链路追踪

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SkyWalking 源码分析 —— Collector 存储 Trace 数据

转x33g5p2x  于2021-12-21 转载在 其他  
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1. 概述

分布式链路追踪系统，链路的追踪大体流程如下：

  1. Agent 收集 Trace 数据。
  2. Agent 发送 Trace 数据给 Collector 。
  3. Collector 接收 Trace 数据。
  4. Collector 存储 Trace 数据到存储器，例如，数据库。

本文主要分享【第四部分】 SkyWalking Collector 存储 Trace 数据。
友情提示：Collector 接收到 TraceSegment 的数据，对应的类是 Protobuf 生成的。考虑到更加易读易懂，本文使用 TraceSegment 相关的原始类。

Collector 在接收到 Trace 数据后，经过流式处理，最终存储到存储器。如下图，红圈部分，为本文分享的内容：

2. SpanListener

在 《SkyWalking 源码分析 —— Collector 接收 Trace 数据》 一文中，我们看到 SegmentParse#parse(UpstreamSegment, Source) 方法中：

  • 在 #preBuild(List<UniqueId>, SegmentDecorator) 方法中，预构建的过程中，使用 Span 监听器们，从 TraceSegment 解析出不同的数据。
  • 在预构建成功后，通知 Span 监听器们，去构建各自的数据，经过流式处理，最终存储到存储器。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.parser.SpanListener ，Span 监听器接口。

  • 定义了 #build() 方法，构建数据，执行流式处理，最终存储到存储器。

SpanListener 的子类如下图：

  • 第一层，通用接口层，定义了从 TraceSegment 解析数据的方法。

  • ① GlobalTraceSpanListener ：解析链路追踪全局编号数组( TraceSegment.relatedGlobalTraces )。

  • ② RefsListener ：解析父 Segment 指向数组( TraceSegment.refs )。

  • ③ FirstSpanListener ：解析第一个 Span (TraceSegment.spans[0]) 。

  • ③ EntrySpanListener ：解析 EntrySpan (TraceSegment.spans)。

  • ③ LocalSpanListener ：解析 LocalSpan (TraceSegment.spans)。

  • ③ ExitSpanListener ：解析 ExitSpan (TraceSegment.spans)。

  • 第二层，业务实现层，每个实现类对应一个数据实体类，一个 Graph 对象。如下图所示：

下面，我们以每个数据实体类为中心，逐个分享。

3. GlobalTrace

org.skywalking.apm.collector.storage.table.global.GlobalTrace ，全局链路追踪，记录一次分布式链路追踪，包括的 TraceSegment 编号。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.global.GlobalTraceSpanListener ，GlobalTrace 的 SpanListener ，实现了 FirstSpanListener 、GlobalTraceIdsListener 接口，代码如下：

  • globalTraceIds 属性，全局链路追踪编号数组。

  • segmentId 属性，TraceSegment 链路编号。

  • timeBucket 属性，时间。

  • #parseFirst(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从 Span 中解析到 segmentId ，timeBucket 。

  • #parseGlobalTraceId(UniqueId) 方法，解析全局链路追踪编号，添加到 globalTraceIds 数组。

  • #build() 方法，构建，代码如下：

  • 第 84 行：获取 GlobalTrace 对应的 Graph<GlobalTrace> 对象。

  • 第 86 至 92 行：循环 globalTraceIds 数组，创建 GlobalTrace 对象，逐个调用 Graph#start(application) 方法，进行流式处理。在这过程中，会保存 GlobalTrace 到存储器。

在 TraceStreamGraph#createGlobalTraceGraph() 方法中，我们可以看到 GlobalTrace 对应的 Graph<GlobalTrace> 对象的创建。

4. InstPerformance

旁白君：InstPerformance 和 GlobalTrace 整体比较相似，分享的会比较简洁一些。

org.skywalking.apm.collector.storage.table.instance.InstPerformance ，应用实例性能，记录应用实例每秒的请求总次数，请求总时长。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.instance.InstPerformanceSpanListener ，InstPerformance 的 SpanListener ，实现了 FirstSpanListener 、EntrySpanListener 接口。

