【PmHub后端篇】Skywalking：性能监控与分布式追踪的利器

在微服务架构日益普及的当下，对系统的性能监控和分布式追踪显得尤为重要。本文将详细介绍在 PmHub 项目中，如何使用 Skywalking 实现对系统的性能监控和分布式追踪，以及在这过程中的一些关键技术点和实践经验。

1 分布式链路追踪概述

在微服务系统中，一个请求可能会经过多个服务的调用，形成复杂的调用链路。例如，A 服务调用 B 服务，B 服务又调用 C 服务等。链路中的任何一环出现高延时或错误，都可能导致整个请求的失败。

目前，比较流行的分布式链路追踪技术有 Sleuth、Skywalking 以及 ZipKin 等。其中，Sleuth 的核心已迁移，部分功能有变动。

以下是一些行业内比较成熟的其他分布式链路追踪技术解决方案。

技术	说明
Cat	由大众点评开源，基于Java开发的实时应用监控平台，包括实时应用监控，业务监控。集成方案是通过代码埋点的方式来实现监控，比如：拦截器，过滤器等。对代码的侵入性很大，集成成本较高，风险较大。
ZipKin	由Twitter公司开源，开放源代码分布式的跟踪系统，用于收集服务的定时数据，以解决微服务架构中的延迟问题，包括：数据的收集、存储、查找和展现。结合spring - cloud - sleuth使用较为简单，集成方便，但是功能较简单。
Pinpoint	Pinpoint是一款开源的基于字节码注入的调用链分析，以及应用监控分析工具。特点是支持多种插件，UI功能强大，接入端无代码侵入。
Skywalking	SkyWalking是国人开源的基于字节码注入的调用链分析，以及应用监控分析工具。特点是支持多种插件，UI功能较强，接入端无代码侵入。

2 分布式链路追踪原理

以三个微服务调用链路为例，假设 Service 1 调用 Service 2，Service 2 调用 Service 3 和 Service 4 。

在链路追踪中，每个服务调用时会加上 Trace ID 和 Span ID 。链路通过 TraceId 唯一标识，Span 标识发起的请求信息，各 span 通过 parent id 关联起来。

链路追踪是在分布式系统中，用于跟踪请求在各个服务之间流转过程的技术，以下结合图中信息说明其原理：

基本标识

Trace ID ：用于唯一标识一条完整的请求链路，贯穿整个请求过程。图中多个服务的请求和响应中都带有相同的 Trace Id = X ，表明它们属于同一条链路。
Span ID ：标识链路中每一个独立的操作单元，不同的 Span Id 对应不同服务或同一服务内不同步骤的操作。例如 Span Id = A 、Span Id = B 等。

关键时间点

CS（Client Sent）：客户端发送请求的时间。代表请求从客户端发出的时刻。
SR（Server Received） ：服务端接收到请求的时间。SR - CS 可计算出网络将请求从客户端传输到服务端的时间。
SS（Server Sent） ：服务端发送响应的时间。SS - SR 反映了服务端处理业务逻辑所花费的时间。
CR（Client Received） ：客户端接收到响应数据的时间。CR - CS 体现了整个远程调用（包括网络传输和服务端处理）所耗费的时间，CR - SS 则是网络将响应从服务端传输回客户端的时间。

链路流转示例

请求发起 ：在 SERVICE 1 处，请求开始，此时可能还未分配 Trace ID 和 Span ID （图中显示 No Trace Id 、No Span Id ），后续会生成并携带在请求中。
服务间传递 ：请求从 SERVICE 1 流向 SERVICE 2 ，SERVICE 2 接收到请求时记录 SR 时间，处理完业务逻辑后记录 SS 时间并发送响应。同时，SERVICE 2 可能会继续向 SERVICE 3 、SERVICE 4 发起请求，这些子请求也都带有相同的 Trace ID ，并分配新的 Span ID 来标识自身操作。
响应返回 ：各个服务处理完请求后，响应沿着链路反向传递，最终回到客户端，客户端记录 CR 时间，完成一次完整的链路追踪。

通过记录这些时间点和标识，链路追踪能够清晰展现请求在分布式系统中各个服务间的流转路径、每个服务的处理耗时以及网络传输耗时等信息，方便开发人员定位性能瓶颈和排查问题。

3 Skywalking 介绍

Skywalking 是一款优秀的国产开源框架，由个人吴晟（华为开发者）于 2015 年开源，并在 2017 年加入 Apache 孵化器。它支持 dubbo、SpringCloud、SpringBoot 集成，代码无侵入，通信方式采用 GRPC，性能较好。其功能丰富，包括告警、JVM 监控、全局调用统计等，社区也比较活跃。

官网地址：https://skywalking.apache.org/
开源地址：https://github.com/apache/skywalking

为什么选择 Skywalking？

Skywalking 相比于 zipkin 等工具，具有字节码增强技术实现的代码无侵入优势，功能更加丰富，报表统计和 UI 界面更加人性化。

4 Skywalking 架构

Skywalking 的架构主要分为服务端和客户端。服务端独立运行，客户端即微服务，引入 jar 包并进行相关配置即可。

Agent：负责收集日志数据，并传递给 OAP 服务器。
OAP：接收 Agent 发送的 Tracing 和 Metric 数据信息，进行分析后存储到外部存储器，并提供查询功能。
UI：提供 web 控制台，可查看链路、各种指标和性能等信息。
Storage：负责数据的存储，支持多种存储类型。

