Spring Boot 监控模块 Actuator，让你实时了解项目的运行状态和性能瓶颈_actuator/metrics

Spring Boot Actuator 是 Spring Boot 自带的一个功能模块，提供了一组已经开箱即用的生产环境下常用的特性和服务，比如应用程序的健康检查、信息暴露、度量收集、日志记录等。在实际项目中，Actuator 可以帮助我们快速了解应用程序的运行状态和性能瓶颈。

1. Actuator 的入门及配置

1.1 安装和使用 Actuator

我们可以通过 Maven 或 Gradle 将 Actuator 添加到我们的 Spring Boot 应用程序中。Maven 的依赖如下：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>
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Gradle 的依赖如下：

implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-actuator'
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添加依赖后，我们只需要启动我们的应用程序即可开始使用 Actuator。默认情况下，Actuator 会向应用程序暴露以下 URI：

• /actuator/auditevents：显示当前配置的审核事件信息
• /actuator/beans：显示应用程序中所有 Bean 的完整名称列表
• /actuator/conditions：显示自动配置类及其应用情况的信息
• /actuator/configprops：显示所有 Spring Boot 配置文件及其对应值的详细信息
• /actuator/env：显示应用程序当前环境变量和属性的详细信息
• /actuator/flyway：显示 Flyway 数据库迁移信息的详细信息
• /actuator/health：显示应用程序的健康状况
• /actuator/info：显示应用程序相关信息
• /actuator/mappings：显示 Spring MVC 控制器映射的详细信息
• /actuator/metrics：显示各种 JVM 指标、计数器和度量数据的详细信息
• /actuator/prometheus：将指标暴露为 Prometheus 格式，以便在 Grafana 或其他监控系统中使用
• /actuator/scheduledtasks：显示应用程序中所有调度任务的详细信息
• /actuator/sessions：允许查看和失效会话 ID
• /actuator/shutdown：关闭应用程序（需要加入 actuator/shutdown 配置）

1.2 Actuator 的基本配置

Actuator 默认是开启的，并暴露所有端点，我们甚至可以在浏览器中直接访问上面提到的 URI。但是，在生产环境中，我们通常不希望所有端点都对外暴露。这时，我们需要对 Actuator 进行一些配置。

在 application.properties 或 application.yml 文件中添加如下配置：

# 关闭具体某个端点，格式为management.endpoint.<id>.enabled=false
management.endpoint.shutdown.enabled=true

# 开启所有端点的基础功能，格式为management.endpoints.<id>.<option-name>
management.endpoints.web.exposure.include=*
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上述配置将关闭 shutdown 端点，并开放所有端点。除了以上参量，还可以通过 management.server.port 配置 Actuator 的 HTTP 端口和 management.server.ssl 配置 SSL。

2. Actuator 的端点

Actuator 中各个端点描述如下：

2.1 /actuator/health

该端点提供有关应用程序健康状况的详细信息。通过检查数据库、缓存、消息代理等检查资源的状态，Health Indicators 能够确定应用程序是否正常运行。默认情况下，该端点显示以下信息：

{
    "status": "UP"
}
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如果应用程序是正常运行的，它会返回 UP，否则将返回 DOWN，并向用户提供有关错误的详细信息。

2.2 /actuator/info

该端点展示与应用程序相关的任何附加信息。如：版本，构建时间等。在应用程序访问时，返回一个自定义 JSON 格式的响应。可以通过在 application.yml 或 application.properties 文件中添加键值对来定制信息。

例如：

info.app.name=My Application
info.app.description=A demo application
info.app.version=1.0.0
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访问该端点，将返回如下响应：

{
    "app": {
        "description": "A demo application",
        "name": "My Application",
        "version": "1.0.0"
    }
}
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2.3 /actuator/metrics

该端点提供了可以收集和监控的度量指标的详细信息。Spring Boot 提供了一些默认的度量指标，如系统 CPU 使用率、内存使用情况、HTTP 请求延迟等。此外，Spring Boot 还支持使用 Micrometer 框架创建自定义的度量指标。

