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在 Spring Boot 中配置 OpenTelemetry

1、概览 {#1概览}

在本教程中,我们将学习如何在 Spring Boot 应用中整合 OpenTelemetry 。以及如何配置 OpenTelemetry 来追踪请求链路,并将其发送到中央系统以监控请求。

2、OpenTelemetry 简介 {#2opentelemetry-简介}

OpenTelemetry(Otel)是一组标准化的工具(与供应商无关)、API 和 SDK。它是一个 CNCF 孵化项目,是 OpenTracing 和 OpenCensus 项目的合并产物。

OpenTracing 用于向可观测性后端发送 telemetry(遥测)数据。OpenCensus 项目提供了一套特定于语言的库,开发人员可以用它来检测自己的代码,并将其发送到任何受支持的后端。Otel 使用与其前身项目相同的 trace 和 span 概念来表示微服务间的请求链路。

OpenTelemetry 允许我们检测、生成和收集 telemetry 数据,这有助于分析应用程序的行为或性能。telemetry 数据包括日志、指标和链路跟踪。

使用 Otel SDK,我们可以轻松地覆盖或添加更多属性到链路跟踪中。

让我们通过一个例子来深入了解一下。

3、示例应用 {#3示例应用}

假设我们需要构建两个微服务,其中一个服务与另一个服务交互。

3.1、Maven 依赖 {#31maven-依赖}

首先,我们将创建 Spring Boot Web 项目,并在两个应用中包含以下 Spring 和 OpenTelemetry 依赖项:

spring-cloud-starter-sleuthspring-cloud-sleuth-otel-autoconfigureopentelemetry-exporter-otlp 将自动捕获链路跟踪并导出到任何支持的 collector。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-sleuth</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-sleuth-brave</artifactId>
        </exclusion>
   </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-sleuth-otel-autoconfigure</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.opentelemetry</groupId>
    <artifactId>opentelemetry-exporter-otlp</artifactId>
    <version>1.23.1</version>
</dependency>

注意,我们排除了 Spring Cloud Brave 依赖,以替换默认的追踪实现为 OpenTelemetry。

此外,我们需要包含 Spring Dependency Management BOM 来管理 Spring Cloud Sleuth 的依赖版本。

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-dependencies</artifactId>
            <version>2021.0.5</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-sleuth-otel-dependencies</artifactId>
            <version>1.1.2</version>
            <scope>import</scope>
            <type>pom</type>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>

3.2、实现下游应用 {#32实现下游应用}

我们的下游应用有一个端点来返回价格数据。

首先,为 Price 类建模:

public class Price {
    private long productId;
    private double priceAmount;
    private double discount;
}

接下来,实现获取价格的端点 PriceController

@RestController(value = "/price")
public class PriceController {

    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(PriceController.class);

    @Autowired
    private PriceRepository priceRepository;

    @GetMapping(path = "/{id}")
    public Price getPrice(@PathVariable("id") long productId) {
        LOGGER.info("Getting Price details for Product Id {}", productId);
        return priceRepository.getPrice(productId);
    }
}

然后,在 PriceRepository 中实现 getPrice 方法:

public Price getPrice(Long productId){
    LOGGER.info("Getting Price from Price Repo With Product Id {}", productId);
    if(!priceMap.containsKey(productId)){
        LOGGER.error("Price Not Found for Product Id {}", productId);
        throw new PriceNotFoundException("Price Not Found");
    }
    return priceMap.get(productId);
}

3.3、实现上游应用 {#33实现上游应用}

上游应用有一个获取 Product 详细信息的端点,并与上述获 "取价格端点" 通信。

首先,让我们实现 Product 类:

public class Product {
    private long id;
    private String name;
    private Price price;
}

然后,让我们实现 ProductController 类,并为其添加一个用于获取产品的端点:

@RestController
public class ProductController {

    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(ProductController.class);

    @Autowired
    private PriceClient priceClient;

    @Autowired
    private ProductRepository productRepository;

    @GetMapping(path = "/product/{id}")
    public Product getProductDetails(@PathVariable("id") long productId){
        LOGGER.info("Getting Product and Price Details with Product Id {}", productId);
        Product product = productRepository.getProduct(productId);
        product.setPrice(priceClient.getPrice(productId));
        return product;
    }
}

