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一、背景

應(yīng)用服務(wù)監(jiān)控是智能運(yùn)維系統(tǒng)的重要組成部分。在UAV系統(tǒng)中，中間件增強(qiáng)框架（MOF）探針提供了應(yīng)用畫像及性能數(shù)據(jù)收集等功能，其中數(shù)據(jù)收集功能主要采集四類數(shù)據(jù)：實(shí)時數(shù)據(jù)、畫像數(shù)據(jù)、調(diào)用鏈接數(shù)據(jù)生成以及線程數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)采集，UAVStack設(shè)計了CaptureFramework框架，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)抓取行為和生成抓取結(jié)果能力。

二、CaptureFramework運(yùn)行原理

2.1 關(guān)鍵技術(shù)說明

• JavaAssist

• Monitor捕獲體系

• precap/docap

2.2 架構(gòu)說明

• 捕獲點(diǎn)：支持Tomcat、MSCP、Springboot、Jetty埋點(diǎn)。

• UAVServer單例：作為統(tǒng)一的捕獲入口點(diǎn)，提供了同步和異步方法。

• StandardMonitor：實(shí)現(xiàn)了Monitor接口，是實(shí)時數(shù)據(jù)抓取實(shí)現(xiàn)類，提供了doCapture方法，負(fù)責(zé)抓取行為和生成抓取結(jié)果。

• MonitorElemCapHandler：不同的抓取邏輯和抓取點(diǎn)的共同接口實(shí)現(xiàn)不同的埋點(diǎn)邏輯，提供了抓取行為的方法preCap與doCap以及生成抓取結(jié)果的方法preStore。

• StandardMonitorRepository：存儲實(shí)時數(shù)據(jù)抓取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• DataObserver：暴露了JMX/HTTP接口數(shù)據(jù)。

2.3 關(guān)鍵類說明

• Monitor實(shí)時監(jiān)控主要是從DefaultMonitorSupporter類啟動初始化StandardMonitor對象，通過CaptureFramework將monitor對象安裝到DataStore對象中。

• DataObserver提供JMX/HTTP服務(wù)，供后續(xù)MA抓取使用，其中Http服務(wù)注冊了三個handler，分別為HttpJEEJVMObserver、HttpJEEMonitorObserver、 HttpJEEProfileObserver。不同的handler暴露了不同的接口。

• MonitorHandler包下的Handler類具體處理Monitor的指標(biāo)數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計。

2.4 捕獲點(diǎn)剖析

CaptureFrameWork框架提供了統(tǒng)一的捕獲入口點(diǎn)，在UAVServer中分別提供了同步方法與異步方法：

• 同步捕獲入口點(diǎn)：runMonitorCaptureOnServerCapPoint

• 異步捕獲入口點(diǎn)：runMonitorAsyncCaptureOnServerCapPoint

2.4.1 同步與異步調(diào)用的差異分析

異步比同步多增加了一個參數(shù)CaptureContextMapFromAnotherThread，該參數(shù)若不為空，則需要合并上下文的信息。一般情況下在使用異步方法埋點(diǎn)時，在方法執(zhí)行前調(diào)用異步捕獲方法傳入的CaptureContextMapFromAnotherThread為空，并返回封裝好的上下文信息，在方法執(zhí)行結(jié)束后調(diào)用異步捕獲方法傳入上下文信息，并進(jìn)行上下文信息合并，再進(jìn)行具體的捕獲操作，具體可參考以下代碼片段：

• 方法執(zhí)行前的異步調(diào)用

• 方法執(zhí)行后的異步調(diào)用如下，其中ccMap為異步調(diào)用返回的封裝好的上下文信息

2.5 抓取行為剖析

• Monitor接口：提供了多個接口，其中最主要的是doCapture與doPreStore方法，doCapture用來實(shí)現(xiàn)在特定的捕獲點(diǎn)執(zhí)行抓取數(shù)據(jù)行為，doPreStore方法用來實(shí)現(xiàn)在存儲到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之前的一些捕獲動作，做一些特殊數(shù)據(jù)的處理。

• StandardMonitor類： Monitor接口的具體實(shí)現(xiàn)類。

• StandardMonitorRepository類：存儲實(shí)時數(shù)據(jù)抓取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• MonitorElementInstance接口：存儲實(shí)時數(shù)據(jù)抓取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)例接口。

