OpenTelemetry.
func (s *krpcServer) UnaryTracing(ctx context.Context, req interface{}, info *grpc.UnaryServerInfo, handler grpc.UnaryHandler) (interface{}, error) 

// StreamTracing is a stream unary interceptor for adding tracing feature for gRPC server using OpenTelemetry.
func (s *krpcServer) StreamTracing(srv interface{}, ss grpc.ServerStream, info *grpc.StreamServerInfo, handler grpc.StreamHandler) error 

使用示例:

s := grpc.NewServer(
	grpc.ChainUnaryInterceptor(
		krpc.Server.UnaryTracing,
	),
)

Logging

日志内容中需要注入当前请求的TraceId,以方便通过日志快速查找定位问题点。组件可以自动识别当前请求链路是否开启Tracing特性,有则自动启动自身Tracing特性,并将TraceId自动读取出来输出到内容中;没有则忽略,什么也不会做。该特性是由glog组件实现,这需要开发者在输出日志的时候调用Ctx链式操作方法将context.Context上下文变量传递到当前输出日志操作链路中,没有传递context.Context上下文变量,就会丢失日志内容中的TraceId

Orm

数据库的执行是很重要的链路环节,Orm组件需要将自身的执行情况投递到链路中,作为执行链路的一部分。组件可以自动识别当前请求链路是否开启Tracing特性,有则自动启动自身Tracing特性,没有则忽略。

Redis

Redis的执行也是很重要的链路环节,Redis需要将自身的执行情况投递到链路中,作为执行链路的一部分。组件可以自动识别当前请求链路是否开启Tracing特性,有则自动启动自身Tracing特性,没有则忽略。

Utils

对于Tracing特性的管理需要做一定的封装,主要考虑的是可扩展性和易用性两方面。该封装由gtrace模块实现,文档地址:https://godoc.org/github.com/gogf/gf/net/gtrace

四、使用示例

五、参考资料





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