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大家好!我是"無(wú)敵碼農(nóng)"，今天要和大家分享的是在實(shí)際工作中“如何優(yōu)雅地自定義Prometheus監(jiān)控指標(biāo)”!目前大部分使用Spring Boot構(gòu)建微服務(wù)體系的公司，大都在使用Prometheus來(lái)構(gòu)建微服務(wù)的度量指標(biāo)(Metrics)類監(jiān)控系統(tǒng)。而一般做法是通過(guò)在微服務(wù)應(yīng)用中集成Prometheus指標(biāo)采集SDK，從而使得Spring Boot暴露相關(guān)Metrics采集端點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

但一般來(lái)說(shuō)，Spring Boot默認(rèn)暴露的Metrics數(shù)量及類型是有限的，如果想要建立針對(duì)微服務(wù)應(yīng)用更豐富的監(jiān)控維度(例如TP90/TP99分位值指標(biāo)之類)，那么還需要我們?cè)赟pring Boot默認(rèn)已經(jīng)打開(kāi)的Metrics基礎(chǔ)之上，配置Prometheus類庫(kù)(micrometer-registry-prometheus)所提供的其他指標(biāo)類型。

但怎么樣才能在Spring Boot框架中以更優(yōu)雅地方式實(shí)現(xiàn)呢?難道需要在業(yè)務(wù)代碼中編寫(xiě)各種自定義監(jiān)控指標(biāo)代碼的暴露邏輯嗎?接下來(lái)的內(nèi)容我們將通過(guò)@注解+AOP的方式來(lái)演示如何以更加優(yōu)雅的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)Prometheus監(jiān)控指標(biāo)的自定義!

自定義監(jiān)控指標(biāo)配置注解

需要說(shuō)明的是在Spring Boot應(yīng)用中，對(duì)程序運(yùn)行信息的收集(如指標(biāo)、日志)，比較常用的方法是通過(guò)Spring的AOP代理攔截來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種攔截程序運(yùn)行過(guò)程的邏輯多少會(huì)損耗點(diǎn)系統(tǒng)性能，因此在自定義Prometheus監(jiān)控指標(biāo)的過(guò)程中，可以將是否上報(bào)指標(biāo)的選擇權(quán)交給開(kāi)發(fā)人員，而從易用性角度來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)注解的方式實(shí)現(xiàn)。例如：

package com.wudimanong.monitor.metrics.annotation; 
 
import java.lang.annotation.ElementType; 
import java.lang.annotation.Inherited; 
import java.lang.annotation.Retention; 
import java.lang.annotation.RetentionPolicy; 
import java.lang.annotation.Target; 
 
@Target({ElementType.METHOD}) 
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) 
@Inherited 
public @interface Tp { 
 
    String description() default ""; 
} 

如上所示代碼，我們定義了一個(gè)用于標(biāo)注上報(bào)計(jì)時(shí)器指標(biāo)類型的注解，如果想統(tǒng)計(jì)接口的想TP90、TP99這樣的分位值指標(biāo)，那么就可以通過(guò)該注解標(biāo)注。除此之外，還可以定義上報(bào)其他指標(biāo)類型的注解，例如：

package com.wudimanong.monitor.metrics.annotation; 
 
import java.lang.annotation.ElementType; 
import java.lang.annotation.Inherited; 
import java.lang.annotation.Retention; 
import java.lang.annotation.RetentionPolicy; 
import java.lang.annotation.Target; 
 
@Target({ElementType.METHOD}) 
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) 
@Inherited 
public @interface Count { 
 
    String description() default ""; 
} 

如上所示，我們定義了一個(gè)用于上報(bào)計(jì)數(shù)器類型指標(biāo)的注解!如果要統(tǒng)計(jì)接口的平均響應(yīng)時(shí)間、接口的請(qǐng)求量之類的指標(biāo)，那么可以通過(guò)該注解標(biāo)注!

