go-kit微服务：服务链路追踪

链路追踪

现代互联网服务通常是使用复杂的、大规模的分布式系统来实现的。这些应用程序往往是由大量的软件模块构建的，而且这些软件模块可能由不同的团队开发，可能使用不同的编程语言，并且可以跨多个物理设施跨越数千台机器。在这种环境中，帮助理解系统行为和性能问题推理的工具是非常宝贵的。

微服务架构是一个分布式架构，实际开发中，我们按照业务要求划分服务单元，一套系统往往会由多个业务单元构成。在这个场景中，一个请求可能需要经历多个业务单元的处理才能完成响应，如果出现了错误或异常，很难定位。

为了解决这个问题，谷歌开源了分布式链路追踪组件Drapper，并发表论文《Dapper, a Large-Scale Distributed Systems Tracing Infrastructure》介绍了Drapper的设计思想。在该论文的影响下，Twitter设计、研发并开源了分布式链路追踪系统Zipkin。

Zipkin

Zipkin是一个分布式跟踪系统，它可以帮助收集时间数据，以此解决在微服务架构下的延迟问题。它同时提供了分布式系统时间数据的收集和查询功能。Zipkin的架构如下图所示：

通过架构图可知，Zipkin由Collector、Storage、API、UI共4个组件构成，Reporter由应用系统提供并收集数据，其工作原理大概如下：

在应用程序中嵌入追踪器（Tracer），它使用Span记录应用程序动作的时间和元数据信息；
Reporter把Span发送至Zipkin的数据收集器Collector；
Collector通过Storage组件把数据存储至数据库；
UI组件通过API接口查询追踪数据并显示；

Zipkin通过Trace结构表示对一次请求的跟踪，一次请求由若干服务处理，每个服务生成一个Span，同一请求的Span之间存在关联关系，在UI组件中以树形式展示。Span的主要数据模型如下所示：

字段	类型	说明
traceId	string	随机生成，用于唯一标识一个追踪信息，所有的span都包含此信息。
name	string	span的名称，可使用method命名，在UI组件中显示
parentId	string	父级span的编号，若为空，则表示为根span
id	string	span的编号
timestamp	integer	span创建的时间
duration	integer	span持续时间
annotations	Annotation	关联一个事件，用时间戳解释延迟信息
tags	Tags	span的标签，用于搜索、显示和分析

Zipkin官方已经推出各种常见语言的支持，如C#、go、Java、JavaScript、Ruby、Scala、PHP，另外社区也贡献了Python、C/C++、Lua等语言的支持。

实战演练

Step-0：准备工作

本文将延续“go-kit微服务系列”，使用go-kit集成Zipkin实现算术运算服务的链路追踪，这里将包含两个部分：

在网关gateway中增加链路追踪采集逻辑，同时在反向代理中增加追踪设置。
在算术运算服务的传输层和Endpoint层增加链路追踪采集逻辑。

go-kit在tracing包中默认添加了zipkin的支持，所以集成工作将会比较轻松。在开始之前，需要下载以下依赖：

# zipkin官方库
go get github.com/openzipkin/zipkin-go

# 下面三个包都是依赖，按需下载
git clone https://github.com/googleapis/googleapis.git [your GOPATH]/src/google.golang.org/genproto

git clone https://github.com/grpc/grpc-go.git [your GOPATH]/src/google.golang.org/grpc

git clone https://github.com/golang/text.git [your GOPATH]/src/golang.org/text
复制代码

本次演练使用arithmetic_consul_demo中的gateway和register两个服务，复制该目录并重命名为arithmetic_trace_demo，删除discover。

Step-1：Docker启动Zipkin

打开文件docker/docker-compose.yml，在consul的基础上增加zipkin配置信息（使用官方推荐的openzipkin/zipkin），最终内容如下所示：

version: '2'

services:
  consul:
    image: progrium/consul:latest
    ports:
      - 8400:8400
      - 8500:8500
      - 8600:53/udp
    hostname: consulserver
    command: -server -bootstrap -ui-dir /ui

  zipkin:
    image: openzipkin/zipkin
    ports:
      - 9411:9411
复制代码

打开终端切换至docker目录，执行以下命令，启动consul和zipkin。

sudo docker-compose up
复制代码

启动成功后，打开浏览器输入http://localhost:9411检查是否启动成功。

Step-2：修改gateway

gateway将作为链路追踪的第一站和最后一站，我们需要截获到达gateway的所有请求，记录追踪信息。gateway作为外部请求的服务端，同时作为算术运算服务的客户端（反向代理内部实现）。

创建追踪器

结合Zipkin的架构图，需要在应用程序中集成Reporter组件，我们使用官方提供的go包。代码如下（默认设置了zipkin的url）：

// 创建环境变量
var (
	// consul环境变量省略
	zipkinURL  = flag.String("zipkin.url", "http://192.168.192.146:9411/api/v2/spans", "Zipkin server url")
	)
flag.Parse()

var zipkinTracer *zipkin.Tracer
{
	var (
		err           error
		hostPort      = "localhost:9090"
		serviceName   = "gateway-service"
		useNoopTracer = (*zipkinURL == "")
		reporter      = zipkinhttp.NewReporter(*zipkinURL)
	)
	defer reporter.Close()
	zEP, _ := zipkin.NewEndpoint(serviceName, hostPort)
	zipkinTracer, err = zipkin.NewTracer(
		reporter, zipkin.WithLocalEndpoint(zEP), zipkin.WithNoopTracer(useNoopTracer),
	)
	if err != nil {
		logger.Log("err", err)
		os.Exit(1)
	}
	if !useNoopTracer {
		logger.Log("tracer", "Zipkin", "type", "Native", "URL", *zipkinURL)
	}
}
复制代码

