服务化改造实践（三）

随着业务的发展，应用的规模不断的扩大，传统的应用架构无法满足诉求，服务化架构改造势在必行，以 Dubbo 为代表的分布式服务框架成为了服务化改造架构中的基石。随着微服务理念逐渐被大众接受，应用进一步向更细粒度拆分，并且，不同的应用由不同的开发团队独立负责，整个分布式系统变得十分复杂。没有人能够清晰及时的知道当前系统整体的依赖关系。当出现问题时，也无法及时知道具体是链路上的哪个环节出了问题。

在这个背景下，Google 发表了 Dapper 的论文，描述了如何通过一个分布式追踪系统解决上述问题。基于该论文，各大互联网公司实现并部署了自己的分布式追踪系统，其中比较出名的有阿里巴巴的 EagleEye。本文中提到的 Zipkin 是 Twitter 公司开源的分布式追踪系统。下面会详细介绍如何在 Dubbo 中使用 Zipkin 来实现分布式追踪。

Zipkin 简介

Zipkin 是基于 Dapper 论文实现，由 Twitter 开源的分布式追踪系统，通过收集分布式服务执行时间的信息来达到追踪服务调用链路、以及分析服务执行延迟等目的。

Zipkin 架构

Collector 收集器、Storage 存储、API、UI 用户界面等几部分构成了 Zipkin Server 部分，对应于 GitHub 上 openzipkin/zipkin 这个项目。而收集应用中调用的耗时信息并将其上报的组件与应用共生，并拥有各个语言的实现版本，其中 Java 的实现是 GitHub 上 openzipkin/brave。除了 Java 客户端实现之外，openzipkin 还提供了许多其他语言的实现，其中包括了 go、php、JavaScript、.net、ruby 等，具体列表可以参阅 Zipkin 的 Exiting instrumentations。

Zipkin 的工作过程

当用户发起一次调用时，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。

Span 由调用边界来分隔，在 Zipkin 中，调用边界由以下四个 annotation 来表示：

cs - Clent Sent 客户端发送了请求
sr - Server Receive 服务端接受到请求
ss - Server Send 服务端处理完毕，向客户端发送回应
cr - Client Receive 客户端收到结果

显然，通过这四个 annotation 上的时间戳，可以轻易的知道一次完整的调用在不同阶段的耗时，比如：

sr - cs 代表了请求在网络上的耗时
ss - sr 代表了服务端处理请求的耗时
cr - ss 代表了回应在网络上的耗时
cr - cs 代表了一次调用的整体耗时

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，Zipkin 支持的存储类型有 inMemory、MySql、Cassandra、以及 ElasticsSearch 几种方式。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，如下图所示：

在 Dubbo 中使用

由于 Brave 对 Dubbo 已经主动做了支持，在 Dubbo 中集成基于 Zipkin 的链路追踪变的十分简单。下面会按照 Brave 中关于 Dubbo RPC 支持的指引来说明如何在 Dubbo 中使用 Zipkin。

安装 Zipkin Server

按照 Zipkin 官方文档中的快速开始来安装 Zipkin，如下所示：

$ curl -sSL https://zipkin.io/quickstart.sh | bash -s
$ java -jar zipkin.jar

按照这种方式安装的 Zipkin Server 使用的存储类型是 inMemory 的。当服务器停机之后，所有收集到的 trace 信息会丢失，不适用于生产系统。如果在生产系统中使用，需要配置另外的存储类型。Zipkin 支持 MySql、Cassandra、和 ElasticSearch。推荐使用 Cassandra 和 ElasticSearch，相关的配置请自行查阅官方文档。

本文为了演示方便，使用的存储是 inMemory 类型。成功启动之后，可以在终端看到如下的提示：

$ java -jar zipkin.jar
Picked up JAVA_TOOL_OPTIONS: -Djava.awt.headless=true**********        ***            ***            ****            ****          ****        **********************                          **********                           ****                                 **************************************************************************************                           ****                                 *******                          *************      **     *****     ** **       **     **   ****       **     **  *     ***         **     **** ****        **     *****     ****        **     **  *********     **     **        **  **      **     **   **:: Powered by Spring Boot ::         (v2.0.5.RELEASE)...o.s.b.w.e.u.UndertowServletWebServer     : Undertow started on port(s) 9411 (http) with context path ''
2018-10-10 18:40:31.605  INFO 21072 --- [           main] z.s.ZipkinServer                         : Started ZipkinServer in 6.835 seconds (JVM running for 8.35)

