调用链系列一、Zipkin架构介绍、Springboot集承（springmvc，HttpClient）调用链跟踪、Zipkin UI详解

1、Zipkin是什么

Zipkin分布式跟踪系统；它可以帮助收集时间数据，解决在microservice架构下的延迟问题；它管理这些数据的收集和查找；Zipkin的设计是基于谷歌的Google Dapper论文。
每个应用程序向Zipkin报告定时数据，Zipkin UI呈现了一个依赖图表来展示多少跟踪请求经过了每个应用程序；如果想解决延迟问题，可以过滤或者排序所有的跟踪请求，并且可以查看每个跟踪请求占总跟踪时间的百分比。

2、为什么使用Zipkin

随着业务越来越复杂，系统也随之进行各种拆分，特别是随着微服务架构和容器技术的兴起，看似简单的一个应用，后台可能有几十个甚至几百个服务在支撑；一个前端的请求可能需要多次的服务调用最后才能完成；当请求变慢或者不可用时，我们无法得知是哪个后台服务引起的，这时就需要解决如何快速定位服务故障点，Zipkin分布式跟踪系统就能很好的解决这样的问题。

3、Zipkin下载和启动

官方提供了三种方式来启动，这里使用第二种方式来启动;

curl -sSL https://zipkin.io/quickstart.sh | bash -s
java -jar zipkin.jar

访问localhost:9411

详细参考：https://zipkin.io/pages/quick...

二、Zipkin架构

跟踪器(Tracer)位于你的应用程序中，并记录发生的操作的时间和元数据,提供了相应的类库，对用户的使用来说是透明的，收集的跟踪数据称为Span;
将数据发送到Zipkin的仪器化应用程序中的组件称为Reporter,Reporter通过几种传输方式之一将追踪数据发送到Zipkin收集器(collector)，
然后将跟踪数据进行存储(storage),由API查询存储以向UI提供数据。
架构图如下：

　　

1、Trace

Zipkin使用Trace结构表示对一次请求的跟踪，一次请求可能由后台的若干服务负责处理，每个服务的处理是一个Span，Span之间有依赖关系，Trace就是树结构的Span集合；

2、Span

每个服务的处理跟踪是一个Span，可以理解为一个基本的工作单元，包含了一些描述信息：id，parentId，name，timestamp，duration，annotations等，例如：

{
      "traceId": "bd7a977555f6b982",
      "name": "get-traces",
      "id": "ebf33e1a81dc6f71",
      "parentId": "bd7a977555f6b982",
      "timestamp": 1458702548478000,
      "duration": 354374,
      "annotations": [
        {
          "endpoint": {
            "serviceName": "zipkin-query",
            "ipv4": "192.168.1.2",
            "port": 9411
          },
          "timestamp": 1458702548786000,
          "value": "cs"
        }
      ],
      "binaryAnnotations": [
        {
          "key": "lc",
          "value": "JDBCSpanStore",
          "endpoint": {
            "serviceName": "zipkin-query",
            "ipv4": "192.168.1.2",
            "port": 9411
          }
        }
      ]
}

traceId：标记一次请求的跟踪，相关的Spans都有相同的traceId；
id：span id；
name：span的名称，一般是接口方法的名称；
parentId：可选的id，当前Span的父Span id，通过parentId来保证Span之间的依赖关系，如果没有parentId，表示当前Span为根Span；
timestamp：Span创建时的时间戳，使用的单位是微秒（而不是毫秒），所有时间戳都有错误，包括主机之间的时钟偏差以及时间服务重新设置时钟的可能性，
出于这个原因，Span应尽可能记录其duration；
duration：持续时间使用的单位是微秒（而不是毫秒）；
annotations：注释用于及时记录事件；有一组核心注释用于定义RPC请求的开始和结束；

cs:Client Send，客户端发起请求；
sr:Server Receive，服务器接受请求，开始处理；
ss:Server Send，服务器完成处理，给客户端应答；
cr:Client Receive，客户端接受应答从服务器；