而如果覺(jué)得分別定義不同指標(biāo)類型的注解比較麻煩，對(duì)于某些接口上述各種指標(biāo)類型都希望上報(bào)到Prometheus，那么也可以定義一個(gè)通用注解，用于同時(shí)上報(bào)多個(gè)指標(biāo)類型，例如：

package com.wudimanong.monitor.metrics.annotation; 
 
import java.lang.annotation.ElementType; 
import java.lang.annotation.Inherited; 
import java.lang.annotation.Retention; 
import java.lang.annotation.RetentionPolicy; 
import java.lang.annotation.Target; 
 
@Target({ElementType.METHOD}) 
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) 
@Inherited 
public @interface Monitor { 
 
    String description() default ""; 
} 

總之，無(wú)論是分開(kāi)定義特定指標(biāo)注解還是定義一個(gè)通用的指標(biāo)注解，其目標(biāo)都是希望以更靈活的方式來(lái)擴(kuò)展Spring Boot微服務(wù)應(yīng)用的監(jiān)控指標(biāo)類型。

自定義監(jiān)控指標(biāo)注解AOP代理邏輯實(shí)現(xiàn)

上面我們靈活定義了上報(bào)不同指標(biāo)類型的注解，而上述注解的具體實(shí)現(xiàn)邏輯，可以通過(guò)定義一個(gè)通用的AOP代理類來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：

package com.wudimanong.monitor.metrics.aop; 
 
import com.wudimanong.monitor.metrics.Metrics; 
import com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Count; 
import com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Monitor; 
import com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Tp; 
import io.micrometer.core.instrument.Counter; 
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry; 
import io.micrometer.core.instrument.Tag; 
import io.micrometer.core.instrument.Tags; 
import io.micrometer.core.instrument.Timer; 
import java.lang.reflect.Method; 
import java.util.function.Function; 
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint; 
import org.aspectj.lang.annotation.Around; 
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect; 
import org.aspectj.lang.reflect.MethodSignature; 
import org.springframework.stereotype.Component; 
 
@Aspect 
@Component 
public class MetricsAspect { 
 
    /** 
     * Prometheus指標(biāo)管理 
     */ 
    private MeterRegistry registry; 
 
    private Function<ProceedingJoinPoint, Iterable<Tag>> tagsBasedOnJoinPoint; 
 
    public MetricsAspect(MeterRegistry registry) { 
        this.init(registry, pjp -> Tags 
                .of(new String[]{"class", pjp.getStaticPart().getSignature().getDeclaringTypeName(), "method", 
                        pjp.getStaticPart().getSignature().getName()})); 
    } 
 
    public void init(MeterRegistry registry, Function<ProceedingJoinPoint, Iterable<Tag>> tagsBasedOnJoinPoint) { 
        this.registry = registry; 
        this.tagsBasedOnJoinPoint = tagsBasedOnJoinPoint; 
    } 
 
    /** 
     * 針對(duì)@Tp指標(biāo)配置注解的邏輯實(shí)現(xiàn) 
     */ 
    @Around("@annotation(com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Tp)") 
    public Object timedMethod(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable { 
        Method method = ((MethodSignature) pjp.getSignature()).getMethod(); 
        method = pjp.getTarget().getClass().getMethod(method.getName(), method.getParameterTypes()); 
        Tp tp = method.getAnnotation(Tp.class); 
        Timer.Sample sample = Timer.start(this.registry); 
        String exceptionClass = "none"; 
        try { 
            return pjp.proceed(); 
        } catch (Exception ex) { 
            exceptionClass = ex.getClass().getSimpleName(); 
            throw ex; 
        } finally { 
            try { 
                String finalExceptionClass = exceptionClass; 
                //創(chuàng)建定義計(jì)數(shù)器，并設(shè)置指標(biāo)的Tags信息（名稱可以自定義） 
                Timer timer = Metrics.newTimer("tp.method.timed", 
                        builder -> builder.tags(new String[]{"exception", finalExceptionClass}) 
                                .tags(this.tagsBasedOnJoinPoint.apply(pjp)).tag("description", tp.description()) 
                                .publishPercentileHistogram().register(this.registry)); 
                sample.stop(timer); 
            } catch (Exception exception) { 
            } 
        } 
    } 
 