然后在浏览器中访问 http://localhost:9411 验证 WEB 界面。

配置 Maven 依赖

引入 Brave 依赖

新建一个新的 Java 工程，并在 pom.xml 中引入 Brave 相关的依赖如下：

    <properties><brave.version>5.4.2</brave.version><zipkin-reporter.version>2.7.9</zipkin-reporter.version></properties><dependencyManagement><dependencies><!-- 引入 zipkin brave 的 BOM 文件 --><dependency><groupId>io.zipkin.brave</groupId><artifactId>brave-bom</artifactId><version>${brave.version}</version><type>pom</type><scope>import</scope></dependency><!-- 引入 zipkin repoter 的 BOM 文件 --><dependency><groupId>io.zipkin.reporter2</groupId><artifactId>zipkin-reporter-bom</artifactId><version>${zipkin-reporter.version}</version><type>pom</type><scope>import</scope></dependency></dependencies></dependencyManagement><dependencies><!-- 1. brave 对 dubbo 的集成 --><dependency><groupId>io.zipkin.brave</groupId><artifactId>brave-instrumentation-dubbo-rpc</artifactId></dependency><!-- 2. brave 的 spring bean 支持 --><dependency><groupId>io.zipkin.brave</groupId><artifactId>brave-spring-beans</artifactId></dependency><!-- 3. 在 SLF4J 的 MDC (Mapped Diagnostic Context) 中支持 traceId 和 spanId --><dependency><groupId>io.zipkin.brave</groupId><artifactId>brave-context-slf4j</artifactId></dependency><!-- 4. 使用 okhttp3 作为 reporter --><dependency><groupId>io.zipkin.reporter2</groupId><artifactId>zipkin-sender-okhttp3</artifactId></dependency></dependencies>

其中：

引入 brave-instrumentation-dubbo-rpc，brave 对 dubbo 的支持：https://github.com/openzipkin/brave/blob/master/instrumentation/dubbo-rpc/README.md
引入 brave-spring-beans，brave 对 spring bean 的支持：https://github.com/openzipkin/brave/blob/master/spring-beans/README.md
引入 brave-context-slf4j，brave 对 SLF4J 的支持，可以在 MDC 中使用 traceId 和 spanId：https://github.com/openzipkin/brave/blob/master/context/slf4j/README.md
引入 zipkin-sender-okhttp3，使用 okhttp3 上报数据：https://github.com/openzipkin/zipkin-reporter-java

引入 Dubbo 相关依赖

Dubbo 相关的依赖是 Dubbo 本身以及 Zookeeper 客户端，在下面的例子中，我们将会使用独立的 Zookeeper Server 作为服务发现。

    <dependencies><!-- 1. Zookeeper 客户端依赖 --><dependency><groupId>org.apache.curator</groupId><artifactId>curator-framework</artifactId><version>2.12.0</version><exclusions><exclusion><groupId>io.netty</groupId><artifactId>netty</artifactId></exclusion></exclusions></dependency><!-- 2. Dubbo 依赖 --><dependency><groupId>com.alibaba</groupId><artifactId>dubbo</artifactId><version>2.6.2</version></dependency></dependencies>

其中：

Dubbo 这里依赖独立的 Zookeeper Server 做服务发现，这里使用的客户端是 Curator
引入 Dubbo 框架的依赖，原则上 2.6 的任何版本都是工作的，这里使用的是 2.6.2 版本

实现

我们这里构造的场景是一个有两个节点的服务依赖链，也就是，当一个 Dubbo 客户端调用服务 A 时，服务 A 将会继续调用服务 B。在这个例子中，服务 A 是 greeting service，它所依赖的下游服务服务 B 是 hello service。

定义服务接口

为此需要事先定义两个服务接口 GreetingService 以及 HelloService

com.alibaba.dubbo.samples.api.GreetingService

package com.alibaba.dubbo.samples.api;public interface GreetingService {String greeting(String message);
}

com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService

package com.alibaba.dubbo.samples.api;public interface HelloService {String hello(String message);
}

实现服务接口

为了区分对待，所有和 HelloService 相关的实现代码都放在 hello 子包下，同理 GreetingService 相关的放在 greeting 子包下。

实现 com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService

package com.alibaba.dubbo.samples.service.hello;import com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService;import java.util.Random;public class HelloServiceImpl implements HelloService {@Overridepublic String hello(String message) {try {// 通过 sleep 模拟业务逻辑处理时间Thread.sleep(new Random(System.currentTimeMillis()).nextInt(1000));} catch (InterruptedException e) {// no op}return "hello, " + message;}
}