binaryAnnotations：二进制注释，旨在提供有关RPC的额外信息。

3、Transport

收集的Spans必须从被追踪的服务运输到Zipkin collector，有三个主要的传输方式：HTTP, Kafka和Scribe；

4、Components

有4个组件组成Zipkin：collector，storage，search，web UI

• collector：一旦跟踪数据到达Zipkin collector守护进程，它将被验证，存储和索引，以供Zipkin收集器查找；
• storage：Zipkin最初数据存储在Cassandra上，因为Cassandra是可扩展的，具有灵活的模式，并在Twitter中大量使用；但是这个组件可插入，除了Cassandra之外，还支持ElasticSearch和MySQL；
• search：一旦数据被存储和索引，我们需要一种方法来提取它。查询守护进程提供了一个简单的JSON API来查找和检索跟踪，主要给Web UI使用；
• web UI：创建了一个GUI，为查看痕迹提供了一个很好的界面；Web UI提供了一种基于服务，时间和注释查看跟踪的方法。

三、Spring-boot中集成Zipkin示例

创建三个Springboot项目：service0,service1,service2

1、pom.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>Springboot-Zipkin0</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <packaging>jar</packaging>

    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.1.0.BUILD-SNAPSHOT</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

        <!--zipkin-brave start-->
        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.brave</groupId>
            <artifactId>brave-core</artifactId>
            <version>3.9.0</version>
        </dependency>
        <!--http方式收集-->
        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.brave</groupId>
            <artifactId>brave-spancollector-http</artifactId>
            <version>3.9.0</version>
        </dependency>
        <!--servlet装配-->
        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.brave</groupId>
            <artifactId>brave-web-servlet-filter</artifactId>
            <version>3.9.0</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>io.zipkin.brave</groupId>
            <artifactId>brave-apache-http-interceptors</artifactId>
            <version>3.9.0</version>
        </dependency>
        <!--httpclient-->
        <dependency>
            <groupId>org.apache.httpcomponents</groupId>
            <artifactId>httpclient</artifactId>
        </dependency>
        <!--zipkin-brave end-->
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

    <repositories>
        <repository>
            <id>spring-snapshots</id>
            <name>Spring Snapshots</name>
            <url>https://repo.spring.io/snapshot</url>
            <snapshots>
                <enabled>true</enabled>
            </snapshots>
        </repository>
        <repository>
            <id>spring-milestones</id>
            <name>Spring Milestones</name>
            <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
            <snapshots>
                <enabled>false</enabled>
            </snapshots>
        </repository>
    </repositories>

    <pluginRepositories>
        <pluginRepository>
            <id>spring-snapshots</id>
            <name>Spring Snapshots</name>
            <url>https://repo.spring.io/snapshot</url>
            <snapshots>
                <enabled>true</enabled>
            </snapshots>
        </pluginRepository>
        <pluginRepository>
            <id>spring-milestones</id>
            <name>Spring Milestones</name>
            <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
            <snapshots>
                <enabled>false</enabled>
            </snapshots>
        </pluginRepository>
    </pluginRepositories>

</project>

2、访问zipkin工具类

package com.example.demo.bean;

import org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient;
import org.apache.http.impl.client.HttpClients;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import com.github.kristofa.brave.Brave;
import com.github.kristofa.brave.Brave.Builder;
import com.github.kristofa.brave.EmptySpanCollectorMetricsHandler;
import com.github.kristofa.brave.Sampler;
import com.github.kristofa.brave.SpanCollector;
import com.github.kristofa.brave.http.DefaultSpanNameProvider;
import com.github.kristofa.brave.http.HttpSpanCollector;
import com.github.kristofa.brave.http.HttpSpanCollector.Config;
import com.github.kristofa.brave.httpclient.BraveHttpRequestInterceptor;
import com.github.kristofa.brave.httpclient.BraveHttpResponseInterceptor;
import com.github.kristofa.brave.servlet.BraveServletFilter;

@Configuration
public class ZipkinBean {

    /**
     * 配置收集器
     *
     * @return
     */
    @Bean
    public SpanCollector spanCollector() {
        Config config = HttpSpanCollector.Config.builder().compressionEnabled(false).connectTimeout(5000)
                .flushInterval(1).readTimeout(6000).build();
        return HttpSpanCollector.create("http://47.52.199.51:9411", config, new EmptySpanCollectorMetricsHandler());
    }

    /**
     * Brave各工具类的封装
     *
     * @param spanCollector
     * @return
     */
    @Bean
    public Brave brave(SpanCollector spanCollector) {
        Builder builder = new Builder("service2");// 指定serviceName
        builder.spanCollector(spanCollector);
        builder.traceSampler(Sampler.create(1));// 采集率
        return builder.build();
    }