• StandardMonitorElementInstance類：MonitorElementInstance接口的具體實(shí)現(xiàn)類。

無論是同步捕獲入口點(diǎn)還是異步捕獲入口點(diǎn)都會執(zhí)行doCapture方法，代碼片段如下：

monitor.doCapture是調(diào)用了Monitor接口中的doCapture，其實(shí)現(xiàn)類是StandardMonitor。

StandardMonitor中的doCapture方法主要做了如下操作：

• 根據(jù)參數(shù)獲取當(dāng)前的MonitorElement數(shù)組，MonitorElement數(shù)組通過StandardMonitorRepository的getElementByCapId實(shí)現(xiàn)；

• 循環(huán)處理MonitorElement數(shù)組，獲取捕捉數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)類，根據(jù)實(shí)現(xiàn)類獲取當(dāng)前要執(zhí)行的handler，最后根據(jù)當(dāng)前獲取的handler判斷捕獲階段（precap/docap），然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。不同的handler根據(jù)不同的特性處理生成MonitorElementInstance，最后將結(jié)果存儲在StandardMonitorRepository數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

以ServerEndRespTimeCapHandler（服務(wù)端抓取行為）為例：

• preCap方法：只記錄了服務(wù)的開始請求時間。

• doCap方法：根據(jù)不同的monitorElemId進(jìn)行不同的邏輯處理，最后封裝好MonitorElementInstance實(shí)例，然后再進(jìn)行抓取行為結(jié)果的處理，其中包含大值消峰、大值、最小值、返回狀態(tài)碼、時間戳更新、計數(shù)等相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

三、實(shí)時數(shù)據(jù)采集

3.1 什么是實(shí)時數(shù)據(jù)

即運(yùn)行時數(shù)據(jù)，指的是在程序運(yùn)行時產(chǎn)生的信息，程序占用的CPU、堆內(nèi)存、JVM信息以及提供服務(wù)訪問與客戶端調(diào)用的相關(guān)統(tǒng)計信息(平均響應(yīng)時間、訪問計數(shù)等)。

3.2 服務(wù)端數(shù)據(jù)采集

DefaultMonitorSupporter的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)端數(shù)據(jù)采集以DefaultMonitorSupporter.start為入口點(diǎn)，構(gòu)建monitor實(shí)例：

默認(rèn)構(gòu)建service類型的StandardMonitor實(shí)例，其中包含StandardMonitorRepository實(shí)例，StandardMonitorRepository實(shí)例注冊monitor，一個該實(shí)例包含多個MonitorElement實(shí)例，并將所有的MonitorElement實(shí)例保存在elemsMap屬性中。

elemsMap屬性根據(jù)不同的采集對象保存不同的采集類handler：

• ServerEndRespTimeCapHandler：采集Server、APP、URL的響應(yīng)時間和加載計數(shù)等.

• JVMStateCapHandler：采集jvm狀態(tài)，包括Heap使用、GC計數(shù)、線程計數(shù)、CPU、class計數(shù)等。

代碼片段如下：

3.3 客戶端數(shù)據(jù)采集

DefaultClientMonitorSupporter的實(shí)現(xiàn) 

客戶端數(shù)據(jù)采集以DefaultClientMonitorSupporter.start為入口點(diǎn)，構(gòu)建monitor實(shí)例：

默認(rèn)構(gòu)建client類型的StandardMonitor實(shí)例，其中包含StandardMonitorRepository實(shí)例，StandardMonitorRepository實(shí)例注冊monitor，一個該實(shí)例包含多個MonitorElement實(shí)例，并將所有的MonitorElement實(shí)例保存在elemsMap屬性中。

• elemsMap：屬性只保存一個ClientRespTimeCapHandler采集類。

• ClientRespTimeCapHandler：采集客戶端的響應(yīng)時間和加載計數(shù)等。

無論是客戶端的數(shù)據(jù)采集還是服務(wù)端的數(shù)據(jù)采集，都會將monitor安裝到DataObserver中；并且最后都會將構(gòu)建成功的monitor綁定至指定的捕獲方法（即precap和docap）。

3.4 DataObServer的實(shí)現(xiàn)

DataObServer提供了兩種模式來暴露接口數(shù)據(jù)，分別為JMX和HTTP：

• HTTP方式：由HttpDataObserverWorker.start作為入口點(diǎn)，分別注冊了三個handler，分別為獲取JVM數(shù)據(jù)、Monitor數(shù)據(jù)以及profile數(shù)據(jù)的handler。不同的handler暴露了不同的接口，最終都返回了JSON格式的數(shù)據(jù)。

• JMX方式：JMX代理通過getMBeanInfo方法獲取暴露的接口，來獲取數(shù)據(jù)。

DataObServer還提供了安裝與卸載monitor、增加與移除listener以及獲取profile和monitor的方法：

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