详解Java中日志跟踪的简单实现

2022-11-13 16:11:28 简单跟踪详解

一、前言

在编码过程中，常常需要写打印日志语句，我们期望的是同一个业务的日志都在一块，在出问题的时候好根据日志来排查问题。而现实是在应用运行中，日志的输出常常来自不同线程，甚至是在不同微服务中，各种日志记录往往彼此穿插，很难串起来。所以往往在日志中手动增加一些关键字，来对接口的调用链路来进行跟踪。但这种手动增加关键字或唯一标识的做法在微服务场景下，很难在上下游应用的开发人员的编码风格形成统一的规范，并且手动编写也很难称得上优雅。

二、MDC介绍

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，MDC 中包含的内容可以被同一线程中执行的代码所访问。

MDC中的键值对是可以直接被日志框架所使用（即“打印”）的，只需要配置相应日志pattern。例如pattern如下：

%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] [%X{TraceId}] %-5level %logger{50} - %msg%n

代码如下：

public class MDCTest {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(MDCTest.class);

    @Test
    void test() {
        MDC.put("TraceId", "123456789");
        log.info("hello {}", "world");
    }
}

此时控制台将输出：

21:16:04.342 [main] [123456789] INFO com.nk.MDCTest - hello world

三、实现方案

1、基本思路

修改日志pattern，并在业务开始的时候将trace id放入到MDC，在业务结束时去除MDC的trace id。这样的好处便是代码简洁，不需要手动写trace id，日志风格也能保持统一。

业务开始的时机一般是应用收到Http请求，所以可以用Filter或springMVC的Interceptor来对MDC中trace id进行初始化和清除。在dubbo调用的时候也可以通过类似功能的Filter来对MDC中trace id进行操作，从而达到trace id传递的作用。

2、实现（以springBoot为例）

2.1 修改log pattern

在SpringBoot中，直接修改application.properties即可：

logging.pattern.console=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] [%X{TraceId}] %-5level %logger{50} - %msg%n

重点在于%X{TraceId}，其中TraceId需要作为key出现在MDC里。

2.2 业务开始

TraceId工具类，封装MDC关于trace id的基础操作：

public final class TraceIdUtil {

    private static final String TRACE_ID_KEY = "TraceId";

    private TraceIdUtil() {
    }

    public static void putIfAbsent() {
        if (StrUtil.isBlank(get())) {
            put(UUID.randomUUID().toString());
        }
    }

    public static void remove() {
        if (get() != null) {
            MDC.remove(TRACE_ID_KEY);
        }
    }

    public static String get() {
        return MDC.get(TRACE_ID_KEY);
    }

    public static void put(String traceId) {
        MDC.put(TRACE_ID_KEY, traceId);
    }
}

Filter方式和Interceptor二选其一既可，其基本思想是一样的。

Filter方式

@Component
public class LogFilter implements Filter {

    @Override
    public void doFilter(ServletRequest servletRequest, 
                         ServletResponse servletResponse, 
                         FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
        TraceIdUtil.putIfAbsent();//生成trace id放入MDC中
        try {
            filterChain.doFilter(servletRequest, servletResponse);
        } finally {
            TraceIdUtil.remove();//移除MDC中的trace id
        }
    }
}

Interceptor

@Configuration
public class LogInterceptor implements WEBmvcConfigurer {

    @Override
    public void addInterceptors(InterceptorReGIStry registry) {
        registry.addInterceptor(new AsyncHandlerInterceptor() {
            @Override
            public boolean preHandle(httpservletRequest request, 
                                     HttpServletResponse response, 
                                     Object handler) throws Exception {
                TraceIdUtil.putIfAbsent();//生成trace id放入MDC中
                return AsyncHandlerInterceptor.super.preHandle(request, response, handler);
            }
            
            @Override
            public void afterCompletion(HttpServletRequest request, 
                                        HttpServletResponse response, 
                                        Object handler, Exception ex) throws Exception {
                TraceIdUtil.remove();//移除MDC中的trace id
                AsyncHandlerInterceptor.super.afterCompletion(request, response, handler, ex);
            }
        });
        WebMvcConfigurer.super.addInterceptors(registry);
    }
}

2.3 业务中使用

正常使用logger，无需关心trace id。例如：

@RestController
@RequestMapping("/api/user")
@Slf4j
public class UserController {

    @Autowired
    private UserService userService;

    @GetMapping("/{userId}")
    public UserDto queryUser(@PathVariable Long userId) {
        log.info("query user by id:{}", userId);
        UserDto user = userService.query(userId);
        log.info("query user result:{}", user);
        return user;
    }
}

请求该接口将输出如下的日志样式：

2022-04-05 09:40:17.638 [http-NIO-8080-exec-1] [a02b13D81c224e49956afd4efbb85ca8] INFO com.nk.webapp.controller.UserController - ready to query user by id:1
2022-04-05 09:40:17.670 [http-nio-8080-exec-1] [a02b13d81c224e49956afd4efbb85ca8] INFO com.nk.webapp.controller.UserController - query result:UserDto(userId=1, username=zhang3, age=23, email=abc@example.com)

四、总结

日志链路的跟踪核心是使用MDC作为trace id载体，在业务开始阶段一般通过拦截器就生成trace id并放入到MDC中，并根据MDC的相关特性将trace id投射到日志文本中，从而实现在同一个业务调用链路中的日志具有唯一标识。

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