在一個(gè)應(yīng)用程序或庫的開發(fā)過程中，除了其本身的邏輯以外，開發(fā)人員還需要做很多額外的工作，以保證編寫的代碼可以正確的運(yùn)行，或者在出錯(cuò)時(shí)可以快速定位到錯(cuò)誤的位置以及原因，這就需要引入一些額外的工具，trace 就是其中特別好用的一種，下文我將會(huì)簡(jiǎn)單介紹 trace，并以 Rust 為例，演示 trace 在 Rust 中的使用方法。

可觀測(cè)性

Logs、Metrics 和 Traces 并稱為可觀測(cè)性三大支柱，通過分析它們輸出的數(shù)據(jù)，開發(fā)人員能夠更好的觀測(cè)到系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，更快的定位問題，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

日志(Logs)

日志作為最常用的可觀測(cè)性數(shù)據(jù)源之一，相信多數(shù)開發(fā)者都比較熟悉。其本質(zhì)上就是一種帶有時(shí)間戳的離散事件記錄，通常用于記錄系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，日志的使用十分簡(jiǎn)單，只需要在代碼中需要報(bào)告信息的點(diǎn)添加一行代碼，就可以將這些信息輸出到控制臺(tái)或文件中，但是日志也有很大的缺點(diǎn)，它的輸出是離散的，這意味著在記錄的時(shí)候，無法將日志信息相互關(guān)聯(lián)，也無法知道日志信息的上下文，尤其是在多線程的環(huán)境下，最終輸出的信息比較混亂，不便于檢索和分析。

指標(biāo)(Metrics)

指標(biāo)是一種定量衡量，例如平均值、比率和百分比等。其值始終為數(shù)字而非文本，可以通過數(shù)學(xué)方法統(tǒng)計(jì)和分析，其主要用于描述系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，比如 CPU 的使用率、內(nèi)存的使用率、磁盤的使用率等，這些數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也可以用來預(yù)警。

追蹤(Traces)

追蹤是一種用于記錄系統(tǒng)中一次請(qǐng)求的完整生命周期的數(shù)據(jù)，它可以記錄下一個(gè)請(qǐng)求從開始到結(jié)束的所有信息，包括請(qǐng)求的發(fā)起者、接收者、請(qǐng)求的路徑、請(qǐng)求的狀態(tài)、請(qǐng)求的耗時(shí)、請(qǐng)求的錯(cuò)誤信息等，這些信息可以用來分析系統(tǒng)的性能瓶頸，也可以用來分析系統(tǒng)的錯(cuò)誤。追蹤本質(zhì)上也是一種日志，他與日志的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十分相似，但是它能夠提供比日志更豐富的信息。特別是在分布式系統(tǒng)中，追蹤能夠跨越多個(gè)服務(wù)，匯總出一次請(qǐng)求的完整信息，讓開發(fā)人員能夠更方便的找到系統(tǒng)中的問題。

Rust 中的 Trace

Rust 社區(qū)中比較有名的 trace 實(shí)現(xiàn)有三個(gè)：

• tracing 由 tokio 團(tuán)隊(duì)維護(hù)，目前使用最廣泛，生態(tài)也比較完善
• rustracing 使用人數(shù)相對(duì)較少
• minitrace tikv 團(tuán)隊(duì)打造，性能最好

接下來就以 tracing 為例，介紹一下trace 的核心概念以及使用方法：

Span

Span 可以說是 trace 中最關(guān)鍵的概念之一，它表示的是一個(gè)過程，也就是一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的所有事件的集合，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含著 Span 的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，在分析數(shù)據(jù)是可以借助工具直觀的看到某次請(qǐng)求或操作的耗時(shí)情況。在同一個(gè) trace 流程中的所有 Span 都共享這相同的 Trace Id ，每個(gè) Span 也有著自己的 Span Id，并且 Span 還支持嵌套，嵌套的 Span 中也會(huì)保存著相應(yīng)的父子關(guān)系，最終可以靠這些信息，將請(qǐng)求的完整生命周期串聯(lián)起來，并且不會(huì)與相同時(shí)間段內(nèi)的其他請(qǐng)求產(chǎn)生干擾。

use tracing::{span, Level};
 
fn main() {
    let span = span!(Level::INFO, "span");
    let _enter = span.enter();
    // enter 后進(jìn)入該 span 的上下文
    // 可以記錄信息到 span 中
} // 離開作用域后，_enter 被 drop，對(duì)應(yīng)的 span 在此結(jié)束