接下来,在 ProductRepository 中实现 getProduct 方法:

public Product getProduct(Long productId){
    LOGGER.info("Getting Product from Product Repo With Product Id {}", productId);
    if(!productMap.containsKey(productId)){
        LOGGER.error("Product Not Found for Product Id {}", productId);
        throw new ProductNotFoundException("Product Not Found");
    }
    return productMap.get(productId);
}

最后,在 PriceClient 中实现 getPrice 方法:

public Price getPrice(@PathVariable("id") long productId){
    LOGGER.info("Fetching Price Details With Product Id {}", productId);
    String url = String.format("%s/price/%d", baseUrl, productId);
    ResponseEntity<Price> price = restTemplate.getForEntity(url, Price.class);
    return price.getBody();
}

4、在 Spring Boot 中配置 OpenTelemetry {#4在-spring-boot-中配置-opentelemetry}

OpenTelemetry 提供了一种称为 Otel collector 的 collector,用于处理 telemetry 数据并将其导出到任何可观察性后端,如 JaegerPrometheus 等。

使用一些简单 Spring Sleuth 配置,就能将链路追踪导出到 Otel collector。

4.1、配置 Spring Sleuth {#41配置-spring-sleuth}

application.properties 中加入 Spring Sleuth 配置:

spring.sleuth.otel.config.trace-id-ratio-based=1.0
spring.sleuth.otel.exporter.otlp.endpoint=http://collector:4317

trace-id-ratio-based 属性定义了收集 span 的采样率。数值 1.0 表示将导出所有 span。

4.2、配置 OpenTelemetry Collector {#42配置-opentelemetry-collector}

Otel collector 是 OpenTelemetry 链路追踪的引擎。它由 receiver、processor 和 exporter 组件组成。还有一个可选的扩展组件,可帮助进行健康检查、服务发现或数据转发。扩展组件不涉及 telemetry 数据的处理。

为了快速启动 Otel 服务,我们将使用监听 14250 端口的 Jaeger 后端端点。

otel-config.yml 中配置 Otel pipeline stage:

receivers:
  otlp:
    protocols:
      grpc:
      http:

processors:
  batch:

exporters:
  logging:
    loglevel: debug
  jaeger:
    endpoint: jaeger-service:14250
    tls:
      insecure: true

service:
  pipelines:
    traces:
      receivers:  [ otlp ]
      processors: [ batch ]
      exporters:  [ logging, jaeger ]

注意,上述 rocessors 配置为可选配置,默认情况下不启用。processors batch 选项有助于更好地压缩数据,减少传输数据所需的外发连接数。

此外,receiver 配置了 GRPCHTTP 协议。

5、运行应用 {#5运行应用}

现在,我们将配置并运行整个设置、应用程序和 Otel collector。

5.1、在应用中配置 Dockerfile {#51在应用中配置-dockerfile}

为 Product Service 实现 Dockerfile

FROM adoptopenjdk/openjdk11:alpine
 target/spring-cloud-open-telemetry1-1.0.0-SNAPSHOT.jar spring-cloud-open-telemetry.jar
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["java","-jar","/spring-cloud-open-telemetry.jar"]

Price Service 的 Dockerfile 基本相同。

5.2、使用 Docker Compose 配置服务 {#52使用-docker-compose-配置服务}

现在,让我们把整个设置配置到 docker-compose.yml

version: "4.0"

services:
  product-service:
    build: spring-cloud-open-telemetry1/
    ports:
      - "8080:8080"

  price-service:
    build: spring-cloud-open-telemetry2/
    ports:
      - "8081"

  collector:
    image: otel/opentelemetry-collector:0.72.0
    command: [ "--config=/etc/otel-collector-config.yml" ]
    volumes:
      - ./otel-config.yml:/etc/otel-collector-config.yml
    ports:
      - "4317:4317"
    depends_on:
      - jaeger-service

  jaeger-service:
    image: jaegertracing/all-in-one:latest
    ports:
      - "16686:16686"
      - "14250"

