SpringBoot + MDC 实现全链路调用日志跟踪

时间：2023-01-17 10:52:35
SpringBoot + MDC 实现全链路调用日志跟踪

写在前面

通过本文将了解到什么是MDC、MDC应用中存在的问题、如何解决存在的问题

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MDC介绍

简介：

MDC（Mapped Diagnostic Context，映射调试上下文）是 log4j 、logback及log4j2 提供的一种方便在多线程条件下记录日志的功能。MDC 可以看成是一个与当前线程绑定的哈希表 ，可以往其中添加键值对。MDC 中包含的内容可以被同一线程中执行的代码所访问 。

当前线程的子线程会继承其父线程中的 MDC 的内容。当需要记录日志时，只需要从 MDC 中获取所需的信息即可。MDC 的内容则由程序在适当的时候保存进去。对于一个 Web 应用来说，通常是在请求被处理的最开始保存这些数据

API说明：

  • clear() => 移除所有MDC

  • get (String key) => 获取当前线程MDC中指定key的值

  • getContext() => 获取当前线程MDC的MDC

  • put(String key, Object o) => 往当前线程的MDC中存入指定的键值对

  • remove(String key) => 删除当前线程MDC中指定的键值对

优点：

代码简洁，日志风格统一，不需要在log打印中手动拼写traceId，即LOGGER.info("traceId:{} ", traceId)

暂时只能想到这一点

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MDC使用

添加拦截器

public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor {
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        //如果有上层调用就用上层的ID
        String traceId = request.getHeader(Constants.TRACE_ID);
        if (traceId == null) {
            traceId = TraceIdUtil.getTraceId();
        }

        MDC.put(Constants.TRACE_ID, traceId);
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView)
            throws Exception {
    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)
            throws Exception {
        //调用结束后删除
        MDC.remove(Constants.TRACE_ID);
    }
}

  • 修改日志格式

<property name="pattern">[TRACEID:%X{traceId}] %d{HH:mm:ss.SSS} %-5level %class{-1}.%M()/%L - %msg%xEx%n</property>

重点是%X{traceId}，traceId和MDC中的键名称一致

简单使用就这么容易，但是在有些情况下traceId将获取不到

SpringBoot + MDC 实现全链路调用日志跟踪

MDC 存在的问题

  • 子线程中打印日志丢失traceId

  • HTTP调用丢失traceId

......丢失traceId的情况，来一个再解决一个，绝不提前优化

解决MDC存在的问题

子线程日志打印丢失traceId

子线程在打印日志的过程中traceId将丢失，解决方式为重写线程池，对于直接new创建线程的情况不考略【实际应用中应该避免这种用法】，重写线程池无非是对任务进行一次封装

线程池封装类：ThreadPoolExecutorMdcWrapper.java

public class ThreadPoolExecutorMdcWrapper extends ThreadPoolExecutor {
    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }

    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory);
    }

    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, handler);
    }

    public ThreadPoolExecutorMdcWrapper(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                        BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory,
                                        RejectedExecutionHandler handler) {
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, handler);
    }

    @Override
    public void execute(Runnable task) {
        super.execute(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
    }

    @Override
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        return super.submit(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()), result);
    }

    @Override
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        return super.submit(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
    }

    @Override
    public Future<?> submit(Runnable task) {
        return super.submit(ThreadMdcUtil.wrap(task, MDC.getCopyOfContextMap()));
    }
}

说明：

  • 继承ThreadPoolExecutor类，重新执行任务的方法

  • 通过ThreadMdcUtil对任务进行一次包装

线程traceId封装工具类：ThreadMdcUtil.java

public class ThreadMdcUtil {
    public static void setTraceIdIfAbsent() {
        if (MDC.get(Constants.TRACE_ID) == null) {
            MDC.put(Constants.TRACE_ID, TraceIdUtil.getTraceId());
        }
    }

    public static <T> Callable<T> wrap(final Callable<T> callable, final Map<String, String> context) {
        return () -> {
            if (context == null) {
                MDC.clear();
            } else {
                MDC.setContextMap(context);
            }
            setTraceIdIfAbsent();
            try {
                return callable.call();
            } finally {
                MDC.clear();
            }
        };
    }

    public static Runnable wrap(final Runnable runnable, final Map<String, String> context) {
        return () -> {
            if (context == null) {
                MDC.clear();
            } else {
                MDC.setContextMap(context);
            }
            setTraceIdIfAbsent();
            try {
                runnable.run();
            } finally {
                MDC.clear();
            }
        };
    }
}

说明【以封装Runnable为例】：

  • 判断当前线程对应MDC的Map是否存在，存在则设置

  • 设置MDC中的traceId值，不存在则新生成，针对不是子线程的情况，如果是子线程，MDC中traceId不为null

  • 执行run方法

代码等同于以下写法，会更直观

public static Runnable wrap(final Runnable runnable, final Map<String, String> context) {
        return new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                if (context == null) {
                    MDC.clear();
                } else {
                    MDC.setContextMap(context);
                }
                setTraceIdIfAbsent();
                try {
                    runnable.run();
                } finally {
                    MDC.clear();
                }
            }
        };
    }