在 TraceStreamGraph#createInstPerformanceGraph() 方法中，我们可以看到 InstPerformance 对应的 Graph<InstPerformance> 对象的创建。

5. SegmentCost

旁白君：SegmentCost 和 GlobalTrace 整体比较相似，分享的会比较简洁一些。

org.skywalking.apm.collector.storage.table.segment.SegmentCost ，TraceSegment 消耗时长，记录 TraceSegment 开始时间，结束时间，花费时长等等。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.segment.SegmentCostSpanListener ，SegmentCost 的 SpanListener ，实现了 FirstSpanListener 、EntrySpanListener 、ExitSpanListener 、LocalSpanListener 接口。

在 TraceStreamGraph#createSegmentCostGraph() 方法中，我们可以看到 SegmentCost 对应的 Graph<SegmentCost> 对象的创建。

6. NodeComponent

org.skywalking.apm.collector.storage.table.node.NodeComponent ，节点组件。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.node.NodeComponentSpanListener ，NodeComponent 的 SpanListener ，实现了 FirstSpanListener 、EntrySpanListener 、ExitSpanListener 接口，代码如下：

  • nodeComponents 属性，节点组件数组，一次 TraceSegment 可以经过个节点组件，例如 SpringMVC => MongoDB 。

  • segmentId 属性，TraceSegment 链路编号。

  • timeBucket 属性，时间( yyyyMMddHHmm )。

  • #parseEntry(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从 EntrySpan 中解析到 segmentId ，applicationId ，创建 NodeComponent 对象，添加到 nodeComponents 。注意，EntrySpan 使用 applicationId 作为 peerId 。

  • #parseExit(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从 ExitSpan 中解析到 segmentId ，peerId ，创建 NodeComponent 对象，添加到 nodeComponents 。注意，ExitSpan 使用 peerId 作为 peerId 。

  • #parseFirst(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从首个 Span 中解析到 timeBucket 。

  • #build() 方法，构建，代码如下：

  • 第 84 行：获取 NodeComponent 对应的 Graph<NodeComponent> 对象。

  • 第 86 至 92 行：循环 nodeComponents 数组，逐个调用 Graph#start(nodeComponent) 方法，进行流式处理。在这过程中，会保存 NodeComponent 到存储器。

在 TraceStreamGraph#createNodeComponentGraph() 方法中，我们可以看到 NodeComponent 对应的 Graph<NodeComponent> 对象的创建。

7. NodeMapping

org.skywalking.apm.collector.storage.table.node.NodeComponent ，节点匹配，用于匹配服务消费者与提供者。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.node.NodeMappingSpanListener ，NodeMapping 的 SpanListener ，实现了 FirstSpanListener 、RefsListener 接口，代码如下：

  • nodeMappings 属性，节点匹配数组，一次 TraceSegment 可以经过个节点组件，例如调用多次远程服务，或者数据库。

  • timeBucket 属性，时间( yyyyMMddHHmm )。

  • #parseRef(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从 TraceSegmentRef 中解析到 applicationId ，peerId ，创建 NodeMapping 对象，添加到 nodeMappings 。

  • #parseFirst(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从首个 Span 中解析到timeBucket 。

  • #build() 方法，构建，代码如下：

  • 第 84 行：获取 NodeMapping 对应的 Graph<NodeMapping> 对象。

  • 第 86 至 92 行：循环 nodeMappings 数组，逐个调用 Graph#start(nodeMapping) 方法，进行流式处理。在这过程中，会保存 NodeMapping 到存储器。

在 TraceStreamGraph#createNodeMappingGraph() 方法中，我们可以看到 NodeMapping 对应的 Graph<NodeMapping> 对象的创建。

8. NodeReference

org.skywalking.apm.collector.storage.table.noderef.NodeReference ，节点调用统计，用于记录服务消费者对服务提供者的调用，基于应用级别的，以分钟为时间最小粒度的聚合统计。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.noderef.NodeReferenceSpanListener ，NodeReference 的 SpanListener ，实现了 EntrySpanListener 、ExitSpanListener 、RefsListener 接口，代码如下：

