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spring-boot-starter-actuator与应用监控

所有的应用开发完成之后,其最终目的都是为了上线运行,SpringBoot 应用也不例外,而在应用运行的漫长生命周期内,为了保障其可以持续稳定的服务,我们通常需要对其进行监控,从而可以了解应用的运行状态,并根据情况决定是否需要对其运行状态进行调整。

顺应需求,SpringBoot 框架提供了 spring-boot-starter-actuator 自动配置模块用于支持 SpringBoot 应用的监控。Actuator 这个词即使翻译过来也不是很容易理解(比如翻译成“制动器;传动装置;执行机构”等)。

如图 1 所示,形象的描述了 Actuator 是什么。
Sensor和Actuator示意图
图 1  Sensor 和 Actuator 示意图

为了能够感知应用的运行状态,我们通常会设置一些监控指标并采集分析,这些监控指标的采集需要在应用内部设置相应的监控点,这类监控点一般只是读取状态数据,我们通常称它们为 Sensor,即中文一般称为“传感器”的东西。

应用的运行状态数据通过 Sensors 采集上来之后,我们通常会有专门的系统对这些数据进行分析和判断,一旦某个指标数据超出了预定的阈值,这往往意味着应用的运行状态在这个指标上出现了“不健康”的现象,我们希望对这个指标进行调整,而为了能够执行调整,我们需要预先在应用内部设置对应的执行调整逻辑的控制器。

比如,直接关闭的开关,或者可以执行微调甚至像刹车一样直接快速拉低某个指标值的装置,这些控制器就称为 Actuator。虽然我们日常天天在说“监控,监控”,但实际上“监”跟“控”是两个概念,Sensor 更多服务于“监”的场景,而 Actuator 则服务于“控”的场景。

spring-boot-starter-actuator 自动配置模块默认提供了很多 endpoint,虽然自动配置模块名为 spring-boot-starter-actuator,但实际上这些 endpoint 可以按照“监”和“控”划分为两类:

1. Sensor 类 endpoints

名称 说明
autoconfig 这个 endpoint 会为我们提供一份 SpringBoot 的自动配置报告,告诉我们哪些自动配置模块生效了,以及哪些没有生效,原因是什么。
beans 给出当前应用的容器中所有 bean 的信息。
configprops 对现有容器中的 ConfigurationProperties 提供的信息进行“消毒”处理后给出汇总信息。
info 提供当前 SpringBoot 应用的任意信息,我们可以通过 Environment 或者 application.properties 等形式提供以 info. 为前缀的任何配置项,然后 info 这个 endpoint 就会将这些配置项的值作为信息的一部分展示出来。
health 针对当前 SpringBoot 应用的健康检查用的 endpoint。
env 关于当前 SpringBoot 应用对应的 Environment 信息。
metrics 当前 SprinBoot 应用的 metrics 信息。
trace 当前 SpringBoot 应用的 trace 信息。
mapping 如果是基于 SpringMVC 的 Web 应用,mapping 这个 endpoint 将给出 @RequestMapping 相关信息。

2. Actuator 类 endpoints

  • shutdown:用于关闭当前 SpringBoot 应用的 endpoint。
  • dump:用于执行线程的 dump 操作。

默认情况下,除了 shutdown 这个 endpoint(因为比较危险,如果没有安全防护,谁都可以访问它,然后关闭应用),其他 endpoints 都是默认启用的。

生产环境下,如果没有启用安全防护(比如没有依赖 spring-boot-starter-security),那么,建议遵循 Deny By Default 原则,将所有的 endpoints 都关掉,然后根据具体情况单独启用某些 endpoint:

endpoints.enabled=falseendpoints.info.enabled=trueendpoints.health.enabled=true...

