基于trace

07-21 564阅读

之前写的两篇关于基于 trace_id 的链路追踪的文章：

（图片来源网络，侵删）

基于trace_id的链路追踪（含Feign、Hystrix、线程池等场景）

基于trace_id的链路追踪（ForkJoinPool场景）

一、引言

在之前的文章中，我们讨论了基于 trace_id 的链路追踪的常见场景。然而，最近我意识到在微服务架构中，我们还缺少对一个非常常见场景的探讨：在网关中如何处理 trace_id，尤其是在 Reactor 异步模式下的处理。因此，我决定记录下这些思考和解决方案。

二、具体场景

在Spring Cloud Gateway网关中，我们需要实现请求访问日志的打印功能，以便更好地排查问题。具体的实现方式包括两个全局过滤器：

TraceIdGlobalFilter：实现 trace_id 全局拦截（先执行）。

AccessLogGlobalFilter：实现请求访问日志的打印（后执行）。

在正常情况下，这两个过滤器可以打印请求的 request 日志和 response 日志，并且日志中都包含相同的 trace_id。然而，在开发调试过程中，我发现了一种异常情况：request 日志中总能打印出 trace_id，而 response 日志中则有时能打印出 trace_id，有时却不能。这导致了 request 日志和 response 日志无法关联的问题。

三、分析

1. 为什么 response 日志没有打印 trace_id？

通过分析日志，我发现打印 response 日志的线程与打印 request 日志的线程并不是同一个线程。基于此，我们可以判断，trace_id 没有传递到打印 response 日志的线程中。

2. 为什么 trace_id 没有传递到打印 response 日志的线程中？

我们知道 Spring Cloud Gateway 是基于 WebFlux Reactor 异步模式实现的，因此一个请求的 request 和 response 可能由不同的线程来执行。在 TraceIdGlobalFilter 中，我们使用了 MDC来传递 trace_id。然而，MDC 在普通的多线程环境中有效，但在 Reactor 异步模式下并不起作用。这是因为 Reactor 异步模式需要通过另外一种方式来传递 trace_id。

四、解决方案

在 WebFlux Reactor 异步模式下，我们需要使用 reactor.util.context.Context 来传递 trace_id。核心逻辑如下：

透传 trace_id：通过 Mono.contextWrite(context) 往 context 中设置 trace_id。

取出 trace_id：通过 Flux.deferContextual(context) 从 context 中获取 trace_id。

具体实现代码示例如下：

// 设置 trace_id 
Mono.contextWrite(context -> context.put("trace_id", traceId));
// 获取 trace_id
Flux.deferContextual(context -> {
    String traceId = context.get("trace_id");
    // 可将 traceId 设置到MDC中供当前线程使用
    return Flux.just(traceId);
});

通过这种方式，我们可以确保 trace_id 在整个请求处理链路中都能被正确传递和使用，解决了 request 日志和 response 日志断联的问题。

五、具体代码

TraceIdGlobalFilter

/**
 * trace_id 全局拦截器
 */
@Slf4j
@Component
public class TraceIdGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    @Override
    public Mono filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
        String traceId = request.getHeaders().getFirst(TraceConsts.TRACE_ID);
        // trace_id
        traceId = MdcUtil.attachTraceId(traceId);
        // 将traceId传递给下游微服务
        String finalTraceId = traceId;
        Consumer headersConsumer = httpHeaders -> {
            httpHeaders.set(TraceConsts.TRACE_ID, finalTraceId);
        };
        ServerHttpRequest requestNew = exchange.getRequest().mutate().headers(headersConsumer).build();
        return chain.filter(exchange.mutate().request(requestNew).build())
                .doFinally(s -> {
                    // 清除MDC
                    MdcUtil.detachTraceId();
                });
    }
    @Override
    public int getOrder() {
        return -100;
    }
}

