分布式链路追踪（概念）

分布式链路追踪（Distributed Tracing），也叫 分布式链路跟踪，分布式跟踪，分布式追踪 等等。

本文使用分布式Trace来简称分布式链路追踪。

本篇文章只是从大致的角度来阐述什么是分布式Trace，以及一个分布式Trace系统具备哪些要点和特征。

场景

先从几个场景来看为什么需要分布式Trace

场景1

开发A编写了一段代码，代码依赖了很多的接口。一个调用下去没出结果，或者超时了，Debug之后发现是接口M挂了，然后找到这个接口M的负责人B，告知B接口挂了。B拉起自己的调用和Debug环境，按照之前传过来的调用方式重新Debug了一遍自己的接口，发现NND是自己依赖的接口N挂了，然后找到接口N负责人C。C同样Debug了自己的接口（此处省略一万个‘怎么可能呢，你调用参数不对吧’），最终发现是某个空判断错误，修复bug，转告给B说我们bug修复了，B再转告给A说，是C那个傻x弄挂了，现在Ok了，你试一下。

就这样，一个上午就没了，看着手头的需求越堆越高，内心是这样

image.jpg

场景2

哪一天系统完成了开发，需要进行性能测试，发现哪些地方调用比较慢，影响了全局。A工程师拉起自己的系统，调用一遍，就汇报给老板，时间没啥问题。B工程师拉起自己的系统，调用了一遍，也没啥问题，同时将结果汇报了给老板。C工程师这时候发现自己的系统比较慢，debug发现原来是自己依赖的接口慢了，于是找到接口负责人。。balabala，和场景1一样，弄好了。老板一一把这些都记录下来，满满的一本子。哪天改了个需求，又重新来一遍，劳民伤财。

解决方案

这两种场景只是缩影，假设这时候有这样一种系统，

image.jpg

它记录了所有系统的调用和依赖，以及这些依赖之间的关系和性能。打个比方，一个网页访问了应用M，应用M又分别访问了A，B，C，D四个应用，如下面这样的结构

 

那么在这个系统中就能够看到，一个网页Request了一个应用M，花费了多少时间，请求的IP是多少，请求的网络开销是多少。应用M执行时间是多久，是否执行成功，访问A，B，C，D分别花了多少时间，是否成功，返回了什么内容，测试是否通过。 然后到下一步，A，B，C，D四个应用本次执行的时间是多久，有没有超时，调用了多少次DB，每次调用花费了多少时间。

作为示例，给出一个阿里鹰眼的trace图：

trace就犹如一张大的json表，同一层级的数据代表同一层级的应用，越往下代表是对下层某个应用的依赖。从图中可以很方便的看到每一个应用调用的名称，调用花费的时间，以及是否成功。

下面这张图是我们使用微软的application insights生成的tracing图

 

 

有些敏感数据打上了马赛克，尽请谅解。不过还是可以清晰的看到应用之间的依赖关系，有处标红来代表此次调用出现了问题。

有了这个系统，场景1和场景2中的需求就能解决吗？如果有了分布式trace，这些场景中的问题又是怎么解决呢？

对于场景1中的case，开发A发现自己的接口挂了或者比较慢，而且Debug发现并不是自己代码的错误，这时候他找到自己的这一次trace，图中就会列出来这一次trace的所有依赖和调用，以及各调用之间的关系。A发现，自己调用的链路到N接口那里就断了，并且调用N接口返回500错误，于是A直接和N接口的负责人C联系，C立马修复了错误。

在A调用出错的时候，系统自动检测出在N接口出错，系统立马生成一份错误报告发到A和C的邮箱，A拿到报告的时候就直接能够知道那个环节出错了，而C拿到报告的时候发现，A在调用我的接口，并且我的接口出错了。这就是出错的主动通知。

对于场景2，项目开发完成了，或者有新的pull request merge到主分支了，触发了自动化测试。测试下来同样生成一张链路分析图，不管是开发，测试，DBA，还是老板，很容易从里面看到哪些应用的响应速度慢了，读取DB的时间慢了，接口挂了这些参数。再也不用一个一个搜集评测报告了。加快了持续集成和持续迭代。

分布式Trace关乎到的不仅仅是开发，运维，还有测试，DBA，以及你老板的工作量。

上面的例子只是一个缩影，如果一个公司内部存在成千上万个接口调用，到时候接口负责人都找不到的时候，时间成本和沟通成本无法想象。

标准

现有的分布式Trace基本都是采用了google 的Dapper标准。

google Dapper

Dapper的思想很简单，就是在每一次调用栈中，使用同一个TraceId将不同的server联系起来。

我们使用几张Dapper的图来简单说明下

依赖

首先来一张应用依赖图

就是这样一个调用链，一个用户请求了应用A，应用A需要请求应用B和应用C，而应用C需要请求应用D和应用E。

span

Dapper首先要做的就是规定Trace的结构和基本要素，如下图：

 