所有配置项以 endpoints. 为前缀,然后根据 endpoint 名称划分具体配置项。大部分 endpoints 都是开箱即用,但依然有些 endpoint 提供给我们进一步扩展的权利,比如健康状态检查相关的 endpoint(health endpoint)。

自定义应用的健康状态检查

应用的健康状态检查是很普遍的监控需求,SpringBoot 也预先通过 org.springframework.boot.actuate.autoconfigure.HealthIndicatorAutoConfiguration 为我们提供了一些常见服务的监控检查支持,比如:
  • DataSourceHealthIndicator
  • DiskSpaceHealthIndicator
  • RedisHealthIndicator
  • SolrHealthIndicator
  • MongoHealthIndicator

如果这些默认提供的健康检查支持依然无法满足我们的需要,SpringBoot 还允许我们提供更多的 HealthIndicator 实现,只要将这些 HealthIndicator 实现类注册到 IoC 容器,SpringBoot 会自动发现并使用它们。

假设需要检查依赖的 dubbo 服务是否处于健康状态,我们可以实现一个 DubboHealthIndicator:
import com.alibaba.dubbo.config.spring.ReferenceBean;
import com.alibaba.dubbo.rpc.service.EchoService;
import org.springframework.boot.actuate.health.AbstractHealthIndicator;
import org.springframework.boot.actuate.health.Health;

public class DubboHealthIndicator extends AbstractHealthIndicator {
    private final ReferenceBean bean;

    public DubboHealthIndicator(ReferenceBean bean) {
        this.bean = bean;
    }

    @Override
    protected void doHealthCheck(Health.Builder builder) throws Exception {
        builder.withDetail("interface", bean.getObjectType());
        final EchoService service = (EchoService) bean.getObject();
        service.$echo("hi");
        builder.up();
    }
}
要实现一个自定义的 HealthIndicator,一般我们不会直接实现(Implements)HealthIndicator 接口,而是继承 AbstractHealthIndicator:
public abstract class AbstractHealthIndicator implements HealthIndicator {
    @Override
    public final Health health() {
        Health.Builder builder = new Health.Builder();
        try {
            doHealthCheck(builder);
        } catch (Exception ex) {
            builder.down(ex);
        }
        return builder.build();
    }

    protected abstract void doHealthCheck(Health.Builder builder)
            throws Exception;
}
好处就是,我们只需实现 doHealthCheck,在其中实现我们面向的具体服务的健康检查逻辑就可以了,因此,在 DubboHealthIndicator 实现类中,我们通过 dubbo 框架提供的 EchoService 直接检查相应的 dubbo 服务健康状态即可,只要没有任何异常抛出,我们就认为检查的 dubbo 服务是状态健康的,所以,最后会通过 Health.Builder 的 up() 方法标记服务状态为正常运行。

为了完成对 dubbo 服务的健康检查,只实现一个 DubboHealthIndicator 是不够的,我们还需要将其注册到 IoC 容器中,但是一个一个单独注册太费劲了,而且还要自己提供针对某个 dubbo 服务的 ReferenceBean 依赖实例。

所以,为了一劳永逸,也为了其他人能够同样方便地使用针对 dubbo 服务的健康检查支持,我们可以在 DubboHealthIndicator 的基础上实现一个 spring-boot-starter-dubbo-health-indicator 自动配置模块,即:
@Configuration
@ConditionalOnClass(name = { "com.alibaba.dubbo.rpc.Exporter" })
public class DubboHealthIndicatorConfiguration {
    @Autowired
    HealthAggregator healthAggregator;
    @Autowired(required = false)
    Map<String, ReferenceBean> references;

    @Bean
    public HealthIndicator dubboHealthIndicator() {
        Map<String, HealthIndicator> indicators = new HashMap<>();
        for (String key : references.keySet()) {
            final ReferenceBean bean = references.get(key);
            indicators.put(key.startsWith("&") ? key.replaceFirst("&", "")
                    : key, new DubboHealthIndicator(bean));
        }
        return new CompositeHealthIndicator(healthAggregator, indicators);
    }
}
然后我们在 spring-boot-starter-dubbo-health-indicator 的 META-INF/spring.factories 文件中添加如下配置:

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\com.keevol...DubboHealthIndicatorConfiguration 

现在,发布 spring-boot-starter-dubbo-health-indicator 并依赖它就可以自动享受到针对当前应用引用的所有 dubbo 服务进行健康检查的服务。

那么针对 Map<String,ReferenceBean>references 的依赖注入是从哪里来的?

