Java中使用Micrometer来实现监控数据的输出

作者: 睦月MTK | 来源:发表于2020-04-15 17:35 被阅读0次

声明：
1.本节以Prometheus作为监控平台来监控，所以Micrometer的实现模块选择的也是Prometheus的
2.本节主要展示效果，具体写法请阅读参考文档列出的文章

$主要内容$

一、如何在Springboot项目中使用Micrometer

spring boot actuator中配置了与Micrometer相关的自动配置，只要添加Mircrometer的具体实现模块的依赖即可，配置完成后，运行程序，即可在/actuator/prometheus路径下看到输出的metric信息

添加依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>io.micrometer</groupId>
    <artifactId>micrometer-registry-prometheus</artifactId>
    <version>1.2.1</version>
</dependency>

如果在运行时会出现找不到方法之类的异常，请适当降低依赖micrometer-registry-prometheus的版本

配置spring boot actuator

management:
  endpoints:
    web:
      exposure:
        include: "health,info,prometheus"

二、注册表

Micrometer中核心两个内容便是meter和registry，注册表用于将各种meter注册到自身中进行管理，而meter就是各种监控的工具，比如计数器，计量器，计时器等等。不同的监控系统会有不同的注册表实现，其基类都是MeterRegistry，对应于Prometheus的注册表是PrometheusMeterRegistry。
Spring boot中只要你配置好了上节所述的内容后，就会自动生成一个MeterRegistry类型的bean，你只需要在需要使用它的地方注入即可，如果你需要自定义MeterRegistry的各种配置，比如公共标签（所有该项目的监控信息都会加上一个相同的标签）等等，你可以配置一个类型为MeterRegistryCustomizer<MeterRegistry>的bean，来进行一些自定义的操作：

@Bean
@ConditionalOnBean({MtkMeterRegistryAutoConfiguration.class})
@Autowired
public MeterRegistryCustomizer<MeterRegistry> meterRegistryCustomizer(MtkMeterRegistryConfiguration mtkMeterRegistryConfiguration){
    return mtkMeterRegistryConfiguration::apply;
}

三、计数器

计数器用来表示计数类监控项目，比如“控制器的访问次数”，“方法的调用次数”等等，这类监控信息都是只增不减的，且和次数有关。

创建一个计数器，对访问页面"/meter/greet"的次数进行计数

控制器

/**
* 每访问一次该页面，green_count计数器+1
*/
@RequestMapping("/greet")
public String greet(){
    return "greet count: " + metricTemplate.counterAdd("greet.count");
}

MetricTemplate#counterAdd

public double counterAdd(String counterName , String... tags){
    return counterAdd(counterName , 1 , tags);
}

public double counterAdd(String counterName , double increment ,String... tags){
    Counter counter = meterRegistry.counter(counterName, tags);
    counter.increment(increment);
    return counter.count();
}

访问localhost:8080/meter/greet5次
访问localhost:8080/actuator/prometheus搜索"greet_count"

# HELP greet_count_total  
# TYPE greet_count_total counter
greet_count_total{project="mtk-micrometer",} 5.0

四、计量器

计量器用于持续计量类的任务，比如“集合长度”、“加载了类的个数”、“最大访问时间”等等。

创建一个计量器，对一个集合的长度进行计量，每访问/meter/random一次，这个集合长度就会加一

控制器

@Autowired
public MeterTest(MetricTemplate metricTemplate){
    this.metricTemplate = metricTemplate;
    //计量器初始化
    this.metricTemplate.gaugeSet("random.list.gauge" , target -> ((List)target).size() , randomIntList);
}
/**
 *每访问一次，生成一个随机值，并存入randomIntList
 * @return 返回随机产生的值
 */
@RequestMapping("/random")
public int randomNumber(){
    int randomNumber = (int) (Math.random() * 100);
    randomIntList.add(randomNumber);
    return randomNumber;
}

MetricTemplate#gaugeSet

public void gaugeSet(String gaugeName , ToDoubleFunction<Object> f , Object target , String... tags){
    ArrayList<Tag> tagList = new ArrayList<>();
    if(tags.length %2 == 1) throw new IllegalArgumentException("Tags length is not correctly, length: " + tags.length);
    for(int i = 0 ; i < tags.length ; i+=2){
        tagList.add(Tag.of(tags[i] , tags[i+1]));
    }
    meterRegistry.gauge(gaugeName , tagList , target , f);
}