现在,通过 docker-compose 运行这些服务:

$ docker-compose up

5.3、验证正在运行的 Docker 服务 {#53验证正在运行的-docker-服务}

除了 product-serviceprice-service,我们还在整个设置中添加了 collector-servicejaeger-service。collector 服务反过来依靠 jaeger-service 端点将链路跟踪数据导出到 Jaeger 后端。

对于 jaeger-service,我们使用的是 jaegertracing/all-in-one 镜像,其中包括后台和 UI 组件。

使用 docker container 命令来验证服务的状态:

$ docker container ls --format "table {{.ID}}\t{{.Names}}\t{{.Status}}\t{{.Ports}}"
CONTAINER ID   NAMES                                           STATUS         PORTS
7b874b9ee2e6   spring-cloud-open-telemetry-collector-1         Up 5 minutes   0.0.0.0:4317->4317/tcp, 55678-55679/tcp
29ed09779f98   spring-cloud-open-telemetry-jaeger-service-1    Up 5 minutes   5775/udp, 5778/tcp, 6831-6832/udp, 14268/tcp, 0.0.0.0:16686->16686/tcp, 0.0.0.0:61686->14250/tcp
75bfbf6d3551   spring-cloud-open-telemetry-product-service-1   Up 5 minutes   0.0.0.0:8080->8080/tcp, 8081/tcp
d2ca1457b5ab   spring-cloud-open-telemetry-price-service-1     Up 5 minutes   0.0.0.0:61687->8081/tcp

6、监控 Collector 中的链路追踪 {#6监控-collector-中的链路追踪}

像 Jaeger 这样的 telemetry collector 工具提供了前端应用来监控请求。我们可以实时或稍后查看请求的链路跟踪。

让我们在请求成功和失败时监控这些追踪。

6.1、请求成功时监控链路追踪 {#61请求成功时监控链路追踪}

首先,调用 Product 端点 http://localhost:8080/product/100003

该请求将显示一些日志:

spring-cloud-open-telemetry-price-service-1 | 2023-01-06 19:03:03.985 INFO [price-service,825dad4a4a308e6f7c97171daf29041a,346a0590f545bbcf] 1 --- [nio-8081-exec-1] c.b.opentelemetry.PriceRepository : Getting Price from Price With Product Id 100003
spring-cloud-open-telemetry-product-service-1 | 2023-01-06 19:03:04.432 INFO [,825dad4a4a308e6f7c97171daf29041a,fb9c54565b028eb8] 1 --- [nio-8080-exec-1] c.b.opentelemetry.ProductRepository : Getting Product from Product Repo With Product Id 100003
spring-cloud-open-telemetry-collector-1 | Trace ID : 825dad4a4a308e6f7c97171daf29041a

Spring Sleuth 会自动配置 ProductService,将链路 trace id 附加到当前线程,并作为 HTTP Header 附加到下游 API 调用。PriceService 也会自动在线程上下文和日志中包含相同的 trace id。Otel service 将使用此 trace id 来确定跨服务的请求链路。

不出所料,上述 Trace id ... f29041aPriceServiceProductService 日志中都是一样的。

让我们在 Jaeger UI (16686 端口)中查看整个请求跨度时间线:

Jaegar UI 界面

上图显示了请求链的时间线,并包含表示请求的元数据。

6.2、请求失败时监控链路追踪 {#62请求失败时监控链路追踪}

假设下游服务抛出异常,导致请求失败。我们再次使用相同的 UI 来分析根本原因。

让我们调用 Product 端点 /product/100005 调用来测试上述情况,此时下游应用中不存在此 Product

现在,让我们查看失败的请求跨度:

Jaegar UI 界面

如上图所示,我们可以追溯到请求的最后一次 API 调用,错误就发生在这里。

7、总结 {#7总结}

在本文中,我们了解了 OpenTelemetry 如何帮助微服务实现可观察性模式的标准化。

我们还通过一个示例了解了如何在 Spring Boot 应用中整合 OpenTelemetry,以及如何配置 OpenTelemetry 来追踪请求链路。


参考:https://www.baeldung.com/spring-boot-opentelemetry-setup

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