本章概述

隨著互聯網的不斷發展，企業的業務系統變得越來越復雜，原本單一的單體應用系統已經無法滿足企業業務發展的需要。于是，很多企業開始了對項目的分布式與微服務改造，新項目也在開始的時候就會采用分布式與微服務的架構模式。

一個系統采用分布式與微服務架構后，會被拆分成許多服務模塊，這些服務模塊之間的調用關系錯綜復雜，對于客戶端請求的分析與處理就會顯得異常復雜。此時，就需要一種技術來解決這些問題，而這種技術就是分布式鏈路追蹤技術。

分布式鏈路追蹤

隨著互聯網業務快速擴展，企業的業務系統變得越來越復雜，不少企業開始向分布式、微服務方向發展，將原本的單體應用拆分成分布式、微服務。這也使得當客戶端請求系統的接口時，原本在同一個系統內部的請求邏輯變成了需要在多個微服務之間流轉的請求。

單體架構中可以使用AOP在調用具體的業務邏輯前后分別打印一下時間即可計算出整體的調用時間，使用 AOP捕獲異常也可知道是哪里的調用導致的異常。

但是在分布式微服務場景下，使用AOP技術是無法追蹤到各個微服務的調用情況的，也就無法知道系統中處理一次請求的整體調用鏈路。

另外，在分布式與微服務場景下，我們需要解決如下問題：

• 如何快速發現并定位到分布式系統中的問題。
• 如何盡可能精確的判斷故障對系統的影響范圍與影響程度。
• 如何盡可能精確的梳理出服務之間的依賴關系，并判斷出服務之間的依賴關系是否合理。
• 如何盡可能精確的分析整個系統調用鏈路的性能與瓶頸點。
• 如何盡可能精確的分析系統的存儲瓶頸與容量規劃。
• 如何實時觀測系統的整體調用鏈路情況。

上述問題就是分布式鏈路追蹤技術要解決的問題。所謂的分布式鏈路追蹤，就是將對分布式系統的一次請求轉化成一個完整的調用鏈路。這個完整的調用鏈路從請求進入分布式系統的入口開始，直到整個請求返回為止。并在請求調用微服務的過程中，記錄相應的調用日志，監控系統調用的性能，并且可以按照某種方式顯示請求調用的情況。

在分布式鏈路追蹤中，可以統計調用每個微服務的耗時，請求會經過哪些微服務的流轉，每個微服務的運行狀況等信息。

核心原理

假定三個微服務調用的鏈路如下圖所示：Service 1 調用 Service 2，Service 2 調用 Service 3 和 Service 4。

那么鏈路追蹤會在每個服務調用的時候加上 Trace ID 和 Span ID。如下圖所示：

小伙伴注意上面的顏色，相同顏色的代表是同一個 Span ID，說明是鏈路追蹤中的一個節點。

• 第一步：用戶端調用 Service 1，生成一個 Request，Trace ID 和 Span ID 為空，那個時候請求還沒有到 Service 1。
• 第二步：請求到達 Service 1，記錄了 Trace ID = X，Span ID 等于 A。
• 第三步：Service 1 發送請求給 Service 2，Span ID 等于 B，被稱作 Client Sent，即用戶端發送一個請求。
• 第四步：請求到達 Service 2，Span ID 等于 B，Trace ID 不會改變，被稱作 Server Received，即服務端取得請求并準備開始解決它。
• 第五步：Service 2 開始解決這個請求，解決完之后，Trace ID 不變，Span ID = C。
• 第六步：Service 2 開始發送這個請求給 Service 3，Trace ID 不變，Span ID = D，被稱作 Client Sent，即用戶端發送一個請求。
• 第七步：Service 3 接收到這個請求，Span ID = D，被稱作 Server Received。
• 第八步：Service 3 開始解決這個請求，解決完之后，Span ID = E。
• 第九步：Service 3 開始發送響應給 Service 2，Span ID = D，被稱作 Server Sent，即服務端發送響應。
• 第十步：Service 3 收到 Service 2 的響應，Span ID = D，被稱作 Client Received，即用戶端接收響應。
• 第十一步：Service 2 開始返回 響應給 Service 1，Span ID = B，和第三步的 Span ID 相同，被稱作 Client Received，即用戶端接收響應。
• 第十二步：Service 1 解決完響應，Span ID = A，和第二步的 Span ID 相同。
• 第十三步：Service 1 開始向用戶端返回響應，Span ID = A、
• Service 3 向 Service 4 發送請求和 Service 3 相似，對應的 Span ID 是 F 和 G。可以參照上面前面的第六步到第十步。

把以上的相同顏色的步驟簡化為下面的鏈路追蹤圖：

• 第一個節點：Span ID = A，Parent ID = null，Service 1 接收到請求。
• 第二個節點：Span ID = B，Parent ID= A，Service 1 發送請求到 Service 2 返回響應給Service 1 的過程。
• 第三個節點：Span ID = C，Parent ID= B，Service 2 的 中間解決過程。
• 第四個節點：Span ID = D，Parent ID= C，Service 2 發送請求到 Service 3 返回響應給Service 2 的過程。
• 第五個節點：Span ID = E，Parent ID= D，Service 3 的中間解決過程。
• 第六個節點：Span ID = F，Parent ID= C，Service 3 發送請求到 Service 4 返回響應給 Service 3 的過程。
• 第七個節點：Span ID = G，Parent ID= F，Service 4 的中間解決過程。

通過 Parent ID 就可找到父節點，整個鏈路即可以進行跟蹤追溯了。

備注：核心原理部分內容來源：cnblogs.com/jackson0714/p/sleuth_zipkin.html

解決方案

目前，行業內比較成熟的分布式鏈路追蹤技術解決方案如下所示。