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go-zero链路追踪

序言

微服务架构中，调用链可能很漫长，从 http 到 rpc ，又从 rpc 到 http 。而开发者想了解每个环节的调用情况及性能，最佳方案就是 全链路跟踪。

追踪的方法就是在一个请求开始时生成一个自己的 spanID ，随着整个请求链路传下去。我们则通过这个 spanID 查看整个链路的情况和性能问题。

下面来看看 go-zero 的链路实现。

代码结构

  • spancontext ：保存链路的上下文信息「traceid，spanid，或者是其他想要传递的内容」
  • span ：链路中的一个操作，存储时间和某些信息
  • propagator ： trace 传播下游的操作「抽取，注入」
  • noop ：实现了空的 tracer 实现

概念

SpanContext

在介绍 span 之前，先引入 context 。SpanContext 保存了分布式追踪的上下文信息，包括 Trace id，Span id 以及其它需要传递到下游的内容。OpenTracing 的实现需要将 SpanContext 通过某种协议 进行传递，以将不同进程中的 Span 关联到同一个 Trace 上。对于 HTTP 请求来说，SpanContext 一般是采用 HTTP header 进行传递的。

下面是 go-zero 默认实现的 spanContext

type spanContext struct {
    traceId string      // TraceID 表示tracer的全局唯一ID
    spanId  string      // SpanId 标示单个trace中某一个span的唯一ID，在trace中唯一
}

同时开发者也可以实现 SpanContext 提供的接口方法，实现自己的上下文信息传递：

type SpanContext interface {
    TraceId() string                        // get TraceId
    SpanId() string                         // get SpanId
    Visit(fn func(key, val string) bool)    // 自定义操作TraceId，SpanId
}

Span

一个 REST 调用或者数据库操作等，都可以作为一个 span 。 span 是分布式追踪的最小跟踪单位，一个 Trace 由多段 Span 组成。追踪信息包含如下信息：

type Span struct {
    ctx           spanContext       // 传递的上下文
    serviceName   string            // 服务名 
    operationName string            // 操作
    startTime     time.Time         // 开始时间戳
    flag          string            // 标记开启trace是 server 还是 client
    children      int               // 本 span fork出来的 childsnums
}

从 span 的定义结构来看：在微服务中， 这就是一个完整的子调用过程，有调用开始 startTime ，有标记自己唯一属性的上下文结构 spanContext 以及 fork 的子节点数。

实例应用

在 go-zero 中http，rpc中已经作为内置中间件集成。我们以 http ，rpc 中，看看 tracing 是怎么使用的：

HTTP

func TracingHandler(next http.Handler) http.Handler {
    return http.HandlerFunc(func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        // **1**
        carrier, err := trace.Extract(trace.HttpFormat, r.Header)
        // ErrInvalidCarrier means no trace id was set in http header
        if err != nil && err != trace.ErrInvalidCarrier {
            logx.Error(err)
        }

        // **2**
        ctx, span := trace.StartServerSpan(r.Context(), carrier, sysx.Hostname(), r.RequestURI)
        defer span.Finish()
        // **5**
        r = r.WithContext(ctx)

        next.ServeHTTP(w, r)
    })
}

func StartServerSpan(ctx context.Context, carrier Carrier, serviceName, operationName string) (
    context.Context, tracespec.Trace) {
    span := newServerSpan(carrier, serviceName, operationName)
    // **4**
    return context.WithValue(ctx, tracespec.TracingKey, span), span
}

func newServerSpan(carrier Carrier, serviceName, operationName string) tracespec.Trace {
    // **3**
    traceId := stringx.TakeWithPriority(func() string {
        if carrier != nil {
            return carrier.Get(traceIdKey)
        }
        return ""
    }, func() string {
        return stringx.RandId()
    })
    spanId := stringx.TakeWithPriority(func() string {
        if carrier != nil {
            return carrier.Get(spanIdKey)
        }
        return ""
    }, func() string {
        return initSpanId
    })

    return &Span{
        ctx: spanContext{
            traceId: traceId,
            spanId:  spanId,
        },
        serviceName:   serviceName,
        operationName: operationName,
        startTime:     timex.Time(),
        // 标记为server
        flag:          serverFlag,
    }
}
  1. 将 header -> carrier，获取 header 中的traceId等信息
  2. 开启一个新的 span，并把**「traceId，spanId」**封装在context中
  3. 从上述的 carrier「也就是header」获取traceId，spanId
    • 看header中是否设置
    • 如果没有设置，则随机生成返回
  4. 从 request 中产生新的ctx，并将相应的信息封装在 ctx 中，返回
  5. 从上述的 context，拷贝一份到当前的 request

这样就实现了 span 的信息随着 request 传递到下游服务。

RPC

在 rpc 中存在 client, server ，所以从 tracing 上也有 clientTracing, serverTracing 。 serveTracing 的逻辑基本与 http 的一致，来看看 clientTracing 是怎么使用的？

func TracingInterceptor(ctx context.Context, method string, req, reply interface{},
    cc *grpc.ClientConn, invoker grpc.UnaryInvoker, opts ...grpc.CallOption) error {
    // open clientSpan
    ctx, span := trace.StartClientSpan(ctx, cc.Target(), method)
    defer span.Finish()

    var pairs []string
    span.Visit(func(key, val string) bool {
        pairs = append(pairs, key, val)
        return true
    })
    // **3** 将 pair 中的data以map的形式加入 ctx
    ctx = metadata.AppendToOutgoingContext(ctx, pairs...)

    return invoker(ctx, method, req, reply, cc, opts...)
}

func StartClientSpan(ctx context.Context, serviceName, operationName string) (context.Context, tracespec.Trace) {
    // **1**
    if span, ok := ctx.Value(tracespec.TracingKey).(*Span); ok {
        // **2**
        return span.Fork(ctx, serviceName, operationName)
    }

    return ctx, emptyNoopSpan
}
  1. 获取上游带下来的 span 上下文信息
  2. 从获取的 span 中创建新的 ctx，span「继承父span的traceId」
  3. 将生成 span 的data加入ctx，传递到下一个中间件，流至下游

总结

go-zero 通过拦截请求获取链路traceID，然后在中间件函数入口会分配一个根Span，然后在后续操作中会分裂出子Span，每个span都有自己的具体的标识，Finsh之后就会汇集在链路追踪系统中。开发者可以通过 ELK 工具追踪 traceID ，看到整个调用链。

同时 go-zero 并没有提供整套 trace 链路方案，开发者可以封装 go-zero 已有的 span 结构，做自己的上报系统，接入 jaeger, zipkin 等链路追踪工具。

参考