实现 com.alibaba.dubbo.samples.api.GreetingService
```
package com.alibaba.dubbo.samples.service.greeting;import com.alibaba.dubbo.samples.api.GreetingService;
import com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService;import java.util.Random;public class GreetingServiceImpl implements GreetingService {// 下游依赖服务，运行时靠 spring 容器注入 HelloService 的服务代理private HelloService helloService;public void setHelloService(HelloService helloService) {this.helloService = helloService;}@Overridepublic String greeting(String message) {try {// 通过 sleep 模拟业务逻辑处理时间Thread.sleep(new Random(System.currentTimeMillis()).nextInt(1000));} catch (InterruptedException e) {// no op}return "greeting, " + helloService.hello(message);}
}
```
这里需要注意的是，GreetingServiceImpl 的实现中声明了一个类型是 HelloService 的成员变量，并在 greeting 方法中，执行完自己逻辑之后又调用了 HelloService 上的 hello 方法。这里的 helloService 的实现将会在运行态由外部注入，注入的不是 HelloServiceImpl 的实现，而是 HelloService 的远程调用代理。通过这样的方式，完成了在一个 Dubbo 服务中继续调用另一个远程 Dubbo 服务的目的。从链路追踪的角度来说，客户端调用 GreetingService 是一个 span，GreetingService 调用 HelloService 是另一个 span，并且两者有父子关系，同属于一个 trace，也就是属于同一条调用链路。

另外，在 GreetingServiceImpl 和 HelloServiceImpl 的实现中，通过 Thread.sleep 来模拟了处理业务逻辑的耗时，以便在 Zipkin UI 上更好的展示。

配置

为了专注在展示如何使用 Zipkin 这一点上，本文在配置和编程模型上没有采用更多的高级技术，而是使用了最传统的 Spring XML 的配置方式，帮助读者理解。更高级的通过 annotation 甚至 spring boot 的方式，读者可以自行查阅 Dubbo 和 Zipkin 相关的文档。

暴露 HelloService 服务

在 resouces/spring/hello-service.xml 中增加以下的配置来将 HelloServiceImpl 暴露成一个 Dubbo 服务：

使用了本地启动的 Zookeeper Server 作为注册中心，地址为默认值 zookeeper://127.0.0.1:2181
用 Dubbo 原生服务在端口 20880 上暴露服务
将 HelloServiceImpl 注册成 id 是 helloService 的 Spring Bean，这样就可以在后续的 <dubbo:service> 中引用到这个实现类
通过 <dubbo:service> 将 HelloServiceImpl 暴露成 Dubbo 服务

    <!-- 定义 HelloService 的应用名 --><dubbo:application name="hello-service-provider"/><!-- 指定注册中心地址 --><dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"/><!-- 使用 Dubbo 原生协议在 20880 端口上暴露服务 --><dubbo:protocol name="dubbo" port="20880"/><!-- 将 HelloServiceImpl 的实现声明成一个 spring bean --><bean id="helloService" class="com.alibaba.dubbo.samples.service.hello.HelloServiceImpl"/><!-- 将 HelloServiceImpl 声明成一个 Dubbo 服务 --><dubbo:service interface="com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService" ref="helloService"/>

增加 Zipkin 相关的配置

在 resources/spring/hello-service.xml 中增加 Zipkin 相关的配置：

修改 dubbo 服务暴露的配置，添加 Zipkin 的 tracing filter 到 Dubbo 的 filter chain 中
按照 https://github.com/openzipkin/brave/blob/master/spring-beans/README.md 来配置 Zipkin 的 sender 和 tracing 的 spring bean

    <!-- 1. 修改 dubbo 服务暴露配置，在 filter chain 中增加 zipkin 的 tracing 过滤器 --><dubbo:service interface="com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService" ref="helloService" filter="tracing"/><!-- 2. zipkin 相关的配置 --><!-- 使用 OKHttp 来发送 trace 信息到 Zipkin Server。这里的 Zipkin Server 启动在本地 --><bean id="sender" class="zipkin2.reporter.beans.OkHttpSenderFactoryBean"><property name="endpoint" value="http://localhost:9411/api/v2/spans"/></bean><bean id="tracing" class="brave.spring.beans.TracingFactoryBean"><property name="localServiceName" value="hello-service"/><property name="spanReporter"><bean class="zipkin2.reporter.beans.AsyncReporterFactoryBean"><property name="sender" ref="sender"/><!-- wait up to half a second for any in-flight spans on close --><property name="closeTimeout" value="500"/></bean></property><property name="currentTraceContext"><bean class="brave.spring.beans.CurrentTraceContextFactoryBean"><property name="scopeDecorators"><bean class="brave.context.slf4j.MDCScopeDecorator" factory-method="create"/></property></bean></property></bean>