AccessLogGlobalFilter

/**
 * 请求访问日志 全局拦截器
 */
@Slf4j
@Component
public class AccessLogGlobalFilter implements GlobalFilter, Ordered {
    /**
     * gateway access log 日志开关
     * 
     * 特别注意：高并发业务场景下，可以关闭日志来提升性能
     */
    @Value("${com.gateway.access.log.enabled:true}")
    private boolean logEnabled;
    private final HandlerStrategies handlerStrategies = HandlerStrategies.withDefaults();
    @Override
    public Mono filter(ServerWebExchange exchange, GatewayFilterChain chain) {
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        ServerHttpRequest httpRequest = exchange.getRequest();
        // 日志开关，直接进入下一个Filter
        if (!logEnabled) {
            return chain.filter(exchange).then(Mono.fromRunnable(() -> {
                stopWatch.stop();
                // 为了方便排查问题，还是打印一个简单的日志
                if (log.isDebugEnabled()) {
                    log.debug("请求参数 [{}] [{}] query:{}, time: {} ms", httpRequest.getURI().getPath(), httpRequest.getMethod(), httpRequest.getURI().getRawQuery(), stopWatch.getTotalTimeMillis());
                }
            }));
        }
        // Request 处理
        ServerRequest request = ServerRequest.create(exchange, handlerStrategies.messageReaders());
        // header 参数
        HttpHeaders httpHeaders = request.headers().asHttpHeaders();
        // 是否为文件上传，若是文件上传，则不打印body
        boolean isFile = null != httpHeaders.getContentType() && AccessLogUtil.isBinayBodyData(httpHeaders.getContentType().toString());
        // response 包装
        ServerHttpResponseDecorator responseDecorator = responseDecoratorAndRecordLog(exchange, stopWatch);
        if (isFile) {
            // 打印请求日志
            this.reqLog(request, isFile, null);
            // 执行过滤器
            return chain.filter(exchange.mutate().request(request.exchange().getRequest()).response(responseDecorator).build())
                    // 从最初的Mono本身解析一个值，并将其放入上下文context中，以便下游可以通过上下文context API访问它
                    // webflux reactor 异步模式下：通过 contextWrite 往context中设置trace_id
                    .contextWrite(context -> context.put(TraceConsts.TRACE_ID, MdcUtil.getTraceId()));
        }
        Mono modifiedBody = request.bodyToMono(String.class).defaultIfEmpty(CommonConsts.NULL).flatMap(body -> {
            // 打印请求日志
            this.reqLog(request, isFile, body);
            return Mono.just(body);
        });
        // 通过 BodyInserter 插入 body(支持修改body), 避免 request body 只能获取一次
        // BodyInserters.fromPublisher 不支持文件上传，所以不能用
        BodyInserter bodyInserter = BodyInserters.fromPublisher(modifiedBody, String.class);
        HttpHeaders headers = new HttpHeaders();
        headers.putAll(exchange.getRequest().getHeaders());
        headers.remove(HttpHeaders.CONTENT_LENGTH);
        CachedBodyOutputMessage outputMessage = new CachedBodyOutputMessage(exchange, headers);
        return bodyInserter.insert(outputMessage, new BodyInserterContext()).then(Mono.defer(() -> {
            // request 包装
            ServerHttpRequestDecorator requestDecorator = requestDecorator(exchange, headers, outputMessage);
            // 执行过滤器
            return chain.filter(exchange.mutate().request(requestDecorator).response(responseDecorator).build())
                    // 从最初的Mono本身解析一个值，并将其放入上下文context中，以便下游可以通过上下文context API访问它
                    // webflux reactor 异步模式下：通过 contextWrite 往context中设置trace_id
                    .contextWrite(context -> context.put(TraceConsts.TRACE_ID, MdcUtil.getTraceId()));
        }));
    }
    @Override
    public int getOrder() {
        return -90;
    }
    /**
     * 打印 request log
     */
    private void reqLog(ServerRequest request, boolean isFile, String body) {
        // URL query 参数
        String queryString = request.uri().getRawQuery();
        // header 参数
        HttpHeaders headers = request.headers().asHttpHeaders();
        String headersParams = headersToString(headers);
        if (isFile) {
            if (log.isInfoEnabled()) {
                log.info("请求参数 [{}] [{}] query:{}, headers:{}", request.uri().getPath(), request.methodName(), queryString, headersParams);
            }
            return;
        }
        // request body 长度处理，避免太长，打印耗性能
        String requestBody = AccessLogUtil.fixFieldAndReplaceWhite(body, AccessLogUtil.DEF_MAX_LEN);
        if (log.isInfoEnabled()) {
            log.info("请求参数 [{}] [{}] query:{}, headers:{}, body:{}", request.uri().getPath(), request.methodName(), queryString, headersParams, requestBody);
        }
    }
    /**
     * 过滤headers，避免打印过多的日志
     */
    private String headersToString(HttpHeaders headers) {
        Map map = new HashMap();
        for (Map.Entry entry : headers.entrySet()) {
            if (RequestParamUtil.containsHeader(entry.getKey())) {
                map.put(entry.getKey(), entry.getValue().toString());
            }
        }
        return JSON.toJSONString(map);
    }
    /**
     * Request装饰器，重新计算 headers
     */
    private ServerHttpRequestDecorator requestDecorator(ServerWebExchange exchange, HttpHeaders headers,
         CachedBodyOutputMessage outputMessage) {
        return new ServerHttpRequestDecorator(exchange.getRequest()) {
            @Override
            public HttpHeaders getHeaders() {
                long contentLength = headers.getContentLength();
                HttpHeaders httpHeaders = new HttpHeaders();
                httpHeaders.putAll(super.getHeaders());
                if (contentLength > 0) {
                    httpHeaders.setContentLength(contentLength);
                } else {
                    httpHeaders.set(HttpHeaders.TRANSFER_ENCODING, "chunked");
                }
                return httpHeaders;
            }
            @Override
            public Flux getBody() {
                return outputMessage.getBody();
            }
        };
    }
    /**
     * Response装饰器，记录响应日志
     * 

     * 通过 DataBufferFactory 解决响应体分段传输问题。
     */
    private ServerHttpResponseDecorator responseDecoratorAndRecordLog(ServerWebExchange exchange, StopWatch stopWatch) {
        ServerHttpResponse response = exchange.getResponse();
        DataBufferFactory bufferFactory = response.bufferFactory();
        return new ServerHttpResponseDecorator(response) {
            @Override
            public Mono writeWith(Publisher

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