在 /actuator/metrics 端点下，有许多子路径，每个子路径中包含一些度量项。例如，我们可以查看 Tomcat 正在监听的连接数和活动线程数等：

{
    "connections": {
        "active": 13,
        "max": 1000,
        "total": 29
    },
    "threads": {
        "daemon": 7,
        "total": 22
    }
}
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2.4 /actuator/beans

该端点提供了应用程序所有 Bean 的完整列表，包括它们的相关信息。需要注意的是，Actuator 只显示由 Spring IOC 容器管理的 Bean 信息。

2.5 /actuator/env

该端点展示应用程序当前环境变量和属性的详细信息。可以使用 /actuator/env/<key> 端点获取指定 key 的值，也可以通过 POST 请求，修改或添加属性。

2.6 /actuator/mappings

该端点提供了所有 Spring MVC 控制器映射的详细信息，包括请求 URL、处理器方法、HTTP 方法等等，并按照优先级递减的顺序进行排序。例如，如下代码：

@RestController
@RequestMapping("/hello")
public class HelloController {

    @GetMapping("/world")
    public String greeting() {
        return "Hello, world!";
    }
}
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访问 /actuator/mappings ，将返回：

{
    "contexts": {
        "application": {
            "mappings": {
                "dispatcherServlets": {
                    "dispatcherServlet": {
                        "mvcHandlerMappings": {
                            "/hello": {
                                "methods": [],
                                "params": {},
                                "headers": {},
                                "consumes": [],
                                "produces": [],
                                "custom": {}
                            },
                            "/hello/world": {
                                "bean": "helloController",
                                "method": "greeting",
                                "beanType": "com.example.demo.HelloController",
                                "args": [],
                                "responseDetails": {
                                    "status": 200,
                                    "headers": {},
                                    "content": {
                                        "id": "1",
                                        "name": "Tom"
                                    }
                                },
                                "methods": [
                                    "GET"
                                ],
                                "params": {},
                                "headers": {},
                                "consumes": [],
                                "produces": [],
                                "custom": {}
                            },
                            ...
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}
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2.7 /actuator/auditevents

该端点提供了所有 Spring Boot 应用程序所执行的审核事件的详细信息，包括事件名称、类型、时间戳和调用者等。此外，还支持通过 Spring Security 的安全审核事件等。

2.8 /actuator/flyway

该端点展示 Flyway 数据库迁移信息的详细信息，包括已应用迁移的版本和状态等。

2.9 /actuator/scheduledtasks

该端点展示应用程序中所有调度任务的详细信息。

2.10 /actuator/sessions

该端点允许查看和失效会话 ID。

3. 自定义 Actuator 端点

除了使用 Actuator 默认端点之外，我们还可以根据自己的业务需求自定义 Actuator 端点。

3.1 编写自定义 Endpoints

自定义 Actuator 端点需要实现 Endpoint 接口，并重写 getId() 和 invoke() 方法。例如，以下代码实现了一个名为 MyEndpoint 的自定义端点：

@Component
public class MyEndpoint implements Endpoint<Map<String, Object>> {

    @Override
    public String getId() {
        return "my-endpoint";
    }

    @Override
    public Map<String, Object> invoke() {
        Map<String, Object> result = new HashMap<>();
        result.put("name", "My name is Actuator");
        return result;
    }
}
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3.2 暴露自定义 Endpoints

实现自定义 Endpoints 后，我们需要通过设置来公开它们。在 application.yml 中添加以下内容：

management:
  endpoints:
    web:
      exposure:
        include: my-endpoint
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这将允许我们通过访问 /actuator/my-endpoint 端点来查看自定义的端点信息。

