SpringCloud升级之路2020.0.x版-44.避免链路信息丢失做的设计(1)

本系列代码地址：https://github.com/JoJoTec/spring-cloud-parent

我们在这一节首先分析下 Spring Cloud Gateway 一些其他可能丢失链路信息的点，之后来做一些可以避免链路信息丢失的设计，之后基于这个设计去实现我们需要的一些定制化的 GlobalFilter

Spring Cloud Gateway 其他的可能丢失链路信息的点

经过前面的分析，我们可以看出，不止这里，还有其他地方会导致 Spring Cloud Sleuth 的链路追踪信息消失，这里举几个大家常见的例子：

1.在 GatewayFilter 中指定了异步执行某些任务，由于线程切换了，并且这时候可能 Span 已经结束了，所以没有链路信息，例如：

@Override
public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
	return chain.filter(exchange).publishOn(Schedulers.parallel()).doOnSuccess(o -> {
			//这里就没有链路信息了
            log.info("success");
	});
}

2.将 GatewayFilter 中继续链路的 chain.filter(exchange) 放到了异步任务中执行，上面的 AdaptCachedBodyGlobalFilter 就属于这种情况，这样会导致之后的 GatewayFilter 都没有链路信息，例如：

@Override
public Mono<Void> filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
	return Mono.delay(Duration.ofSeconds(1)).then(chain.filter(exchange));
}

Java 并发编程模型与 Project Reactor 编程模型的冲突思考

Java 中的很多框架，都用到了 ThreadLocal，或者通过 Thread 来标识唯一性。例如：

• 日志框架中的 MDC，一般都是 ThreadLocal 实现。
• 所有的锁、基于 AQS 的数据结构，都是通过 Thread 的属性来唯一标识谁获取到了锁的。
• 分布式锁等数据结构，也是通过 Thread 的属性来唯一标识谁获取到了锁的，例如 Redisson 中分布式 Redis 锁的实现。

但是放到 Project Reactor 编程模型，这就显得格格不入了，因为 Project Reactor 异步响应式编程就是不固定线程，没法保证提交任务和回调能在同一个线程，所以 ThreadLocal 的语义在这里很难成立。Project Reactor 虽然提供了对标 ThreadLocal 的 Context，但是主流框架还没有兼容这个 Context，所以给 Spring Cloud Sleuth 粘合这些链路追踪带来了很大困难，因为 MDC 是一个 ThreadLocal 的 Map 实现，而不是基于 Context 的 Map。这就需要 Spring Cloud Sleuth 在订阅一开始，就需要将链路信息放入 MDC，同时还需要保证运行时不切换线程。

运行不切换线程，这样其实限制了 Project Reactor 的灵活调度，是有一些性能损失的。我们其实想尽量就算加入了链路追踪信息，也不用强制运行不切换线程。但是 Spring Cloud Sleuth 是非侵入式设计，很难实现这一点。但是对于我们自己业务的使用，我们可以定制一些编程规范，来保证大家写的代码不丢失链路信息。

可以从哪里获取当前请求的 Span

Spring Cloud Sleuth 的链路信息核心即 Span，在之前的源码分析中，我们知道，在入口的 WebFilter 中，TraceWebFilter 生成 Span 并将其放入本次 HTTP 请求响应抽象的 ServerWebExchange 的 attributes 中：

TraceWebFilter.java

protected static final String TRACE_REQUEST_ATTR = Span.class.getName();
private Span findOrCreateSpan(Context c) {
	Span span;
	AssertingSpan assertingSpan = null;
	//如果当前 Reactor 的上下文中有 Span，就用这个 Span
	if (c.hasKey(Span.class)) {
		Span parent = c.get(Span.class);
		try (Tracer.SpanInScope spanInScope = this.tracer.withSpan(parent)) {
			span = this.tracer.nextSpan();
		}
		if (log.isDebugEnabled()) {
			log.debug("Found span in reactor context" + span);
		}
	}
	else {
	    //如果当前请求中本身包含 span 信息，就用这个 span 启动一个新的子 span
		if (this.span != null) {
			try (Tracer.SpanInScope spanInScope = this.tracer.withSpan(this.span)) {
				span = this.tracer.nextSpan();
			}
			if (log.isDebugEnabled()) {
				log.debug("Found span in attribute " + span);
			}
		}
		//从当前所处的上下文中获取 span
		span = this.spanFromContextRetriever.findSpan(c);
		//没获取到就新生成一个
		if (this.span == null && span == null) {
			span = this.handler.handleReceive(new WrappedRequest(this.exchange.getRequest()));
			if (log.isDebugEnabled()) {
				log.debug("Handled receive of span " + span);
			}
		}
		else if (log.isDebugEnabled()) {
			log.debug("Found tracer specific span in reactor context [" + span + "]");
		}
		assertingSpan = SleuthWebSpan.WEB_FILTER_SPAN.wrap(span);
		//将 span 放入 `ServerWebExchange` 的 attributes 中
		this.exchange.getAttributes().put(TRACE_REQUEST_ATTR, assertingSpan);
	}
	if (assertingSpan == null) {
		assertingSpan = SleuthWebSpan.WEB_FILTER_SPAN.wrap(span);
	}
	return assertingSpan;
}

这样可以看出，我们在编写 GlobalFilter 的时候可以通过读取 ServerWebExchange 的 attributes 获取当前链路信息的 Span。但是 TRACE_REQUEST_ATTR 是 protected 的，我们可以下面这个工具类将其暴露出来。

package com.github.jojotech.spring.cloud.apigateway.common;

import org.springframework.cloud.sleuth.CurrentTraceContext;
import org.springframework.cloud.sleuth.Tracer;
import org.springframework.cloud.sleuth.http.HttpServerHandler;
import org.springframework.cloud.sleuth.instrument.web.TraceWebFilter;

public class TraceWebFilterUtil extends TraceWebFilter {

	public static final String TRACE_REQUEST_ATTR = TraceWebFilter.TRACE_REQUEST_ATTR;

	//仅仅为了暴露 TraceWebFilter 的 TRACE_REQUEST_ATTR 使用的工具类
	private TraceWebFilterUtil(Tracer tracer, HttpServerHandler handler, CurrentTraceContext currentTraceContext) {
		super(tracer, handler, currentTraceContext);
	}
}

下一节，我们将继续讲解避免链路信息丢失做的设计，主要针对获取到现有 Span 之后，如何保证每个 GlobalFilter 都能保持链路信息。

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