重新返回的是包装后的Runnable，在该任务执行之前【runnable.run()】先将主线程的Map设置到当前线程中【 即MDC.setContextMap(context)】，这样子线程和主线程MDC对应的Map就是一样的了

  • 判断当前线程对应MDC的Map是否存在，存在则设置

  • 设置MDC中的traceId值，不存在则新生成，针对不是子线程的情况，如果是子线程，MDC中traceId不为null

  • 执行run方法

HTTP调用丢失traceId

在使用HTTP调用第三方服务接口时traceId将丢失，需要对HTTP调用工具进行改造，在发送时在request header中添加traceId，在下层被调用方添加拦截器获取header中的traceId添加到MDC中

HTTP调用有多种方式，比较常见的有HttpClient、OKHttp、RestTemplate，所以只给出这几种HTTP调用的解决方式

HttpClient：

  • 实现HttpClient拦截器

public class HttpClientTraceIdInterceptor implements HttpRequestInterceptor {
    @Override
    public void process(HttpRequest httpRequest, HttpContext httpContext) throws HttpException, IOException {
        String traceId = MDC.get(Constants.TRACE_ID);
        //当前线程调用中有traceId，则将该traceId进行透传
        if (traceId != null) {
            //添加请求体
            httpRequest.addHeader(Constants.TRACE_ID, traceId);
        }
    }
}

实现HttpRequestInterceptor接口并重写process方法

如果调用线程中含有traceId，则需要将获取到的traceId通过request中的header向下透传下去

  • 为HttpClient添加拦截器

private static CloseableHttpClient httpClient = HttpClientBuilder.create()
            .addInterceptorFirst(new HttpClientTraceIdInterceptor())
            .build();

通过addInterceptorFirst方法为HttpClient添加拦截器

OKHttp：

  • 实现OKHttp拦截器

public class OkHttpTraceIdInterceptor implements Interceptor {
    @Override
    public Response intercept(Chain chain) throws IOException {
        String traceId = MDC.get(Constants.TRACE_ID);
        Request request = null;
        if (traceId != null) {
            //添加请求体
            request = chain.request().newBuilder().addHeader(Constants.TRACE_ID, traceId).build();
        }
        Response originResponse = chain.proceed(request);

        return originResponse;
    }
}

实现Interceptor拦截器，重写interceptor方法，实现逻辑和HttpClient差不多，如果能够获取到当前线程的traceId则向下透传

  • 为OkHttp添加拦截器

 private static OkHttpClient client = new OkHttpClient.Builder()
            .addNetworkInterceptor(new OkHttpTraceIdInterceptor())
            .build();

调用addNetworkInterceptor方法添加拦截器

RestTemplate：

  • 实现RestTemplate拦截器

public class RestTemplateTraceIdInterceptor implements ClientHttpRequestInterceptor {
    @Override
    public ClientHttpResponse intercept(HttpRequest httpRequest, byte[] bytes, ClientHttpRequestExecution clientHttpRequestExecution) throws IOException {
        String traceId = MDC.get(Constants.TRACE_ID);
        if (traceId != null) {
            httpRequest.getHeaders().add(Constants.TRACE_ID, traceId);
        }

        return clientHttpRequestExecution.execute(httpRequest, bytes);
    }
}

实现ClientHttpRequestInterceptor接口，并重写intercept方法，其余逻辑都是一样的不重复说明

  • 为RestTemplate添加拦截器

restTemplate.setInterceptors(Arrays.asList(new RestTemplateTraceIdInterceptor()));

调用setInterceptors方法添加拦截器

第三方服务拦截器：

HTTP调用第三方服务接口全流程traceId需要第三方服务配合，第三方服务需要添加拦截器拿到request header中的traceId并添加到MDC中

public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor {
    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        //如果有上层调用就用上层的ID
        String traceId = request.getHeader(Constants.TRACE_ID);
        if (traceId == null) {
            traceId = TraceIdUtils.getTraceId();
        }
        
        MDC.put("traceId", traceId);
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView)
            throws Exception {
    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)
            throws Exception {
        MDC.remove(Constants.TRACE_ID);
    }
}

说明：

  • 先从request header中获取traceId

  • 从request header中获取不到traceId则说明不是第三方调用，直接生成一个新的traceId

  • 将生成的traceId存入MDC中

除了需要添加拦截器之外，还需要在日志格式中添加traceId的打印，如下：

 <property name="pattern">[TRACEID:%X{traceId}] %d{HH:mm:ss.SSS} %-5level %class{-1}.%M()/%L - %msg%xEx%n</property>

需要添加%X{traceId}

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