其实 Spring 框架支持依赖注入 Key 的类型为 String 的 Map,遇到这种类型的 Map 声明(Map),Spring 框架将扫描容器中所有类型为 T 的 bean,然后以该 bean 的 name 作为 Map 的 Key,以 bean 实例作为对应的 Value,从而构建一个 Map 并注入到依赖处。

开放的 endpoints 才真正“有用”

不管是 spring-boot-starter-actuator 默认提供的 endpoint 实现,还是我们自己给出的 endpoint 实现,如果只是实现了放在 SpringBoot 应用的“身体内部”,那么它们不会发挥任何作用,只有将它们采集的信息暴露开放给外部监控者,或者允许外部监控者访问它们,这些 endpoints 才会真正发挥出它们的最大“功效”。

首先,spring-boot-starter-actuator 会通过 org.springframework.boot.actuate.autoconfigure.EndpointMBeanExportAutoConfiguration 将所有的 org.springframework.boot.actuate.endpoint.Endpoint 实例以 JMX MBean 的形式开放给外部监控者使用。

默认情况下,这些 Endpoint 对应的 JMX MBean 会放在 org.springframework.boot 命名空间下面,不过可以通过 endpoints.jmx.domain 配置项进行更改,比如 endpoints.jmx.domain=com.keevol.management。

EndpointMBeanExportAutoConfiguration 为我们提供了一条很好的应用监控实践之路,既然它会把所有的 org.springframework.boot.actuate.endpoint.Endpoint 实例都作为 JMX Mbean 开放出去,那么,我们就可以提供一批用于某些场景下的自定义 Endpoint 实现类,比如:
public class HelloEndpoint extends AbstractEndpoint<String> {
    public HelloEndpoint(String id) {
        super(id, false);
    }
    @Override
    public String invoke() {
        return "Hello, SpringBoot";
    }
}

然后,将像 HelloEndpoint 这样的实现类注册到 SpringBoot 应用的 IoC 容器,就可以扩展 SpringBoot 的 endpoints 功能了。

Endpoint 其实更适合简单的 Sensor 场景(即用于读取或者提供信息),或者简单功能的 actuator 场景(不需要行为参数),如果需要对 SpringBoot 进行更细粒度的监控,可以考虑直接使用 Spring 框架的 JMX 支持。

除了可以使用 JMX 将 spring-boot-starter-actuator 提供的(或者我们自己提供的)endpoints 开放访问,如果当前 SpringBoot 应用恰好又是一个 Web 应用。那么,这些 endpoints 还会通过 HTTP 协议开放给外部访问,与一般的 Web 请求处理一样,使用的也是 Web 应用使用的 HTTP 服务器和地址端口。

因为每个 Endpoint 都有一个 id 作为唯一标识,所以,这些 endpoints 的默认访问路径其实就是它们的 id,比如 info 这个 endpoint 的 HTTP 访问路径就是 /info,而 beans 这个 endpoint 的 HTTP 访问路径则是 /beans,以此类推。

SpringBoot 允许我们通过 management. 为前缀的配置项对 endpoints 的 HTTP 开放行为进行调整:
  • 使用 management.context-path=设置自定义的 endpoints 访问上下文路径,默认直接根路径,即 /info,/beans 等形式。
  • 使用 management.address= 配置单独的 HTTP 服务监听地址,比如只允许本地访问。

management.address=127.0.0.1 使用 management.port=设置单独的监听端口,默认与 web 应用的对外服务端口相同。

我们可以通过 management.port=8888 将管理接口的 HTTP 对外监听端口设置为 8888,但如果 management.port=-1,则意味着我们将关闭管理接口的 HTTP 对外服务。

JMX 和 HTTP 是 endpoints 对外开放访问最常用的方式,鉴于 Java 的序列化漏洞以及 JMX 的远程访问防火墙问题,建议用 HTTP 并配合安全防护将 SpringBoot 应用的 endpoints 开放给外部监控者使用。

用还是不用,这是个问题

endpoints 属于 spring-boot-starter-actuator 提供的主要功能之一,除此之外,spring-boot-starter-actuator 还提供了更多针对应用监控的支持和实现方案。