  • references 属性，父 TraceSegment 调用产生的 NodeReference 数组。

  • nodeReferences 属性，NodeReference 数组，最终会包含 references 数组。

  • timeBucket 属性，时间( yyyyMMddHHmm )。

  • #parseRef(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，代码如下：

  • 第 106 至 109 行：使用父 TraceSegment 的应用编号作为服务消费者编号，自己的应用编号作为服务提供者应用编号，创建 NodeReference 对象。

  • 第 111 行：将 NodeReference 对象，添加到 references 。注意，是 references ，而不是 nodeReference 。

  • #parseEntry(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，代码如下：

  • 作为服务提供者，接受调用。

  • ——- 父 TraceSegment 存在 ——–

  • 第 79 至 85 行：references 非空，说明被父 TraceSegment 调用。因此，循环 references 数组，设置 id ，timeBucket 属性( 因为 timeBucket 需要从 EntrySpan 中获取，所以 #parseRef(...) 的目的，就是临时存储父 TraceSegment 的应用编号到 references 中 )。

  • 第 87 行：调用 #buildserviceSum(...) 方法，设置调用次数，然后添加到 nodeReferences 中。

  • ——- 父 TraceSegment 不存在 ——–

  • 第 91 至 97 行：使用 USER_ID 的应用编号( 特殊，代表 “用户“ )作为服务消费者编号，自己的应用编号作为服务提供者应用编号，创建 NodeReference 对象。

  • 第 99 行：调用 #buildserviceSum(...) 方法，设置调用次数，然后添加到 nodeReferences 中。

  • #parseExit(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，代码如下：

  • 作为服务消费者，发起调用。

  • 第 64 至 71 行：使用自己的应用编号作为服务消费者编号，peerId 作为服务提供者应用编号，创建 NodeReference 对象。

  • 第 73 行：调用 #buildserviceSum(...) 方法，设置调用次数，然后添加到 nodeReferences 中。

  • #build() 方法，构建，代码如下：

  • 第 84 行：获取 NodeReference 对应的 Graph<NodeReference> 对象。

  • 第 86 至 92 行：循环 nodeReferences 数组，逐个调用 Graph#start(nodeReference) 方法，进行流式处理。在这过程中，会保存 NodeReference 到存储器。

在 TraceStreamGraph#createNodeReferenceGraph() 方法中，我们可以看到 NodeReference 对应的 Graph<NodeReference> 对象的创建。

9. ServiceEntry

org.skywalking.apm.collector.storage.table.service.ServiceEntry ，入口操作。

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.service.ServiceEntrySpanListener ，ServiceEntry 的 SpanListener ，实现了 EntrySpanListener 、FirstSpanListener 、RefsListener 接口，代码如下：

  • hasReference 属性， 是否有 TraceSegmentRef 。

  • applicationId 属性，应用编号。

  • entryServiceId 属性，入口操作编号。

  • entryServiceName 属性，入口操作名。

  • hasEntry 属性，是否有 EntrySpan 。

  • timeBucket 属性，时间( yyyyMMddHHmm )。

  • #parseRef(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，是否有 TraceSegmentRef 。

  • #parseFirst(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从首个 Span 中解析到 timeBucket 。

  • #parseEntry(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从 EntrySpan 中解析到 applicationId 、entryServiceId 、entryServiceName 、hasEntry 。

  • #build() 方法，构建，代码如下：

  • 第 96 行：只保存分布式链路的入口操作。

  • 第 98 至 103 行：创建 ServiceEntry 对象。

  • 第 107 行：获取 ServiceEntry 对应的 Graph<ServiceEntry> 对象。

  • 第 108 行：调用 Graph#start(serviceEntry) 方法，进行流式处理。在这过程中，会保存 ServiceEntry 到存储器。

在 TraceStreamGraph#createServiceEntryGraph() 方法中，我们可以看到 ServiceEntry 对应的 Graph<ServiceEntry> 对象的创建。

10. ServiceReference

org.skywalking.apm.collector.storage.table.serviceref.ServiceReference ，入口操作调用统计，用于记录入口操作的调用，基于入口操作级别的，以分钟为时间最小粒度的聚合统计。