为所有请求增加链路追踪

我们使用的传输方式为http，可以使用zipkin-go提供的middleware/http包，它采用装饰者模式把我们的http.Handler进行封装，然后启动监听即可，代码如下所示：

//创建反向代理
proxy := NewReverseProxy(consulClient, zipkinTracer, logger)

tags := map[string]string{
	"component": "gateway_server",
}

handler := zipkinhttpsvr.NewServerMiddleware(
	zipkinTracer,
	zipkinhttpsvr.SpanName("gateway"),
	zipkinhttpsvr.TagResponseSize(true),
	zipkinhttpsvr.ServerTags(tags),
)(proxy)
复制代码

反向代理设置

gateway接收请求后，会创建一个span，其中的traceId将作为本次请求的唯一编号，gateway必须把这个traceId“告诉”算术运算服务，算术运算服务才能为该请求持续记录追踪信息。

在ReverseProxy中能够完成这一任务的就是Transport，我们可以使用zipkin-go的middleware/http包提供的NewTransport替换系统默认的http.DefaultTransport。代码如下所示：

// NewReverseProxy 创建反向代理处理方法
func NewReverseProxy(client *api.Client, zikkinTracer *zipkin.Tracer, logger log.Logger) *httputil.ReverseProxy {

	//创建Director
	director := func(req *http.Request) {
        //省略
	}

	// 为反向代理增加追踪逻辑，使用如下RoundTrip代替默认Transport
	roundTrip, _ := zipkinhttpsvr.NewTransport(zikkinTracer, zipkinhttpsvr.TransportTrace(true))

	return &httputil.ReverseProxy{
		Director:  director,
		Transport: roundTrip,
	}
}
复制代码

这一步很关键！若不设置，会导致整个链路追踪不完整。为了解决这个问题，花费了不少时间，最后还是通过zipkin-go的README解开了疑惑。

完成以上过程，就可以编译运行了。

Step-3：修改算术服务

创建追踪器

这一步与gateway的处理方式一样，不再描述。

追踪Endpoint

go-kit提供了对zipkin-go的封装，可直接调用中间件TraceEndpoint对算术运算服务的两个Endpoint进行设置。代码如下：

endpoint := MakeArithmeticEndpoint(svc)
endpoint = NewTokenBucketLimitterWithBuildIn(ratebucket)(endpoint)
//添加追踪，设置span的名称为calculate-endpoint
endpoint = kitzipkin.TraceEndpoint(zipkinTracer, "calculate-endpoint")(endpoint)

//创建健康检查的Endpoint
healthEndpoint := MakeHealthCheckEndpoint(svc)
healthEndpoint = NewTokenBucketLimitterWithBuildIn(ratebucket)(healthEndpoint)
//添加追踪，设置span的名称为health-endpoint
healthEndpoint = kitzipkin.TraceEndpoint(zipkinTracer, "health-endpoint")(healthEndpoint)
复制代码

追踪Transport

修改transports.go的MakeHttpHandler方法。增加参数zipkinTracer，然后在ServerOption中设置追踪参数。代码如下：

// MakeHttpHandler make http handler use mux
func MakeHttpHandler(ctx context.Context, endpoints ArithmeticEndpoints, zipkinTracer *gozipkin.Tracer, logger log.Logger) http.Handler {
	r := mux.NewRouter()

	zipkinServer := zipkin.HTTPServerTrace(zipkinTracer, zipkin.Name("http-transport"))

	options := []kithttp.ServerOption{
		kithttp.ServerErrorLogger(logger),
		kithttp.ServerErrorEncoder(kithttp.DefaultErrorEncoder),
		zipkinServer,
	}

	//省略代码

	return r
}
复制代码

在main.go中调用MakeHttpHandler。

//创建http.Handler
r := MakeHttpHandler(ctx, endpts, zipkinTracer, logger)
复制代码

至此，所有的代码修改工作已经完成，下一步就是启动测试了。

Step-4：运行&测试

确保Consul、Zipkin、gateway、register四个服务已经正常运行，然后使用Postman进行请求测试（与之前类似，为了方便查看数据，可多点几次）。

在浏览器中打开http://localhost:9411，点击“Find Traces”按钮，即可看到如下界面。详细显示了每个请求执行的时间、span的数量、途径的服务名称等信息。

打开第一个请求，进入该请求的链路追踪界面，如下图所示。

上半部分显示：，该请求的执行时间为10.970毫秒、途径的服务为2个、链路深度为3、span数量为3。
下半部分显示：以树形方式显示span，直观展示每个span的途径服务、执行时间、span名称等信息。

通过该界面，我们可以知道请求链路中比较耗时的环节为gateway-service。原因是：每次请求过来，程序都要到Consul中查询服务实例，动态创建服务地址。

另外，点击树形结构的每个span，可以查看span的描述信息，这里不再展开描述。

总结

本文使用go-kit的tracing组件和zipkin-go包，为网关服务和算术运算服务增加了链路追踪功能，以实例方式演示了在go-kit中集成Zipkin的方式。示例比较简单，希望对你有用！

本文参考

本文首发于本人微信公众号【兮一昂吧】，欢迎扫码关注！