简言之，Agent负责收集日志传输数据，通过GRPC的方式传递给OAP进行分析并且存储到数据库中，最终通过UI界面将分析的统计报表、服务依赖、拓扑关系图展示出来。

5 服务端搭建

Skywalking 的下载地址为 https://skywalking.apache.org/downloads/ 。

由于 PmHub 使用的是 jdk8，而 SkyWalking 需要 11 以上，为避免版本不兼容问题，建议使用低版本的 SkyWalking，如 8.3.0 。

下载完成后，需要对相关配置文件进行修改：

config/application.yml ：将注册中心改为 Nacos ，配置相关参数如集群、命名空间等。
webapp/webapp.yml（或 application.yml） ：修改 UI 服务的端口，将默认的 8080 改为 8888 ，避免端口冲突。

启动：双击startup.bat脚本，运行服务端。

启动服务端后，可通过浏览器访问 http://localhost:8888/ 。

注意：启动服务端前，要先启动nacos，否则无法访问首页。

6 项目实战

6.1 客户端搭建

Skywalking 采用字节码增强技术，对微服务无代码侵入。在微服务的启动参数中指定 skywalking 提供的 agent 路径和相关配置，如：

bash 复制代码

-javaagent:/Users/canghe/tools/skywalking/apache-skywalking-apm-bin/agent/skywalking-agent.jar
-Dskywalking.agent.service_name=pmhub-gateway
-Dskywalking.collector.backend_service=127.0.0.1:11800

-javaagent 指定 agent 中 skywalking-agent.jar 的路径；
-Dskywalking.agent.service_name 指定服务名称；
-Dskywalking.collector.backend_service 指定 oap 服务绑定的地址。如果是本地，由于oap服务默认的端口是11800，因此只需要配置为127.0.0.1:11800。

2024版IDEA添加VM步骤如下：

需注意，agent 的 jar 包路径不能包含中文和空格，否则运行不成功。

6.2 日志监控

日志模块位置及默认情况：在skywalking的UI端有日志模块，用于收集客户端的日志，默认情况下该模块没有数据。
编辑agent日志级别 ：SkyWalking 的日志配置文件通常位于 agent/config/agent.config 中。为防止控制台打印过多 info 日志，需找到该文件并打开，找到配置项"LOGGING.LEVEL"，设置适当的日志级别，如ERROR 或 WARN 来减少日志输出量。
添加依赖：由于每个微服务都要用到相关配置，建议将依赖放在公共模块下，其他微服务引入即可。具体依赖如下：
- 获取链路TraceId的依赖：

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.apache.skywalking</groupId>
    <artifactId>apm-toolkit-trace</artifactId>
    <version>8.8.0</version>
</dependency>

自定义功能（如自定义tag）的依赖：

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.apache.skywalking</groupId>
    <artifactId>apm-toolkit-opentracing</artifactId>
    <version>8.8.0</version>
</dependency>

skywalking日志记录logback插件的依赖：

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.apache.skywalking</groupId>
    <artifactId>apm-toolkit-logback-1.x</artifactId>
    <groupId>8.8.0</groupId>
</dependency>

在logback.xml添加日志采集：

xml 复制代码

<?xml version = "1.0" encoding = "UTF-8"?>
<configuration scan = "true" scanPeriod = " 5 seconds">
    <!-- skywalking日志上报 -->
    <appender name = "grpc-log" class = "org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.log.GRPCLogClientAppender">
        <encoder class = "ch.qos.logback.core.encoder.LayoutWrappingEncoder">
            <layout class = "org.apache.skywalking.apm.toolkit.log.logback.v1.x.mdc.TraceIdMDCPatternLogbackLayout">
                <Pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%X{tid}] [%thread] %-5level %logger{36} - %msg %n</Pattern>
            </layout>
        </encoder>
    </appender>
    <root level = "INFO">
        <appender-ref ref= "grpc-log" />
    </root>
</configuration>

配置后的效果：配置好上述内容后，日志就可以在skywalking的UI中查看，还可体验链路追踪、性能剖析等功能，也可配置自定义监控告警，并链接钉钉和邮件。

7 总结

在微服务架构下，Skywalking可实现性能监控和分布式追踪。介绍了分布式链路追踪原理，Skywalking的架构、搭建（服务端和客户端）、日志监控等内容，还对比了其他技术，利用Skywalking可提升系统性能与可维护性。

【PmHub后端篇】Skywalking：性能监控与分布式追踪的利器

1 分布式链路追踪概述

2 分布式链路追踪原理

3 Skywalking 介绍

4 Skywalking 架构

5 服务端搭建

6 项目实战

6.1 客户端搭建

6.2 日志监控

7 总结

8 参考链接