    /** 
     * 針對(duì)@Count指標(biāo)配置注解的邏輯實(shí)現(xiàn) 
     */ 
    @Around("@annotation(com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Count)") 
    public Object countMethod(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable { 
        Method method = ((MethodSignature) pjp.getSignature()).getMethod(); 
        method = pjp.getTarget().getClass().getMethod(method.getName(), method.getParameterTypes()); 
        Count count = method.getAnnotation(Count.class); 
        String exceptionClass = "none"; 
        try { 
            return pjp.proceed(); 
        } catch (Exception ex) { 
            exceptionClass = ex.getClass().getSimpleName(); 
            throw ex; 
        } finally { 
            try { 
                String finalExceptionClass = exceptionClass; 
                //創(chuàng)建定義計(jì)數(shù)器，并設(shè)置指標(biāo)的Tags信息（名稱可以自定義） 
                Counter counter = Metrics.newCounter("count.method.counted", 
                        builder -> builder.tags(new String[]{"exception", finalExceptionClass}) 
                                .tags(this.tagsBasedOnJoinPoint.apply(pjp)).tag("description", count.description()) 
                                .register(this.registry)); 
                counter.increment(); 
            } catch (Exception exception) { 
            } 
        } 
    } 
 
    /** 
     * 針對(duì)@Monitor通用指標(biāo)配置注解的邏輯實(shí)現(xiàn) 
     */ 
    @Around("@annotation(com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Monitor)") 
    public Object monitorMethod(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable { 
        Method method = ((MethodSignature) pjp.getSignature()).getMethod(); 
        method = pjp.getTarget().getClass().getMethod(method.getName(), method.getParameterTypes()); 
        Monitor monitor = method.getAnnotation(Monitor.class); 
        String exceptionClass = "none"; 
        try { 
            return pjp.proceed(); 
        } catch (Exception ex) { 
            exceptionClass = ex.getClass().getSimpleName(); 
            throw ex; 
        } finally { 
            try { 
                String finalExceptionClass = exceptionClass; 
                //計(jì)時(shí)器Metric 
                Timer timer = Metrics.newTimer("tp.method.timed", 
                        builder -> builder.tags(new String[]{"exception", finalExceptionClass}) 
                                .tags(this.tagsBasedOnJoinPoint.apply(pjp)).tag("description", monitor.description()) 
                                .publishPercentileHistogram().register(this.registry)); 
                Timer.Sample sample = Timer.start(this.registry); 
                sample.stop(timer); 
 
                //計(jì)數(shù)器Metric 
                Counter counter = Metrics.newCounter("count.method.counted", 
                        builder -> builder.tags(new String[]{"exception", finalExceptionClass}) 
                                .tags(this.tagsBasedOnJoinPoint.apply(pjp)).tag("description", monitor.description()) 
                                .register(this.registry)); 
                counter.increment(); 
            } catch (Exception exception) { 
            } 
        } 
    } 
} 

上述代碼完整的實(shí)現(xiàn)了前面我們定義的指標(biāo)配置注解的邏輯，其中針對(duì)@Monitor注解的邏輯就是@Tp和@Count注解邏輯的整合。如果還需要定義其他指標(biāo)類型，可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)擴(kuò)展!

需要注意，在上述邏輯實(shí)現(xiàn)中對(duì)“Timer”及“Counter”等指標(biāo)類型的構(gòu)建這里并沒(méi)有直接使用“micrometer-registry-prometheus”依賴包中的構(gòu)建對(duì)象，而是通過(guò)自定義的Metrics.newTimer()這樣的方式實(shí)現(xiàn)，其主要用意是希望以更簡(jiǎn)潔、靈活的方式去實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的上報(bào)，其代碼定義如下：

package com.wudimanong.monitor.metrics; 
 
import io.micrometer.core.instrument.Counter; 
import io.micrometer.core.instrument.Counter.Builder; 
import io.micrometer.core.instrument.DistributionSummary; 
import io.micrometer.core.instrument.Gauge; 
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry; 
import io.micrometer.core.instrument.Timer; 
import io.micrometer.core.lang.NonNull; 
import java.util.function.Consumer; 
import java.util.function.Supplier; 
import org.springframework.beans.BeansException; 
import org.springframework.context.ApplicationContext; 
import org.springframework.context.ApplicationContextAware; 
 
public class Metrics implements ApplicationContextAware { 
 
    private static ApplicationContext context; 
 