访问localhost:8080/meter/random
访问localhost:8080/actuator/prometheus搜索"random_list_gauge"

# HELP random_list_gauge  
# TYPE random_list_gauge gauge
random_list_gauge{project="mtk-micrometer",} 5.0

Tips
- 不要用计量器去测量没有测量上下限的玩意儿
- 不要用计量器做计数器做的事
- 计量器中对测量对象的引用使用的都是弱引用(WeakReference)，所以不会影响到垃圾收集，但因此若是目标对象被垃圾收集了，则计量器的显示结果将会是NaN
- 不要用计量器去计量装箱类型的数值，因为它们是不可变的，尝试去重新为新值注册同名计量器也是不允许的，因为注册表只可存在一份同（名、标签）的Meter

五、计时器

计时器用于计时类监控，比如“某个线程的执行时间”，“某个操作的执行时间”。计时器有两种，一种是普通计时器，一种是长任务计时器，前者会在计时的任务结束后将计时器注册到注册表中，后者则可以实时显示任务执行了多久，即使任务还没执行完。需要注意的是，在使用record(Runnable runnable)方法对Runnable进行计时时，并不会去启动一个线程，而是执行Runnable中的run方法，并对该方法的执行时间进行计时。

创建一个计时器，该计时器会对一个新启动的线程进行计时，该线程一共运行5s，访问/meter/timer就会触发

控制器

/**
 * 访问该页面后会启动一个执行5秒的线程，并用timer计算执行的时间
 */
@RequestMapping("/timer")
public void timerTest(){
    Meter.Id meterIdentity = metricTemplate.startTimer("timer.test");
    new Thread(() -> {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        metricTemplate.stopTimer(meterIdentity);
    }).start();
}

MetricTemplate#startTimer和MetricTemplate#stopTimer

public Meter.Id startTimer(String timerName , String... tags){
    Tags meterTags = Tags.of(tags);
    Meter.Id meterIdentity = new Meter.Id(timerName , meterTags , null , null , null);
    Timer.Sample sample = Timer.start();
    sampleMap.put(meterIdentity , sample);
    return meterIdentity;
}

public void stopTimer(Meter.Id meterIdentity){
    Timer.Sample sample = sampleMap.remove(meterIdentity);
    sample.stop(meterRegistry.timer(meterIdentity.getName() ,   meterIdentity.getTags()));
}

访问localhost:8080/meter/timer触发线程
5秒后，访问localhost:8080/meter/prometheus搜索"timer_test"

# HELP timer_test_seconds  
# TYPE timer_test_seconds summary
timer_test_seconds_count{project="mtk-micrometer",} 1.0
timer_test_seconds_sum{project="mtk-micrometer",} 5.017332
# HELP timer_test_seconds_max  
# TYPE timer_test_seconds_max gauge
timer_test_seconds_max{project="mtk-micrometer",} 5.017332

使用@Timed注解快速为一个方法设定时间监控

由于@Timed是基于Aop的，故你需要有AspectJ依赖，而且@Timed注解默认是无效的，你需要添加一个timedAspect来开启这个功能

@Bean
@Autowired
@ConditionalOnMissingBean
public TimedAspect timedAspect(MeterRegistry meterRegistry){
    return new TimedAspect();
}

然后你就可以在任意方法上使用@Timed注解来开启时间监控功能了

@Timed
public void sleep5SecondsFunc(){
    try {
        Thread.currentThread().sleep(5000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

结果：

# HELP method_timed_seconds  
# TYPE method_timed_seconds summary
method_timed_seconds_count{class="cn.mutsuki.micrometer.service.ExampleService",exception="none",method="sleep5SecondsFunc",project="mtk-micrometer",} 1.0
method_timed_seconds_sum{class="cn.mutsuki.micrometer.service.ExampleService",exception="none",method="sleep5SecondsFunc",project="mtk-micrometer",} 5.0255475
# HELP method_timed_seconds_max  
# TYPE method_timed_seconds_max gauge
method_timed_seconds_max{class="cn.mutsuki.micrometer.service.ExampleService",exception="none",method="sleep5SecondsFunc",project="mtk-micrometer",} 5.0255475

