go-micro集成链路跟踪的方法和中间件原理

前几天有个同学想了解下如何在go-micro中做链路跟踪，这几天正好看到wrapper这块，wrapper这个东西在某些框架中也称为中间件，里边有个opentracing的插件，正好用来做链路追踪。opentracing是个规范，还需要搭配一个具体的实现，比如zipkin、jeager等，这里选择zipkin。

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链路跟踪实战

安装zipkin

通过docker快速启动一个zipkin服务端：

docker run -d -p 9411:9411 openzipkin/zipkin

程序结构

为了方便演示，这里把客户端和服务端放到了一个项目中，程序的目录结构是这样的：

main.go 服务端程序。
client/main.go 客户端程序。
config/config.go 程序用到的一些配置，比如服务的名称和监听端口、zipkin的访问地址等。
zipkin/ot-zipkin.go opentracing和zipkin相关的函数。

安装依赖包

需要安装go-micro、opentracing、zipkin相关的包：

go get go-micro.dev/v4@latest
go get github.com/go-micro/plugins/v4/wrapper/trace/opentracing
go get -u github.com/openzipkin-contrib/zipkin-go-opentracing

编写服务端

首先定义一个服务端业务处理程序：

type Hello struct {
}

func (h *Hello) Say(ctx context.Context, name *string, resp *string) error {
	*resp = "Hello " + *name
	return nil
}

这个程序只有一个方法Say，输入name，返回 "Hello " + name。

然后使用go-micro编写服务端框架程序：

func main() {
	tracer := zipkin.GetTracer(config.SERVICE_NAME, config.SERVICE_HOST)
	defer zipkin.Close()
	tracerHandler := opentracing.NewHandlerWrapper(tracer)

	service := micro.NewService(
		micro.Name(config.SERVICE_NAME),
		micro.Address(config.SERVICE_HOST),
		micro.WrapHandler(tracerHandler),
	)

	service.Init()

	micro.RegisterHandler(service.Server(), &Hello{})

	if err := service.Run(); err != nil {
		log.Println(err)
	}
}

这里NewService的时候除了指定服务的名称和访问地址，还通过micro.WrapHandler设置了一个用于链路跟踪的HandlerWrapper。

这个HandlerWrapper是通过go-micro的opentracing插件提供的，这个插件需要传入一个tracer。这个tracer可以通过前边安装的 zipkin-go-opentracing 包来创建，我们把创建逻辑封装在了config.go中：

func GetTracer(serviceName string, host string) opentracing.Tracer {
	// set up a span reporter
	zipkinReporter = zipkinhttp.NewReporter(config.ZIPKIN_SERVER_URL)

	// create our local service endpoint
	endpoint, err := zipkin.NewEndpoint(serviceName, host)
	if err != nil {
		log.Fatalf("unable to create local endpoint: %+v\n", err)
	}

	// initialize our tracer
	nativeTracer, err := zipkin.NewTracer(zipkinReporter, zipkin.WithLocalEndpoint(endpoint))
	if err != nil {
		log.Fatalf("unable to create tracer: %+v\n", err)
	}

	// use zipkin-go-opentracing to wrap our tracer
	tracer := zipkinot.Wrap(nativeTracer)
	opentracing.InitGlobalTracer(tracer)
	return tracer
}

service创建完毕之后，还要通过 micro.RegisterHandler 来注册前边编写的业务处理程序。

最后通过 service.Run 让服务运行起来。

编写客户端

再来看一下客户端的处理逻辑：

func main() {
	tracer := zipkin.GetTracer(config.CLIENT_NAME, config.CLIENT_HOST)
	defer zipkin.Close()
	tracerClient := opentracing.NewClientWrapper(tracer)

	service := micro.NewService(
		micro.Name(config.CLIENT_NAME),
		micro.Address(config.CLIENT_HOST),
		micro.WrapClient(tracerClient),
	)

	client := service.Client()

	go func() {
		for {
			<-time.After(time.Second)
			result := new(string)
			request := client.NewRequest(config.SERVICE_NAME, "Hello.Say", "FireflySoft")
			err := client.Call(context.TODO(), request, result)
			if err != nil {
				log.Println(err)
				continue
			}
			log.Println(*result)
		}
	}()

	service.Run()
}

这段代码开始也是先NewService，设置客户端程序的名称和监听地址，然后通过micro.WrapClient注入链路跟踪，这里注入的是一个ClientWrapper，也是由opentracing插件提供的。这里用的tracer和服务端tracer是一样的，都是通过config.go中GetTracer函数获取的。

然后为了方便演示，启动一个go routine，客户端每隔一秒发起一次RPC请求，并将返回结果打印出来。运行效果如图所示：

zipkin中跟踪到的访问日志：

Wrap原理分析

Wrap从字面意思上理解就是封装、嵌套，在很多的框架中也称为中间件，比如gin中，再比如ASP.NET Core中。这个部分就来分析下go-micro中Wrap的原理。