    @Override 
    public void setApplicationContext(@NonNull ApplicationContext applicationContext) throws BeansException { 
        context = applicationContext; 
    } 
 
    public static ApplicationContext getContext() { 
        return context; 
    } 
 
    public static Counter newCounter(String name, Consumer<Builder> consumer) { 
        MeterRegistry meterRegistry = context.getBean(MeterRegistry.class); 
        return new CounterBuilder(meterRegistry, name, consumer).build(); 
    } 
 
    public static Timer newTimer(String name, Consumer<Timer.Builder> consumer) { 
        return new TimerBuilder(context.getBean(MeterRegistry.class), name, consumer).build(); 
    } 
} 

上述代碼通過(guò)接入Spring容器上下文，獲取了MeterRegistry實(shí)例，并以此來(lái)構(gòu)建像Counter、Timer這樣的指標(biāo)類型對(duì)象。而這里之所以將獲取方法定義為靜態(tài)的，主要是便于在業(yè)務(wù)代碼中進(jìn)行引用!

而在上述代碼中涉及的CounterBuilder、TimerBuilder構(gòu)造器代碼定義分別如下：

package com.wudimanong.monitor.metrics; 
 
import io.micrometer.core.instrument.Counter; 
import io.micrometer.core.instrument.Counter.Builder; 
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry; 
import java.util.function.Consumer; 
 
public class CounterBuilder { 
 
    private final MeterRegistry meterRegistry; 
 
    private Counter.Builder builder; 
 
    private Consumer<Builder> consumer; 
 
    public CounterBuilder(MeterRegistry meterRegistry, String name, Consumer<Counter.Builder> consumer) { 
        this.builder = Counter.builder(name); 
        this.meterRegistry = meterRegistry; 
        this.consumer = consumer; 
    } 
 
    public Counter build() { 
        consumer.accept(builder); 
        return builder.register(meterRegistry); 
    } 
} 

上述代碼為CounterBuilder構(gòu)造器代碼!TimerBuilder構(gòu)造器代碼如下：

package com.wudimanong.monitor.metrics; 
 
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry; 
import io.micrometer.core.instrument.Timer; 
import io.micrometer.core.instrument.Timer.Builder; 
import java.util.function.Consumer; 
 
public class TimerBuilder { 
 
    private final MeterRegistry meterRegistry; 
 
    private Timer.Builder builder; 
 
    private Consumer<Builder> consumer; 
 
    public TimerBuilder(MeterRegistry meterRegistry, String name, Consumer<Timer.Builder> consumer) { 
        this.builder = Timer.builder(name); 
        this.meterRegistry = meterRegistry; 
        this.consumer = consumer; 
    } 
 
    public Timer build() { 
        this.consumer.accept(builder); 
        return builder.register(meterRegistry); 
    } 
} 

之所以還特地將構(gòu)造器代碼單獨(dú)定義，主要是從代碼的優(yōu)雅性考慮!如果涉及其他指標(biāo)類型的構(gòu)造，也可以通過(guò)類似的方法進(jìn)行擴(kuò)展!