增加 HelloService 的启动类

在 com.alibaba.dubbo.samples.service.hello.Application 中通过 ClassPathXmlApplicationContext 读取刚才配置的 spring/hello-service.xml 来初始化一个 spring context 并启动

package com.alibaba.dubbo.samples.service.hello;import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;import java.io.IOException;public class Application {public static void main(String[] args) throws IOException {ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring/hello-service.xml");context.start();System.out.println("Hello service started");// press any key to exitSystem.in.read();}
}

暴露 GreetingService 服务，并使用 Zipkin

在 resources/spring/greeting-service.xml 中配置 GreetingService。相关步骤与 HelloService 类似，不再赘述，重点关注如何在 GreetingService 中配置下游服务的依赖。完整的 XML 配置如下：

<beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xmlns:dubbo="http://dubbo.apache.org/schema/dubbo"xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsdhttp://dubbo.apache.org/schema/dubbo http://dubbo.apache.org/schema/dubbo/dubbo.xsd"><!-- 1. 定义 GreetingService 的应用名 --><dubbo:application name="greeting-service-provider"/><!-- 2. 指定注册中心地址 --><dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"/><!-- 3. 使用 Dubbo 原生协议在 20881 端口上暴露服务 --><dubbo:protocol name="dubbo" port="20881"/><!-- 4. 声明 HelloService 的远程代理，并在 Dubbo 的 filter chain 中增加 tracing filter --><dubbo:reference id="helloService" check="false" interface="com.alibaba.dubbo.samples.api.HelloService" filter="tracing"/><!-- 5. 将 GreetingServiceImpl 的实现声明成一个 spring bean，并将 HelloService 的远程代理装配进去 --><bean id="greetingService" class="com.alibaba.dubbo.samples.service.greeting.GreetingServiceImpl"><property name="helloService" ref="helloService"/></bean><!-- 6. 将 GreetingServiceImpl 声明成一个 Dubbo 服务，并在 Dubbo 的 filter chain 中增加 tracing filter --><dubbo:service interface="com.alibaba.dubbo.samples.api.GreetingService" ref="greetingService" filter="tracing"/><!-- 7. zipkin 相关的配置 --><bean id="sender" class="zipkin2.reporter.beans.OkHttpSenderFactoryBean"><property name="endpoint" value="http://localhost:9411/api/v2/spans"/></bean><bean id="tracing" class="brave.spring.beans.TracingFactoryBean"><property name="localServiceName" value="greeting-service"/><property name="spanReporter"><bean class="zipkin2.reporter.beans.AsyncReporterFactoryBean"><property name="sender" ref="sender"/><!-- wait up to half a second for any in-flight spans on close --><property name="closeTimeout" value="500"/></bean></property><property name="currentTraceContext"><bean class="brave.spring.beans.CurrentTraceContextFactoryBean"><property name="scopeDecorators"><bean class="brave.context.slf4j.MDCScopeDecorator" factory-method="create"/></property></bean></property></bean>
</beans>

这里的配置与上面的 HelloService 类似，需要重点关注的有两点：

第 3 步中注意服务需要暴露在不同的端口上，否则会和 HelloService 冲突，本例中选择的是 20881 这个端口
通过第 4 步先声明 HelloService 的远程代理，然后在第 5 步中将其组装给 GreetingService 来完成服务上下游依赖的声明

增加 GreeeingService 的启动类，与 HelloService 类似，通过 spring/greeting-service.xml 的配置来初始化一个新的 spring context 来完成。

   package com.alibaba.dubbo.samples.service.greeting;import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;import java.io.IOException;public class Application {public static void main(String[] args) throws IOException {ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring/greeting-service.xml");context.start();System.out.println("Greeting service started");// press any key to exitSystem.in.read();}}

