深入了解OpenTracing分布式追踪技术

发布时间：2023-05-20

一、OpenTracing简介

OpenTracing是一个由云原生计算基金会（CNCF）维护的跨语言的追踪标准。它提供了一套标准跟踪规范，使得跨多个组件、多个进程、多个主机的分布式系统的调用关系可视化。 通过OpenTracing可以将分布式系统中每一个操作的耗时、请求的参数、响应结果、错误信息等都进行精细化的记录和监控，从而可以更加快速、准确地定位和解决分布式系统中的问题。 OpenTracing的核心API非常简单，只提供了几个基本的追踪接口。除此之外，它可以支持许多各种语言和框架的插件，如Java、Go、Python、Ruby等。在使用上，OpenTracing通常需要搭配一些特定的Instrumentation或是框架 Support来使用。

二、OpenTracing API

OpenTracing定义了大量的接口方法，其中最基本的有以下几个：

  1. startSpan：创建一个Span对象实例
  2. inject：把当前Span实例写入到carrier对象中，如HTTP headers、RPC envelopes等
  3. extract：根据提供的carrier对象，重新生成一个Span实例
  4. setActiveSpan：在一个线程或请求上下文中设置活动的Span实例
  5. getActiveSpan：获取当前活动的Span实例
  6. close：结束某一个Span实例的追踪
    以下是Java代码的样例：
// 定义一个追踪器
Tracer tracer = ...
// 假设tracer支持createChildTracer方法
Span childSpan = tracer.createChildTracer("child-operation")
                      .start();
try (Scope childScope = tracer.withSpan(childSpan)) {
  // 业务逻辑
  doSomeWork();
  childSpan.setTag("message", "hello, world!");
  childSpan.finish();
} catch (RuntimeException ex) {
  childSpan.setTag("error", true);
  childSpan.log(Collections.singletonMap("event", "error"));
  throw ex;
}

上述代码中，以tracer.createChildTracer("child-operation").start()的方式来创建一个子追踪器，Scope则可以让Span的上下文在执行作用域内保持一致。业务逻辑执行完成后，通过childSpan.setTag("message", "hello, world!")来为跟踪器添加自定义的标签。最后一定不要忘记调用childSpan.finish()来关闭追踪。

三、OpenTracing实用案例

在分布式系统中，我们经常会遇到调用链过长、错误难以定位、请求性能低下等问题。使用OpenTracing可以越过进程、主机甚至数据中心的边界对系统进行完整性的分析和监控。 以下是一个将Spring with OpenTracing的集成例子：

@Bean
public Tracer tracer(Sampler sampler) {
  TracingConfiguration tracingConfig = TracingConfiguration.builder()
          .withSampler(sampler)
          .withReporter(reporter)
          .build();
  return OpenTracingConfiguration.create(tracingConfig);
}
@Bean
public SpanAccessor getSpanAccessor(Tracer tracer) {
  return new SpanAccessor(tracer);
}
@Controller
@RequestMapping("/greeting")
public class GreetingController {
  private final GreetingService greetingService;
  private final SpanAccessor spanAccessor;
  public GreetingController(GreetingService greetingService, SpanAccessor spanAccessor) {
    this.greetingService = greetingService;
    this.spanAccessor = spanAccessor;
  }
  @GetMapping("/hello")
  public ResponseEntity<String> hello(@RequestParam(value = "name") String name) {
    Span greetingSpan = spanAccessor.getSpan();
    greetingSpan.setBaggageItem("user", name);
    greetingService.greet();
    return ResponseEntity.ok("hello, " + name);
  }
}

上述代码中，创建了一个tracer的Bean，然后定义了控制器GreetingController，在hello接口返回前通过SpanAccessor获取span实例，并为其设置了baggage信息和在greeting method中使用了Trace等AOP的注解以启动跟踪。

四、OpenTracing性能考量

OpenTracing在分布式追踪中有着很广泛的应用，也是商业化的APM工具常用的一个开源标准之一。但是由于实时的数据采集和传输不可避免，会对系统性能造成一定的影响，因此我们在使用时需要注意以下几点：

  1. 选择采样率：在不损失过多数据完整性的前提下，我们可以对数据进行截留或是丢弃。一般情况下需要根据业务负载、数据容量等来设置合适的采样率，避免数据压力过多。
  2. 数据发送优化：传统的同步的追踪方式会增加额外的I/O延迟，因此可以选择异步发送或者采用并行的数据传输技术来优化。同时，可以通过压缩数据、合并请求等方式来减少数据传输次数。
  3. 避免过度记录：OpenTracing记录的所有信息都会占用额外的资源，因此不应该记录过多的信息。在记录时应该优先选择关键的信息，如请求参数、响应结果、处理时间等。

五、总结

本文介绍了OpenTracing的定义和基本API，包括Span、Scope、Tracer等API的使用。同时，我们还介绍了OpenTracing在分布式追踪中的实用案例，以及在性能考虑时需要注意的地方。 通过OpenTracing，我们可以轻松地找到和追踪请求的调用链、性能瓶颈以及错误根源。最终可以提高关键业务应用的可靠性和性能，提升用户体验。

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