服务端Wrap

在go-micro中服务端处理请求的逻辑封装称为Handler，它的具体形式是一个func，定义为：

func(ctx context.Context, req Request, rsp interface{}) error

这个部分就来看一下服务端Handler是怎么被Wrap的。

HandlerWrapper

要想Wrap一个Handler，必须创建一个HandlerWrapper类型，这其实是一个func，其定义如下：

type HandlerWrapper func(HandlerFunc) HandlerFunc

它的参数和返回值都是HandlerFunc类型，其实就是上面提到的Handler的func定义。

以本文链路跟踪中使用的 tracerHandler 为例，看一下HandlerWrapper是如何实现的：

	func(h server.HandlerFunc) server.HandlerFunc {
		return func(ctx context.Context, req server.Request, rsp interface{}) error {
			...
			if err = h(ctx, req, rsp); err != nil {
			...
		}
	}

从中可以看出，Wrap一个Hander就是定义一个新Handler，在它的的内部调用传入的原Handler。

Wrap Handler

创建了一个HandlerWrapper之后，还需要把它加入到服务端的处理过程中。

go-micro在NewService的时候通过调用 micro.WrapHandler 设置这些 HandlerWrapper：

service := micro.NewService(
		...
		micro.WrapHandler(tracerHandler),
	)

WrapHandler的实现是这样的：

func WrapHandler(w ...server.HandlerWrapper) Option {
	return func(o *Options) {
		var wrappers []server.Option

		for _, wrap := range w {
			wrappers = append(wrappers, server.WrapHandler(wrap))
		}

		o.Server.Init(wrappers...)
	}
}

它返回的是一个函数，这个函数会将我们传入的HandlerWrapper通过server.WrapHandler转化为一个server.Option，然后交给Server.Init进行初始化处理。

这里的server.Option其实还是一个func，看一下WrapHandler的源码：

func WrapHandler(w HandlerWrapper) Option {
	return func(o *Options) {
		o.HdlrWrappers = append(o.HdlrWrappers, w)
	}
}

这个func将我们传入的HandlerWrapper添加到了一个切片中。

那么这个函数什么时候执行呢？就在Server.Init中。看一下Server.Init中的源码：

 func (s *rpcServer) Init(opts ...Option) error {
	...

	for _, opt := range opts {
		opt(&s.opts)
	}
	
	if s.opts.Router == nil {
		r := newRpcRouter()
		r.hdlrWrappers = s.opts.HdlrWrappers
		...
		s.router = r
	}

	...
}

它会遍历传入的所有server.Option，也就是执行每一个func(o *Options)。这样Options的切片HdlrWrappers中就添加了我们设置的HandlerWrapper，同时还把这个切片传递到了rpcServer的router中。

可以看到这里的Options就是rpcServer.opts，HandlerWrapper切片同时设置到了rpcServer.router和rpcServer.opts中。

还有一个问题：WrapHandler返回的func什么时候执行呢？

这个在micro.NewService -> newService -> newOptions中：

func newOptions(opts ...Option) Options {
	opt := Options{
	...
		Server:    server.DefaultServer,
	...
	}

	for _, o := range opts {
		o(&opt)
	}

	...
}

遍历opts就是执行每一个设置func，最终执行到rpcServer.Init。

到NewService执行完毕为止，我们设置的WrapHandler全部添加到了一个名为HdlrWrappers的切片中。

再来看一下服务端Wrapper的执行过程是什么样的？

执行Handler的这段代码在rpc_router.go中：

func (s *service) call(ctx context.Context, router *router, sending *sync.Mutex, mtype *methodType, req *request, argv, replyv reflect.Value, cc codec.Writer) error {
	defer router.freeRequest(req)

	...

	for i := len(router.hdlrWrappers); i > 0; i-- {
		fn = router.hdlrWrappers[i-1](fn)
	}

	...

	// execute handler
	return fn(ctx, r, rawStream)
}

根据前面的分析，可以知道router.hdlrWrappers中记录的就是所有的HandlerWrapper，这里通过遍历router.hdlrWrappers实现了HandlerWrapper的嵌套，注意这里遍历时索引采用了从大到小的顺序，后添加的先被Wrap，先添加在外层。

实际执行时就是先调用到最先添加的HandlerWrapper，然后一层层向里调用，最终调用到我们注册的业务Handler，然后再一层层的返回，每个HandlerWrapper都可以在调用下一层前后做些自己的工作，比如链路跟踪这里的检测执行时间。

客户端Wrap

在客户端中远程调用的定义在Client中，它是一个接口，定义了若干方法：

type Client interface {
	...
	Call(ctx context.Context, req Request, rsp interface{}, opts ...CallOption) error
	...
}

我们这里为了讲解方便，只关注Call方法，其它的先省略。

下面来看一下Client是怎么被Wrap的。

XXXWrapper

要想Wrap一个Client，需要通过struct嵌套这个Client，并实现Client接口的方法。至于这个struct的名字无法强制要求，一般以XXXWrapper命名。

这里以链路跟踪使用的 otWrapper 为例，它的定义如下：

type otWrapper struct {
	ot opentracing.Tracer
	client.Client
}

func (o *otWrapper) Call(ctx context.Context, req client.Request, rsp interface{}, opts ...client.CallOption) error {
	...
	if err = o.Client.Call(ctx, req, rsp, opts...); err != nil {
	...
}

...