4. Actuator 的监控和管理功能

4.1 配置度量指标

Actuator 提供了很多度量指标，但默认只包含一些 JVM 层面的指标。如果我们需要检测自己应用程序的度量指标，那么可以使用 Micrometer 库来帮助我们完成。它是一个跨度量系统和时间序列数据库的工具库，支持多种后端存储如 Prometheus、Graphite 和 InfluxDB。使用 Micrometer，我们可以在 Actuator 中创建自定义度量指标：

import io.micrometer.core.instrument.Counter;
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class CustomMetrics {

    private final MeterRegistry meterRegistry;
    private final Counter requestsCounter;

    public CustomMetrics(MeterRegistry meterRegistry) {
        this.meterRegistry = meterRegistry;
        this.requestsCounter = Counter.builder("custom_requests_counter")
                .description("A counter for counting custom requests.")
                .register(meterRegistry);
    }

    public void incrementRequests() {
        requestsCounter.increment();
    }
}
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在上述代码中，我们创建了一个名为 CustomMetrics 的类，它是一个 Spring bean，并使用 MeterRegistry 注册了一个名为 custom_requests_counter 的度量计数器。此外，还定义了一个 incrementRequests() 方法，以便我们可以在代码中增加请求计数器。我们还可以添加其他类型的指标，如 Gauge、Timer 和 DistributionSummary。

4.2 监控和管理应用程序

Actuator 还提供了一些有用的监控和管理功能，让我们可以更方便地跟踪和管理应用程序。

4.2.1 健康检查

Actuator 的 /actuator/health 端点提供了应用程序的健康状况，我们可以通过检查该端点来确定应用程序是否正常运行。如果应用程序出现故障，该端点将显示 DOWN 状态，并提供有关错误的详细信息。

4.2.2 角色和权限

Actuator 支持基于角色的访问控制，可以限制某些用户或组的访问。可以通过设置 management.endpoint.<id>.roles 属性配置端点的角色。例如，以下代码将 /actuator/shutdown 端点限制为 ADMIN 角色：

management.endpoint.shutdown.roles=ADMIN
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4.2.3 外部配置

Actuator 可以通过外部配置文件进行配置。可以在外部配置文件中设置以下键来控制 Actuator 的行为：

• management.endpoints.enabled-by-default：是否启用所有端点（默认为 true）
• management.endpoints.jmx.exposure.exclude：要排除的端点 JMX MBean 名称
• management.endpoint.<id>.enabled：指定是否启用特定端点
• management.endpoint.<id>.sensitive：指定特定端点是否包含敏感信息

4.2.4 采样周期

Actuator 还支持将某些端点的采样周期设置为非默认值，以在一定时间间隔内定期轮询信息。可以通过 management.endpoint.<id>.time-to-live 属性配置采样周期。例如，以下代码将 /actuator/metrics 端点的采样周期设置为 30 秒：

management.endpoint.metrics.time-to-live=30s
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5. Actuator 的安全保护

在生产环境中，Actuator 的安全保护非常重要。Actuator 支持基于 Spring Security 的安全保护，可以使用 Spring Security 配置来授权 Actuator 端点的访问。

5.1 添加 Spring Security 依赖

要使用 Spring Security，我们需要在项目中添加以下 Maven 依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
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5.2 配置 Spring Security

完成依赖添加后，我们需要配置 Spring Security，以保护 Actuator 端点。以下是一个简单的 Spring Security 配置示例：

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class ActuatorSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
 
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http.authorizeRequests()
            .requestMatchers(EndpointRequest.to("health", "info")).permitAll()
            .requestMatchers(EndpointRequest.toAnyEndpoint()).hasRole("ACTUATOR")
            .and().httpBasic();
    }
}
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在上述代码中，我们创建了一个名为 ActuatorSecurityConfig 的 Spring Security 配置类，并配置了 /actuator/health 和 /actuator/info 端点的公开访问权限。对于其他端点，则需要用户具有 ACTUATOR 角色才能访问。此外，还启用了 HTTP 基本身份验证，以便在调用受保护的端点时要求用户进行身份验证。

5.3 添加用户和角色

完成 Spring Security 配置后，我们还需要为 Actuator 添加用户和角色。可以通过在 application.properties 或 application.yml 文件中设置以下键来配置用户名、密码和角色：

spring.security.user.name=actuator
spring.security.user.password=actuator-password
spring.security.user.roles=ACTUATOR
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在上述配置中，我们创建了一个名为 actuator、密码为 actuator-password，且拥有 ACTUATOR 角色的用户。