以上代碼是創(chuàng)建并使用一個(gè) Span 最簡(jiǎn)單的方式，除此以外還有幾種不同的方式

#[instrument] // tracing 會(huì)為當(dāng)前函數(shù)自動(dòng)創(chuàng)建 span ，該 span 名與函數(shù)相同，并且整個(gè)函數(shù)都在該 span 的上下文內(nèi)
fn do_something() {
    // some event
    let span = span!(Level::INFO, "external function");
    span.in_scope(|| some_external_function()); //對(duì)于無法添加 #[instrument] 的外部函數(shù)，也可以使用 in_scope 方法讓其在 span 的上下文中執(zhí)行
}
 
#[instrument] // 此方法同樣對(duì)異步函數(shù)適用
async fn do_something_async() {
    let future = async {
        // some async code
    };
    let span = span!(Level::INFO, "future");
    future.instrument(span).await; // 也可以在 future .await 之前將 span 附加給 future
}
 
// async 代碼中要避免以下情況
async fn some_async_code() {
    let span = span!(Level::INFO, "span");
    let _enter = span.enter();
    // 此處進(jìn)入 span 的上下文，直到 _enter 被 drop 后才會(huì)結(jié)束
    async_fn().await; // .await 時(shí)，task 可能會(huì)讓出當(dāng)前線程的執(zhí)行權(quán)，而此時(shí) _enter 還沒有 drop，因此可能會(huì)錯(cuò)誤的記錄到其他 task 的 enent.
}

Event

Event 與日志類似，表示的是某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的事件，但與日志不同的是，Event 可以將信息記錄到 Span 的上下文中，這樣在分析數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接查看 Span 中發(fā)生的所有事件。

use tracing::{event, info, span, Level};
 
fn main() {
    event!(Level::INFO, "event"); // 在 span 的上下文之外記錄一個(gè) Leval 為 INFO 的 event
 
    let span = span!(Level::INFO, "span");
    let _enter = span.enter();
 
    event!(Level::INFO, "event"); // 在 span 的上下文內(nèi)記錄 event
 
    info!("something with info level"); // 也可以使用和 log 相同的形式記錄 event
}

Collector

以上的示例不會(huì)有任何可見的輸出，因?yàn)槲覀冞€沒有配置 Collector，tracing 中所有的 Span 和 Event 都是通過 Collector 來收集的，Collector 會(huì)將 Span 和 Event 以一定的格式輸出到指定的地方，比如 stdout、stderr、文件、網(wǎng)絡(luò)等。tracing-subscriber 的 fmt 模塊提供了一個(gè) Collector ，可以方便的輸出事件信息。

use tracing::info;
use tracing_subscriber;
 
fn main() {
    // 初始化全局 Collector
    tracing_subscriber::fmt::init();
 
    info!("Hello, world!");
}

運(yùn)行上面這段代碼，可以在終端中看到一條 INFO 級(jí)別的事件，如果需要將 Trace 信息發(fā)送到其他地方，就要用到其他的 Collector 實(shí)現(xiàn)，比如 tracing-appender 這個(gè) crate，可以將 Trace 信息輸出到文件中。

在 Rust 中使用

tracing 的完整示例

use std::{thread::sleep, time::Duration};
 
use tracing::{debug, info, info_span, instrument};
 