自定義指標(biāo)注解配置類

在上述代碼中我們已經(jīng)定義了幾個(gè)自定義指標(biāo)注解及其實(shí)現(xiàn)邏輯代碼，為了使其在Spring Boot環(huán)境中運(yùn)行，還需要編寫(xiě)如下配置類，代碼如下：

package com.wudimanong.monitor.metrics.config; 
 
import com.wudimanong.monitor.metrics.Metrics; 
import io.micrometer.core.instrument.MeterRegistry; 
import org.springframework.boot.actuate.autoconfigure.metrics.MeterRegistryCustomizer; 
import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnMissingBean; 
import org.springframework.context.annotation.Bean; 
import org.springframework.context.annotation.Configuration; 
import org.springframework.core.env.Environment; 
 
@Configuration 
public class CustomMetricsAutoConfiguration { 
 
    @Bean 
    @ConditionalOnMissingBean 
    public MeterRegistryCustomizer<MeterRegistry> meterRegistryCustomizer(Environment environment) { 
        return registry -> { 
            registry.config() 
                    .commonTags("application", environment.getProperty("spring.application.name")); 
        }; 
    } 
 
    @Bean 
    @ConditionalOnMissingBean 
    public Metrics metrics() { 
        return new Metrics(); 
    } 
} 

上述配置代碼主要是約定了上報(bào)Prometheus指標(biāo)信息中所攜帶的應(yīng)用名稱，并對(duì)自定義了Metrics類進(jìn)行了Bean配置!

業(yè)務(wù)代碼的使用方式及效果

接下來(lái)我們演示在業(yè)務(wù)代碼中如果要上報(bào)Prometheus監(jiān)控指標(biāo)應(yīng)該怎么寫(xiě)，具體如下：

package com.wudimanong.monitor.controller; 
 
import com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Count; 
import com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Monitor; 
import com.wudimanong.monitor.metrics.annotation.Tp; 
import com.wudimanong.monitor.service.MonitorService; 
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; 
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping; 
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping; 
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam; 
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController; 
 
@RestController 
@RequestMapping("/monitor") 
public class MonitorController { 
 
    @Autowired 
    private MonitorService monitorServiceImpl; 
 
    //監(jiān)控指標(biāo)注解使用 
    //@Tp(description = "/monitor/test") 
    //@Count(description = "/monitor/test") 
    @Monitor(description = "/monitor/test") 
    @GetMapping("/test") 
    public String monitorTest(@RequestParam("name") String name) { 
        monitorServiceImpl.monitorTest(name); 
        return "監(jiān)控示范工程測(cè)試接口返回->OK!"; 
    } 
} 

如上述代碼所示，在實(shí)際的業(yè)務(wù)編程中就可以比較簡(jiǎn)單的通過(guò)注解來(lái)配置接口所上傳的Prometheus監(jiān)控指標(biāo)了!此時(shí)在本地啟動(dòng)程序，可以通過(guò)訪問(wèn)微服務(wù)應(yīng)用的“/actuator/prometheus”指標(biāo)采集端點(diǎn)來(lái)查看相關(guān)指標(biāo)，如下圖所示：

有了這些自定義上報(bào)的監(jiān)控指標(biāo)，那么Promethues在采集后，我們就可以通過(guò)像Grafana這樣的可視化工具，來(lái)構(gòu)建起多維度界面友好地監(jiān)控視圖了，例如以TP90/TP99為例：

如上所示，在Grafana中可以同時(shí)定義多個(gè)PromeQL來(lái)定于不同的監(jiān)控指標(biāo)信息，這里我們分別通過(guò)Prometheus所提供的“histogram_quantile”函數(shù)統(tǒng)計(jì)了接口方法“monitorTest”的TP90及TP95分位值!而所使用的指標(biāo)就是自定義的“tp_method_timed_xx”指標(biāo)類型!

后記

以上就是我最近在工作中封裝的一組關(guān)于Prometheus自定義監(jiān)控指標(biāo)的SDK代碼，在實(shí)際工作中可以將其封住為Spring Boot Starter依賴的形式，從而更好地被Spring Boot項(xiàng)目集成!至此我已經(jīng)毫無(wú)保留的將最近兩天的工作成果分享給大家了，也希望各位老鐵可以多多點(diǎn)贊支持，多多轉(zhuǎn)發(fā)傳播!