$额外内容$

六、Meter的命名

监控系统会根据得到的监控信息的名称来进行一定的分析，所以如果你的命名毫无章法，那么可能会削弱一些监控的性能，Micrometer通过一个名为NamingConvention的接口来规定命名的规则。比如你在程序中使用了java.jvm.memory来命名一个Meter，而你使用的NamingConvention的实现类是针对于Prometheus的，那么监控信息的输出结果上，该Meter对应的信息的名字会是java_jvm_memory。Micrometer默认的命名规则，是以句点进行分割。下面给出同一个名字在不同监控系统的本地化命名：

原命名：http.server.requests
Prometheus : http_server_requests_duration_seconds
Atlas : httpServerRequests
Graphite : http.server.requests
InfluxDB : http_server_requests

七、Meter过滤器

Meter过滤器会根据一定的规则来判断一个Meter是否应该被注入到注册表中，以及何时注入到注册表中，也可以用来对匹配的Meter进行一些额外的配置，比如添加前缀等等。除此之外，Timer和DistributionSummary这两种Meter还包含了额外的统计数据的相关配置，这也可以使用过滤器来实现一次性的配置。

如何创建一个过滤器？
创建一个过滤器有两种方式，第一种是创建实现MeterFilter接口的类，第二种是使用MeterFilter自带的多种静态方法。
MeterFilter中核心的几个方法如下：
- MeterFilterReply accept(Id id) : 根据输入的Meter.Id来判断该Meter注入到注册表的策略
- Id map(Id id) ：根据输入的Meter.Id来返回一个新的Meter.Id代替旧的
- DistributionStatisticConfig configure(Id id, DistributionStatisticConfig config) ：统计数据的相关配置（Timer和DistributionSummary适用）
MeterFilterReply是一个枚举，用来表示注册的策略，它一共有三种值：
- DENY 不允许该Meter注册
- NEUTRAL 如果没有其他过滤器返回DENY则注册
- ACCEPT 立即注册，不用管其后是否有其他的过滤器
MeterFilter提供的一些易用的方法
- MeterFilter accept() 返回具有通过规则的过滤器
- MeterFilter deny() 返回具有拒绝规则的过滤器
- MeterFilter accept(final Predicate<Id> iff)/MeterFilter deny(final Predicate<Id> iff)根据Predicate语句的结果来是通过/拒绝（返回true），还是中立（返回false）
- MeterFilter denyUnless(final Predicate<Id> iff) 就是MeterFilter deny(final Predicate<Id> iff)结果的反过来
- MeterFilter commonTags(final Iterable<Tag> tags) 给所有Meter添加公共的标签
- acceptNameStartsWith(String prefix)/denyNameStartsWith(String prefix)根据Meter的名字前缀来判断是通过还是拒绝
- MeterFilter maximumAllowableMetrics(final int maximumTimeSeries) 如果注册的Meter达到参数指定的上限，则无法注册
- MeterFilter renameTag(final String meterNamePrefix, final String fromTagKey, final String toTagKey)如果Meter的名字是以meterNamePrefix为前缀，且标签中有fromTagKey的标签，则将该标签改为toTagKey，标签对应的值保持不变
- MeterFilter ignoreTags(final String... tagKeys)将所有Meter的与tagKeys匹配的标签去除掉
MeterFilter可以串起来使用，如下例是个白名单的应用示例：

registry.config()
    .meterFilter(MeterFilter.acceptNameStartsWith("http"))
    .meterFilter(MeterFilter.deny()); (1)

当Meter的名字为“http”开头时才允许该Meter被使用

参考文档：
[1] 使用 Micrometer 记录 Java 应用性能指标
[2] Micrometer官方文档

测试项目地址：

Java中使用Micrometer来实现监控数据的输出

一、如何在Springboot项目中使用Micrometer

二、注册表

三、计数器

四、计量器

五、计时器

六、Meter的命名

七、Meter过滤器

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