实现客户端

通过 resources/spring/client.xml 初始化一个 spring context，从其中获取 GreetingService 的远程代理，发起远程调用。

package com.alibaba.dubbo.samples.client;import com.alibaba.dubbo.samples.api.GreetingService;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;public class Application {public static void main(String[] args) {ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring/client.xml");context.start();// 获取远程代理并发起调用GreetingService greetingService = (GreetingService) context.getBean("greetingService");System.out.println(greetingService.greeting("world"));}
}

resource/spring/client.xml 中的配置与 Dubbo 服务的配置类似，主要是配置远程代理，以及配置 Zipkin

<beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xmlns:dubbo="http://dubbo.apache.org/schema/dubbo"xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsdhttp://dubbo.apache.org/schema/dubbo http://dubbo.apache.org/schema/dubbo/dubbo.xsd"><!-- 1. 定义 dubbo 客户端的应用名 --><dubbo:application name="dubbo-client"/><!-- 2. 指定注册中心地址 --><dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181"/><!-- 3. 声明 GreetingService 的远程代理，并在 Dubbo 的 filter chain 中增加 tracing filter --><dubbo:reference id="greetingService" check="false" interface="com.alibaba.dubbo.samples.api.GreetingService" filter="tracing"/><!-- 4. zipkin 相关的配置 --><bean id="sender" class="zipkin2.reporter.beans.OkHttpSenderFactoryBean"><property name="endpoint" value="http://localhost:9411/api/v2/spans"/></bean><bean id="tracing" class="brave.spring.beans.TracingFactoryBean"><property name="localServiceName" value="client"/><property name="spanReporter"><bean class="zipkin2.reporter.beans.AsyncReporterFactoryBean"><property name="sender" ref="sender"/><!-- wait up to half a second for any in-flight spans on close --><property name="closeTimeout" value="500"/></bean></property><property name="currentTraceContext"><bean class="brave.spring.beans.CurrentTraceContextFactoryBean"><property name="scopeDecorators"><bean class="brave.context.slf4j.MDCScopeDecorator" factory-method="create"/></property></bean></property></bean>
</beans>

完成之后的工程的目录结构如下：

运行

现在让我们把整个链路运行起来，看看 Zipkin 链路追踪的效果。

启动 Zookeeper Server

执行以下命令在本地启动一个 Zookeeper Server，如果没有安装，请自行从 ZooKeeper 官网下载：

$ zkServer start

启动 Zipkin Server

执行以下命令在本地启动一个 Zipkin Server：

$ curl -sSL https://zipkin.io/quickstart.sh | bash -s
$ java -jar zipkin.jar

启动 HelloService

使用下面的命令启动 HelloService，当然也可以直接在 IDE 中启动：

$ mvn exec:java -Dexec.mainClass=com.alibaba.dubbo.samples.service.hello.Application

启动成功后应该可以在终端上看到 “Hello service started” 的字样。

启动 GreetingService

使用下面的命令启动 GreetingService，当然也可以直接在 IDE 中启动：

$ mvn exec:java -Dexec.mainClass=com.alibaba.dubbo.samples.service.greeting.Application

启动成功后应该可以在终端上看到 “Greeting service started” 的字样。

运行 Dubbo 客户端

使用下面的命令运行 Dubbo 客户端向 GreetingService 发起远程调用，当然也可以直接在 IDE 中运行：

$ mvn exec:java -Dexec.mainClass=com.alibaba.dubbo.samples.client.Application

执行成功后，客户端会在终端上输出 “greeting, hello, world”。

链路追踪

打开浏览器访问 "http://localhost:9411" 并通过 "Find Traces" 按钮来搜索，可以找到刚刚调用的链路追踪，效果如下图所示：

还可以进一步的选择每一个 span 来查看本次调用边界内的详情，比如，hello-service 这个 span 的详情如下：

总结

本文介绍了链路追踪的基本概念以及 Zipkin 的基本用法，然后用 Dubbo 构建了一条最简单的调用链路，并引入了 Zipkin 做全链路追踪。由于 Zipkin 对 Dubbo 做了很好的支持，整个集成的过程还是十分简单明了的。

Zipkin 对 Dubbo 的支持是构建在 Dubbo 的 filter 扩展机制上的，有兴趣的读者可以通过 https://github.com/openzipkin/brave/blob/master/instrumentation/dubbo-rpc/src/main/java/brave/dubbo/rpc/TracingFilter.java 了解其实现细节。

本文中涉及的例子可以从 https://github.com/dubbo/dubbo-samples 中的 "dubbo-samples-zipkin" 子模块中获取。另外，spring-cloud-sleth 2.0 中开始正式支持 Dubbo，相关的文章和例子后续计划提供。

原文链接
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