    /**
     * 拦截器，需要serverRequestInterceptor,serverResponseInterceptor 分别完成sr和ss操作
     *
     * @param brave
     * @return
     */
    @Bean
    public BraveServletFilter braveServletFilter(Brave brave) {
        return new BraveServletFilter(brave.serverRequestInterceptor(), brave.serverResponseInterceptor(),
                new DefaultSpanNameProvider());
    }

    /**
     * httpClient客户端，需要clientRequestInterceptor,clientResponseInterceptor分别完成cs和cr操作
     *
     * @param brave
     * @return
     */
    @Bean
    public CloseableHttpClient httpClient(Brave brave) {
        CloseableHttpClient httpclient = HttpClients.custom()
                .addInterceptorFirst(new BraveHttpRequestInterceptor(brave.clientRequestInterceptor(),
                        new DefaultSpanNameProvider()))
                .addInterceptorFirst(new BraveHttpResponseInterceptor(brave.clientResponseInterceptor())).build();
        return httpclient;
    }
}

3、controller代码

service0

@RestController
public class ZipkinController {
    @Autowired
    private CloseableHttpClient httpClient;

    @GetMapping("/service0")
    public String service() throws Exception {
        Thread.sleep(100);
        HttpGet get = new HttpGet("http://192.168.1.100:8081/service1");
        CloseableHttpResponse response = httpClient.execute(get);
        return EntityUtils.toString(response.getEntity(), "utf-8");
    }
}

service1

@RestController
public class ZipkinController {
    @Autowired
    private CloseableHttpClient httpClient;

    @GetMapping("/service1")
    public String service() throws Exception {
        Thread.sleep(100);
        HttpGet get = new HttpGet("http://192.168.1.100:8082/service2");
        CloseableHttpResponse response = httpClient.execute(get);
        return EntityUtils.toString(response.getEntity(), "utf-8");
    }
}

service2

@RestController
public class ZipkinController {
    @Autowired
    private CloseableHttpClient httpClient;

    @GetMapping("/service2")
    public String service() throws Exception {
        Thread.sleep(100);
        HttpGet get = new HttpGet("http://192.168.1.100:8082/hellow");
        CloseableHttpResponse response = httpClient.execute(get);
        return EntityUtils.toString(response.getEntity(), "utf-8");
    }
}

4、启动三个项目

访问：http://192.168.1.100:8081/service1

5、打开zipkin地址

http://localhost:9411

 四、zipkin UI界面详解

1、首页

首页里面主要承载了trace的查询功能，根据不同的条件，搜索出数据来

2、trace详情

3、span详情

这个图中，需要注意的是相对时间和调用行为

调用行为分如下四种：

cs - Client Send : 客户端已经提出了请求。这就设置了跨度的开始。

sr - Server Receive: 服务器已收到请求并将开始处理它。这与CS之间的差异将是网络延迟和时钟抖动的组合。

ss - Server Send: 服务器已完成处理，并将请求发送回客户端。这与SR之间的差异将是服务器处理请求所花费的时间

cr - Client Receive : 客户端已经收到来自服务器的响应。这就设置了跨度的终点。当记录注释时，RPC被认为是完整的。

相对时间：

表示在调用链开始到现在的时间，比如

从trace生成到现在，

17ms的时候，Client Send bas-ms这个应用发出了调用

19ms的时候，Server Receive ems-ms收到了bas-ms的调用。 这个说明，从bas-ms到ems-ms中间的网络耗时花费了2ms.

34ms的时候，Server Send ems-ms的方法执行完毕，准备返回响应结果给bas-ms , 这说明ems-ms处理请求花费了34-19 = 15ms

34ms的时候，Client Receive bas-ms收到了返回结果

界面显示的时候，是根据相对时间来排序的，所以Client Receive排在了第三位，因为他和Server Send的时间是一样的。

4、全局依赖

点击服务名，弹出如下框，显示出了调用关系，

点击具体的服务名，出现如下界面

Number of calls ： 总的调用数（除去异常的）

Number of errors：调用异常的次数

五、源码下载

github地址：https://github.com/Star-Lordxing/springboot-zipkin

本文主要参考：https://segmentfault.com/a/1190000012342007