#[instrument]
fn expensive_work(secs: u64) {
    debug!("doing expensive work");
    sleep(Duration::from_secs(secs));
    debug!("done with expensive work");
}
 
fn main() {
    tracing_subscriber::fmt()
        // enable everything
        .with_max_level(tracing::Level::TRACE)
        // sets this to be the default, global collector for this application.
        .init();
    let span = info_span!("root");
    let _enter = span.enter();
 
    info!("some info in the root span");
 
    expensive_work(1);
}

運(yùn)行以上代碼將會(huì)的到以下輸出

2022-12-01T02:50:59.425475Z  INFO root: tracing_example: some info in the root span
2022-12-01T02:50:59.425518Z DEBUG root:expensive_work{secs=1}: tracing_example: doing expensive work
2022-12-01T02:51:00.425722Z DEBUG root:expensive_work{secs=1}: tracing_example: done with expensive work

每個(gè)事件都已相同的格式輸出，此輸出模式下，與 log 的輸出十分相似，

但 tracing 輸出的內(nèi)容多出了 Span 相關(guān)的信息。由 instrument 生成的 Span 還自動(dòng)添加了函數(shù)的參數(shù)信息。下面介紹的 OpenTelemetry 和 Jaeger，還可以讓我們更加直觀的查看 Span 之間的時(shí)間關(guān)系。

Trace 的標(biāo)準(zhǔn)化

想要讓 Trace 跨越多個(gè)服務(wù)，集成到多種不同的語言，那就必須要規(guī)定大家相互調(diào)用的規(guī)范，要遵守一套相同的協(xié)議，才能讓 Trace 的數(shù)據(jù)在不同的系統(tǒng)中都能夠正常傳遞，Trace 早期誕生了兩種規(guī)范，分別是 OpenTracing 和 OpenCensus，后來為了規(guī)范的統(tǒng)一，OpenTracing 和 OpenCensus 合并成了 OpenTelemetry，現(xiàn)在已經(jīng)成為了 Trace 的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。OpenTelemetry 提供了不同語言的 SDK，可以方便的集成到不同的系統(tǒng)中，對(duì)于 Rust ，它提供了一系列相關(guān)的 crate 用于集成。tracing 也提供了 tracing-OpenTelemetry 用來將其收集到的信息發(fā)送到兼容 OpenTelemetry 的分布式追蹤系統(tǒng)中。

Trace 數(shù)據(jù)的可視化分析

Jaeger 是受到 Dapper 和 OpenZipkin 啟發(fā)的開源分布式跟蹤系統(tǒng)，由 Uber 開發(fā)，現(xiàn)已捐贈(zèng)給 CNCF。Jaeger 通過收集 Trace 數(shù)據(jù)，將其可視化展示，方便開發(fā)者分析系統(tǒng)的問題。下圖為 Jaeger 部署的示例。

要將 Trace 數(shù)據(jù)發(fā)送給 Jaeger，需要在我們的應(yīng)用中添加 jaeger-client 。OpenTelemetry 提供的 crate 中，就包括了響應(yīng)的 jaeger-clinet 實(shí)現(xiàn): opentelemetry-jaeger。它會(huì)將 Span 信息以 UDP 包的形式發(fā)送到 jaeger-agent，jaeger-agent 將一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)打包分批發(fā)送到 jaeger-collector，再由 jaeger-collector 把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，我們?cè)?jaeger 的 UI 中就可以查詢到這些數(shù)據(jù)。

OpenTelemetry 的倉庫中也提供了以上流程的示例，我們可以直接運(yùn)行這個(gè)示例，然后在 jaeger 的前端我們就可以得到下圖的內(nèi)容:

有了這些數(shù)據(jù)，開發(fā)人員就能夠快速定位到請(qǐng)求的主要耗時(shí)部分，也能夠通過其中包含的事件獲取到請(qǐng)求內(nèi)的消息記錄。

總結(jié)

對(duì)于大多數(shù)同步程序，用 Log 就能夠滿足需求，并且使用起來也足夠簡(jiǎn)單，但是一旦涉及到異步程序或其他的一些復(fù)雜情況，Log 就會(huì)變得不那么好用了，一段時(shí)間內(nèi)的 Log 信息可能來自于多個(gè)不同的處理流程，難以快速方便的獲取我們需要的信息，而 Trace 則能夠很好的解決這個(gè)問題。

到此這篇關(guān)于Rust 語言的全鏈路追蹤庫 tracing的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Rust 全鏈路追蹤庫 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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