  • 和 NodeReference 类似。

  • 注意，此处的 “入口操作“ 不同于 ServiceEntry ，包含每一条 TraceSegment 的入口操作。

  • org.skywalking.apm.collector.storage.table.serviceref.ServiceReferenceTable ， ServiceReference 表( service_reference )。字段如下：

  • entry_service_id ：入口操作编号。

  • front_service_id ：服务消费者操作编号。

  • behind_service_id ：服务提供者操作编号。

  • s1_lte ：( 0, 1000 ms ] 的调用次数。

  • s3_lte ：( 1000, 3000 ms ] 的调用次数。

  • s5_lte ：( 3000, 5000ms ] 的调用次数

  • s5_gt ：( 5000, +∞ ] 的调用次数。

  • error ：发生异常的调用次数。

  • summary ：总共的调用次数。

  • cost_summary ：总共的花费时间。

  • time_bucket ：时间( yyyyMMddHHmm )。

  • org.skywalking.apm.collector.storage.es.dao.ServiceReference ，ServiceReference 的 EsDAO 。

  • 在 ES 存储例子如下图：

org.skywalking.apm.collector.agent.stream.worker.trace.segment.ServiceReferenceSpanListener ，ServiceReference 的 SpanListener ，实现了 EntrySpanListener 、FirstSpanListener 、RefsListener 接口，代码如下：

  • referenceServices 属性，ReferenceDecorator 数组，记录 TraceSegmentRef 数组。

  • serviceId 属性，入口操作编号。

  • startTime 属性，开始时间。

  • endTime 属性，结束时间。

  • isError 属性，是否有错误。

  • hasEntry 属性，是否有 SpanEntry 。

  • timeBucket 属性，时间( yyyyMMddHHmm )。

  • #parseRef(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，将 TraceSegmentRef 添加到 referenceServices 。

  • #parseFirst(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从首个 Span 中解析到 timeBucket 。

  • #parseEntry(SpanDecorator, applicationId, instanceId, segmentId) 方法，从 EntrySpan 中解析 serviceId 、startTime 、endTime 、isError 、hasEntry 。

  • #build() 方法，构建，代码如下：

  • 第 114 行：判断 hasEntry = true ，存在 EntrySpan 。

  • ——— 有 TraceSegmentRef ———

  • 第 117 至 120 行：创建 ServiceReference 对象，其中：

  • entryServiceId ：TraceSegmentRef 的入口编号。

  • frontServiceId ：TraceSegmentRef 的操作编号。

  • behindServiceId ： 自己 EntrySpan 的操作编号。

  • 第 121 行：调用 #calculateCost(...) 方法，设置调用次数。

  • 第 126 行：调用 #sendToAggregationWorker(...) 方法，发送 ServiceReference 给 AggregationWorker ，执行流式处理。

  • ——— 无 TraceSegmentRef ———

  • 第 117 至 120 行：创建 ServiceReference 对象，其中：

  • entryServiceId ：自己 EntrySpan 的操作编号。

  • frontServiceId ：Const.NONE_SERVICE_ID 对应的操作编号( 系统内置，代表【空】 )。

  • behindServiceId ： 自己 EntrySpan 的操作编号。

  • 第 121 行：调用 #calculateCost(...) 方法，设置调用次数。

  • 第 126 行：调用 #sendToAggregationWorker(...) 方法，发送 ServiceReference 给 AggregationWorker ，执行流式处理。

在 TraceStreamGraph#createServiceReferenceGraph() 方法中，我们可以看到 ServiceReference 对应的 Graph<ServiceReference> 对象的创建。

11. Segment

不同于上述所有数据实体，Segment 无需解析，直接使用 TraceSegment 构建，参见如下方法：

  • SegmentParse#parse(UpstreamSegment, Source)
  • SegmentParse#buildSegment(id, dataBinary)

org.skywalking.apm.collector.storage.table.segment.Segment ，全局链路追踪，记录一次分布式链路追踪，包括的 TraceSegment 编号。

在 TraceStreamGraph#createSegmentGraph() 方法中，我们可以看到 Segment 对应的 Graph<Segment> 对象的创建。

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