注意XXXWrapper实现的接口方法中都去调用了被嵌套Client的对应接口方法，这是能够嵌套执行的关键。

Wrap Client

有了上面的 XXXWrapper，还需要把它注入到程序的执行流程中。

go-micro在NewService的时候通过调用 micro.WrapClient 设置这些 XXXWrapper：

service := micro.NewService(
		...
		micro.WrapClient(tracerClient),
	)

和WrapHandler差不多，WrapClient的参数不是直接传入XXXWrapper的实例，而是一个func，定义如下：

type Wrapper func(Client) Client

这个func需要将传入的的Client包装到 XXXWrapper 中，并返回 XXXWrapper 的实例。这里传入的 tracerClient 就是这样一个func：

return func(c client.Client) client.Client {
  if ot == nil {
  	ot = opentracing.GlobalTracer()
  }
  return &otWrapper{ot, c}
}

要实现Client的嵌套，可以给定一个初始的Client实例作为第一个此类func的输入，然后前一个func的输出作为后一个func的输入，依次执行，最终形成业务代码中要使用的Client实例，这很像俄罗斯套娃，它有很多层Client。

那么这个俄罗斯套娃是什么时候创建的呢？

在 micro.NewService -> newService -> newOptions中：

func newOptions(opts ...Option) Options {
	opt := Options{
		...
		Client:    client.DefaultClient,
		...
	}

	for _, o := range opts {
		o(&opt)
	}

	return opt
}

可以看到这里给Client设置了一个初始值，然后遍历这些NewService时传入的Option（WrapClient返回的也是Option），这些Option其实都是func，所以就是遍历执行这些func，执行这些func的时候会传入一些初始默认值，包括Client的初始值。

那么前一个func的输出怎么作为后一个func的输入的呢？再来看下WrapClient的源码：

func WrapClient(w ...client.Wrapper) Option {
	return func(o *Options) {
		for i := len(w); i > 0; i-- {
			o.Client = w[i-1](o.Client)
		}
	}
}

可以看到Wrap方法从Options中获取到当前的Client实例，把它传给Wrap func，然后新生成的实例又被设置到Options的Client字段中。

正是这样形成了前文所说的俄罗斯套娃。

再来看一下客户端调用的执行流程是什么样的？

通过service的Client()方法获取到Client实例，然后通过这个实例的Call()方法执行RPC调用。

client:=service.Client()
client.Call()

这个Client实例就是前文描述的套娃实例：

func (s *service) Client() client.Client {
	return s.opts.Client
}

前文提到过：XXXWrapper实现的接口方法中调用了被嵌套Client的对应接口方法。这就是能够嵌套执行的关键。

这里给一张图，让大家方便理解Wrap Client进行RPC调用的执行流程：

客户端Wrap和服务端Wrap的区别

一个重要的区别是：对于多次WrapClient，后添加的先被调用；对于多次WrapHandler，先添加的先被调用。

有一个比较怪异的地方是，WrapClient时如果传递了多个Wrapper实例，WrapClient会把顺序调整过来，这多个实例中前边的先被调用，这个处理和多次WrapClient处理的顺序相反，不是很理解。

func WrapClient(w ...client.Wrapper) Option {
	return func(o *Options) {
		// apply in reverse
		for i := len(w); i > 0; i-- {
			o.Client = w[i-1](o.Client)
		}
	}
}

客户端Wrap还提供了更低层级的CallWrapper，它的执行顺序和服务端HandlerWrapper的执行顺序一致，都是先添加的先被调用。

	// wrap the call in reverse
	for i := len(callOpts.CallWrappers); i > 0; i-- {
		rcall = callOpts.CallWrappers[i-1](rcall)
	}

还有一个比较大的区别是，服务端的Wrap是调用某个业务Handler之前临时加上的，客户端的Wrap则是在调用Client.Call时就已经创建好。这样做的原因是什么呢？这个可能是因为在服务端，业务Handler和HandlerWrapper是分别注册的，注册业务Handler时HandlerWrapper可能还不存在，只好采用动态Wrap的方式。而在客户端，通过Client.Call发起调用时，Client是发起调用的主体，用户有很多获取Client的方式，无法要求用户在每次调用前都临时Wrap。

Http服务的链路跟踪

关于Http或者说是Restful服务的链路跟踪，go-micro的httpClient支持CallWrapper，可以用WrapCall来添加链路跟踪的CallWrapper；但是其httpServer实现的比较简单，把http内部的Handler处理完全交出去了，不能用WrapHandler，只能自己在http的框架中来做这件事，比如go-micro+gin开发的Restful服务可以使用gin的中间件机制来做链路追踪。

以上就是本文的主要内容，如有错漏欢迎指正。

代码已经上传到Github，欢迎访问：https://github.com/bosima/go-demo/tree/main/go-micro-opentracing

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