 

一次单独的调用链也可以称为一个span，dapper记录的是span的名称，以及每个span的ID和父ID，以重建在一次追踪过程中不同span之间的关系，上图中一个矩形框就是一个span，前端从发出请求到收到回复就是一个span。

再细化到一个span的内部，如下图：

对于一个特定的span，记录从Start到End，首先经历了客户端发送数据，然后server接收数据，然后server执行内部逻辑，这中间可能去访问另一个应用。执行完了server将数据返回，然后客户端接收到数据。

一个span的内容就能构成Trace上面的一个基本元素，可以在这个span中埋点打上各种各样的Trace类型，比如，一般将客户端发送记录成依赖（dependency），服务端接收客户端以及回复给客户端这两个时间统一记录成请求（request），如果打上这两种，那么在运行完这个span之后，日志库中就会多出两条日志，一条是dependency的日志，一条是request的日志。

现在的Trace SDK，都可以进行配置去自动记录一些事件，比如数据库调用依赖，http调用依赖，记录上游的请求等等，也可以自己手动埋点，在需要打上记录点的地方写上记录的代码即可。

结构

Dapper中给出的是一张这样的图

 

首先各个日志收集点按照一定的采样率将日志写进数据文件，然后通过管道将这些日志文件按照一定的traceId排定输出到BigTable中去。

如果一个系统完成了上面阐述的架构，基本可以构成一个简单的Trace系统。

traceId和parentId的生成

在整个过程中，TraceId和ParentId的生成至关重要。首先解释下TraceId和ParentId。TraceId是标识这个调用链的Id，整个调用链，从浏览器开始放完，到A到B到C，一直到调用结束，所有应用在这次调用中拥有同一个TraceId，所以才能把这次调用链在一起。

既然知道了这次调用链的整个Id，那么每次查找问题的时候，只要知道某一个调用的TraceId，就能把所有这个Id的调用全部查找出来，能够清楚的知道本地调用链经过了哪些应用，产生了哪些调用。但是还缺一点，那就是链。

在java中有种数据结构叫LinkedList，还有种数据结构叫Tree，即通过父节点就能够知道子节点，或者通过子节点能够知道父节点是谁（双向链表），那么我想知道应用A调用了哪些应用，而又有哪些应用调用了应用A，单纯从TraceId里面根本看不出来，必须要指定自己的父节点才行，这就是ParentId的作用。

先来看一张常规的调用图

 

 

调用从一个浏览器发起，然后进入到微服务框架中，每一个服务都是一个独立的应用，应用之间通过RPC进行调用。

分布式trace有两个要求，1 是所有的一次调用链都采用一个traceId，2是能够记录这次调用时从哪里来的。

在这点上不同的产品有不同的实现方式。

可以想象，最简单的，就是在一开始浏览器请求的时候，定义两个字段（约定好的），比如一个叫TraceId，一个叫ParentId，放到http的header中，传递给应用A，应用A解析传递过来的字段，就知道了TraceId和ParentId，即知道了本次调用链的Id，以及上一个应用的本次节点Id，然后就打上日志：某某时间应用A收到了一条请求，TraceId是XXX，它的ParentId是XX。

这样以后在查找问题的时候，先找到这次调用链的TraceId，发现有两个应用记录了这个Id，一个是前端的浏览器端记录过，一个是应用A记录过，并且链接关系是前端访问的应用A。

传递两个参数的方式简洁易懂，这有个不好的地方，就是每次需要传递两个参数，那么有没有一种方案能够将两个Id合并为一个Id呢？可以的。不同的产品实现是不一样的。

用上面的图作一定解析，（上面的图是阿里的鹰眼使用的Trace架构），首先为第一个发起这个请求的request分配一个根id，即TraceId，就是上面图中的0，这个0就是整个Trace中的TraceId，然后应用A拿到了这个号，再在这个0后面添加上0.1和0.2分配给A所请求的应用B和C，B跟C拿到0.1和0.2之后，便可以把这个Id作为ParentId，那么应用B怎么获取TraceId呢，很简单，只要把string split一下，取第一个值就行，这里取出来就是0. 所以在设计Id组成的时候，不要把分隔符设计进去，不然就不搞混的。

业内实现

• 开源的 Open Tracing

openTracing是为了解决不同系统之间的兼容性设计的，现在也成为了各个第三方Trace系统的依赖的规范。

• Twitter的 Zipin

• 阿里 鹰眼

• 大众点评 (Cat)[https://github.com/dianping/cat]

这是开源的产品

• Microsoft Application insights

写在后面

这篇文章只是从最简单的方面去阐述分布式Trace，甚至连分布式都没有涉及。真正搭建一个分布式Trace，不仅仅需要定义结构，还需要保证日志的高可用，支持高并发和高性能。

作者：Daniel_adu
链接：https://www.jianshu.com/p/07cf4093536a
来源：简书
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。