1. CrshAutoConfiguration 与 spring-boot-starter-remote-shell

spring-boot-starter-actuator 提供了基于 CRaSH(http://www.crashub.org/)的远程 Shell(Remote Shell)支持,从笔者角度来看,这是一把双刃剑,不建议在生产环境使用,因为提供给自己便利的同时,也为黑客朋友们提供了便利。如果实在要用,请加强安全认证和防护。

不过,这里我们还是会为大家分析一下 spring-boot-starter-actuator 是如何提供针对 CRaSH 的支持的。

spring-boot-starter-actuator 提供了 org.springframework.boot.actuate.autoconfigure.CrshAutoConfiguration 自动配置类,该类会在 org.crsh.plugin.PluginLifeCycle 出现在 classpath 中的时候生效。

所以,只要将 CRaSH 作为依赖加入应用的 classpath 依赖就可以了,最简单直接的做法是让需要启用 CRaSH 的 SpringBoot 应用依赖 spring-boot-starter-remote-shell 自动配置模块,spring-boot-starter-remote-shell 的主要功效就是提供了针对 CRaSH 的各项依赖。

2. SpringBoot 的 Metrics 与 Dropwizard 的 Metrics

SpringBoot 提供了一套自己的针对系统指标的度量框架,这个框架的核心设计如图 2 所示。
SpringBoot框架的Metrics核心类设计示意图
图 2  SpringBoot 框架的 Metrics 核心类设计示意图

基本上,我们只需关注 org.springframework.boot.actuate.endpoint.PublicMetrics 即可,它可以理解为提供一组 Metric 的集合,我们既可以通过 PublicMetrics 来汇总和管理 Metric,也可以通过 MetricRepository 来存储和管理 Metric。

一旦使用了 spring-boot-starter-actuator,只要当前 SpringBoot 应用的 ApplicationContext 中存在任何 PublicMetrics 实例,EndpointAutoConfiguration 就会将这些 PublicMetrics 采集汇总到一起,然后通过 MetricsEndpoint 将它们开放出去。

spring-boot-starter-actuator 提供的 org.springframework.boot.actuate.autoconfigure.PublicMetricsAutoConfiguration 默认会把一个 SystemPublicMetrics 开放出来,用于提供系统各项指标的度量和状态采集,另外一个就是会把当前 SpringBoot 应用的 ApplicationContext 的 org.springframework.boot.actuate.metrics.repository.MetricRepository 实例中的所有 Metric 汇总并开放出去。

默认如果用户没有给出任何自定义的 MetricRepository,spring-boot-starter-actuator 会提供一个 InMemoryMetricRepository 实现,如果我们将 Dropwizard 的 Metrics 类库作为依赖加入 classpath,那么,Dropwizard Metrics 的 MetricRegistry 中所有的度量指标项也会通过 PublicMetrics 的形式开发暴露出来。

虽然 SpringBoot 提供的 metrics 框架也能帮助我们完成系统和应用指标的度量,但笔者更倾向于使用 Dropwizard 这种特定场景下比较完善的方案,从 metrics 的类型,到外围系统的集成,Dropwizard metrics 都更加成熟和完备。

3. Auditing 与 Trace

SpringBoot 的 Auditing 和 Trace 支持都遵循数据/事件+Repository 的设计(如图 3 所示)。
SpringBoot框架Audit和Trace功能支持核心类示意图
图 3  SpringBoot 框架 Audit 和 Trace 功能支持核心类示意图

从设计上来说是很简单清晰的,也有很好的统一性,但实际应用过程中,我们依然会更加倾向于特定场景的方案选型,比如 Auditing。

我们可能只是通过打印日志时候的 Logger 名称来区分并记录 Audit 事件,然后通过日志采集通道汇总分析就可以了,而不用非要实现一个 LogFileBasedAuditEventRepository 或者 ElasticSearchBasedAuditEventRepository 之类的实现,否则看起来难免有些“学究”气。对于 Trace 来说也是同样道理,我们可能直接使用完备的 APM 方案而不是单一或者少量 Trace 事件的记录。

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