Skywalking鏈路追蹤深度解析

一、Skywalking鏈路追蹤概述

Skywalking是一款全面的分散式系統監控解決方案，它能夠監控Spring、Dubbo、Spring Cloud、gRPC、.NET Core等多種服務類型，可以完全覆蓋不同複雜程度的分散式應用程序。在Skywalking中，鏈路追蹤是非常核心的一部分，通過鏈路追蹤可以詳細了解服務調用的每個節點、延遲和調用關係，有助於排查故障和優化性能。

二、Skywalking鏈路追蹤原理

Skywalking採用的是追蹤點的方式來實現鏈路追蹤，它在分散式應用程序的關鍵節點上埋入了追蹤點，通過在服務調用時請求追蹤點去生成Span（各個服務向追蹤點發送的請求和響應），同時在每個Span中嵌入Trace（整個追蹤的根節點）。這樣，就可以構建出完整的調用鏈路，包含每個服務的調用情況和調用耗時。

Trace
└── Span(服務A)
    ├── Span(服務B)
    │   ├── Span(服務C)
    │   └── Span(服務D)
    ├── Span(服務C)
    └── Span(服務D)

三、Skywalking鏈路追蹤實踐

1、通過Skywalking進行服務調用鏈路追蹤

首先，需要在應用程序（Java應用）中添加Skywalking的Agent依賴，並配置統一的Agent Server地址。然後，在需要進行鏈路追蹤的代碼中添加Skywalking提供的Tracing API。

import org.apache.skywalking.apm.toolkit.trace.Trace;

public class ServiceA {
    @Trace
    public void callServiceB() {
        ...
    }
}

2、Skywalking鏈路追蹤中的Tag和Log

除了默認的Span信息和Metrics信息外，Skywalking還支持自定義添加Tag和Log信息，這是非常有用的一種方式，可以在業務代碼中打出一定的標記，方便後續排查問題。

添加Tag信息

Tracer tracer = TracingContextManager.get().getTracer();
tracer.tag("key", "value");

添加Log信息

Tracer tracer = TracingContextManager.get().getTracer();
tracer.log("log message");

3、通過Skywalking實現服務調用性能優化

Skywalking可以通過支持的多種插件來獲取更多的性能數據，比如資料庫連接池插件、Redis插件等。通過不同的插件，可以深入到底層，了解應用程序的性能瓶頸，從而進行調優。

四、Skywalking鏈路追蹤中的常見問題及解決方案

1、Skywalking無法追蹤到Web請求

解決方案：需要在應用程序中添加Skywalking針對Web請求的Filter，以保證能夠追蹤Web請求。

import org.apache.skywalking.apm.toolkit.trace.TraceCrossThread;

public class WebRequestFilter implements Filter {
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        TracingContext tracingContext = TracingContextManager.getContext();
        if (tracingContext == null) {
            return;
        }
        Tracer tracer = tracingContext.getTracer();
        TraceCrossThread traceCrossThread = tracer.buildSpan("HttpRequest").startActive().get().traceCrossThread();
        try {
            traceCrossThread.setCarrier((key, value) -> {
                response.setHeader(key, value);
            });
            chain.doFilter(request, response);
        } finally {
            traceCrossThread.finish();
        }
    }
}

2、Skywalking鏈路追蹤信息不完整

解決方案：需要在應用程序中添加Skywalking的全部插件進行深度監控，以保證鏈路追蹤信息的完整性。

五、Skywalking鏈路追蹤實戰演練

在本節內容中，我們將演示如何通過Skywalking追蹤Spring Cloud應用程序的調用鏈路，並使用Tag和Log記錄關鍵點信息。

演示項目介紹

此次演示使用的是Spring Cloud官方提供的"Dalston.SR2"版本，該版本包含了Eureka、Feign等基本組件，以及兩個微服務"service1"和"service2"。

演示步驟

1、下載並啟動Skywalking Server

通過官網下載最新的Skywalking Server，並啟動。

./bin/startup.sh

2、修改服務端配置（service1和service2）

修改bootstrap.yml文件，添加Skywalking Agent配置。

skywalking:
  agent:
    service_name: service1
    collector_address: localhost:11800
  trace:
    segment:
      enable: true

3、添加Skywalking Agent依賴

在服務1和服務2的pom.xml文件中，添加Skywalking Agent依賴，以及所需的Spring Cloud組件。

<dependency>
    <groupId>org.apache.skywalking</groupId>
    <artifactId>apm-toolkit-trace</artifactId>
    <version>8.0.0</version>
    <scope>compile</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-feign</artifactId>
</dependency>

4、編寫Service API

在服務1和服務2中，編寫出一套簡單的Service API。

@RequestMapping("/service1")
public interface Service1Api {
    @GetMapping("/call")
    String call();
}

@RequestMapping("/service2")
public interface Service2Api {
    @GetMapping("/call")
    String call();
}

5、編寫Feign Client

在服務1中，編寫出對服務2的Feign Client，實現調用Service2的邏輯。

@FeignClient(name = "service2")
public interface Service2Client {
    @GetMapping("/service2/call")
    String call();
} 

6、編寫調用邏輯代碼

在服務1中，編寫出調用Service2的邏輯代碼。

@RestController
public class Service1Controller implements Service1Api {
    @Autowired
    private Service2Client service2Client;
    @Autowired
    private Tracer tracer;
    @Override
    public String call() {
        Span span = tracer.buildSpan("Service1.call").start();
        try (Scope scope = tracer.scopeManager().activate(span, false)) {
            return service2Client.call();
        } finally {
            span.finish();
        }
    }
}

7、啟動Eureka Server、Service1和Service2

分別啟動Eureka Server、Service1和Service2。

java -jar eureka-server.jar
java -jar service1.jar
java -jar service2.jar

8、訪問Service1並查看結果

訪問"http://localhost:8081/service1/call"，並在Skywalking控制台中查看調用鏈路和Tag、Log信息。

六、總結

通過本文的介紹，我們了解了Skywalking鏈路追蹤的概念和原理，學會了如何在實踐中使用Skywalking進行鏈路追蹤，並掌握了如何通過Skywalking完善的插件和Tag/Log功能，來進行性能優化和問題排查。