中間件增強框架之-CaptureFramework框架

一、背景

應用服務監控是智能運維繫統的重要組成部分。在UAV系統中，中間件增強框架（MOF）探針提供了應用畫像及性能數據收集等功能，其中數據收集功能主要採集四類數據：實時數據、畫像數據、調用鏈接數據生成以及線程數據分析數據。爲實現實時數據採集，UAVStack設計了CaptureFramework框架，提供統一的數據抓取行爲和生成抓取結果能力。

二、CaptureFramework運行原理

2.1 關鍵技術說明

• JavaAssist
• Monitor捕獲體系
• precap/docap

2.2 架構說明

• 捕獲點：支持Tomcat、MSCP、Springboot、Jetty埋點。
• UAVServer單例：作爲統一的捕獲入口點，提供了同步和異步方法。
• StandardMonitor：實現了Monitor接口，是實時數據抓取實現類，提供了doCapture方法，負責抓取行爲和生成抓取結果。
• MonitorElemCapHandler：不同的抓取邏輯和抓取點的共同接口實現不同的埋點邏輯，提供了抓取行爲的方法preCap與doCap以及生成抓取結果的方法preStore。
• StandardMonitorRepository：存儲實時數據抓取數據結構。
• DataObserver：暴露了JMX/HTTP接口數據。

2.3 關鍵類說明

• Monitor實時監控主要是從DefaultMonitorSupporter類啓動初始化StandardMonitor對象，通過CaptureFramework將monitor對象安裝到DataStore對象中。
• DataObserver提供JMX/HTTP服務，供後續MA抓取使用，其中Http服務註冊了三個handler，分別爲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的指標數據計算和統計。

2.4 捕獲點剖析

CaptureFrameWork框架提供了統一的捕獲入口點，在UAVServer中分別提供了同步方法與異步方法：

• 同步捕獲入口點：runMonitorCaptureOnServerCapPoint
• 異步捕獲入口點：runMonitorAsyncCaptureOnServerCapPoint

2.4.1 同步與異步調用的差異分析

異步比同步多增加了一個參數CaptureContextMapFromAnotherThread，該參數若不爲空，則需要合併上下文的信息。一般情況下在使用異步方法埋點時，在方法執行前調用異步捕獲方法傳入的CaptureContextMapFromAnotherThread爲空，並返回封裝好的上下文信息，在方法執行結束後調用異步捕獲方法傳入上下文信息，並進行上下文信息合併，再進行具體的捕獲操作，具體可參考以下代碼片段：

• 方法執行前的異步調用

• 方法執行後的異步調用如下，其中ccMap爲異步調用返回的封裝好的上下文信息

2.5 抓取行爲剖析

• Monitor接口：提供了多個接口，其中最主要的是doCapture與doPreStore方法，doCapture用來實現在特定的捕獲點執行抓取數據行爲，doPreStore方法用來實現在存儲到數據結構之前的一些捕獲動作，做一些特殊數據的處理。
• StandardMonitor類： Monitor接口的具體實現類。
• StandardMonitorRepository類：存儲實時數據抓取數據結構。
• MonitorElementInstance接口：存儲實時數據抓取數據結構的實例接口。
• StandardMonitorElementInstance類：MonitorElementInstance接口的具體實現類。

無論是同步捕獲入口點還是異步捕獲入口點都會執行doCapture方法，代碼片段如下：

monitor.doCapture是調用了Monitor接口中的doCapture，其實現類是StandardMonitor。

StandardMonitor中的doCapture方法主要做了如下操作：

• 根據參數獲取當前的MonitorElement數組，MonitorElement數組通過StandardMonitorRepository的getElementByCapId實現；
• 循環處理MonitorElement數組，獲取捕捉數據實現類，根據實現類獲取當前要執行的handler，最後根據當前獲取的handler判斷捕獲階段（precap/docap），然後進行相應的處理。不同的handler根據不同的特性處理生成MonitorElementInstance，最後將結果存儲在StandardMonitorRepository數據結構中。

以ServerEndRespTimeCapHandler（服務端抓取行爲）爲例：

• preCap方法：只記錄了服務的開始請求時間。
• doCap方法：根據不同的monitorElemId進行不同的邏輯處理，最後封裝好MonitorElementInstance實例，然後再進行抓取行爲結果的處理，其中包含最大值消峯、最大值、最小值、返回狀態碼、時間戳更新、計數等相應的數據處理。

三、實時數據採集

3.1 什麼是實時數據

即運行時數據，指的是在程序運行時產生的信息，程序佔用的CPU、堆內存、JVM信息以及提供服務訪問與客戶端調用的相關統計信息(平均響應時間、訪問計數等)。

3.2 服務端數據採集

DefaultMonitorSupporter的實現

服務端數據採集以DefaultMonitorSupporter.start爲入口點，構建monitor實例：

默認構建service類型的StandardMonitor實例，其中包含StandardMonitorRepository實例，StandardMonitorRepository實例註冊monitor，一個該實例包含多個MonitorElement實例，並將所有的MonitorElement實例保存在elemsMap屬性中。

elemsMap屬性根據不同的採集對象保存不同的採集類handler：

• ServerEndRespTimeCapHandler：採集Server、APP、URL的響應時間和加載計數等.
• JVMStateCapHandler：採集jvm狀態，包括Heap使用、GC計數、線程計數、CPU、class計數等。

代碼片段如下：

3.3 客戶端數據採集

DefaultClientMonitorSupporter的實現

客戶端數據採集以DefaultClientMonitorSupporter.start爲入口點，構建monitor實例：

默認構建client類型的StandardMonitor實例，其中包含StandardMonitorRepository實例，StandardMonitorRepository實例註冊monitor，一個該實例包含多個MonitorElement實例，並將所有的MonitorElement實例保存在elemsMap屬性中。

• elemsMap：屬性只保存一個ClientRespTimeCapHandler採集類。
• ClientRespTimeCapHandler：採集客戶端的響應時間和加載計數等。

無論是客戶端的數據採集還是服務端的數據採集，都會將monitor安裝到DataObserver中；並且最後都會將構建成功的monitor綁定至指定的捕獲方法（即precap和docap）。

3.4 DataObServer的實現

DataObServer提供了兩種模式來暴露接口數據，分別爲JMX和HTTP：

• HTTP方式：由HttpDataObserverWorker.start作爲入口點，分別註冊了三個handler，分別爲獲取JVM數據、Monitor數據以及profile數據的handler。不同的handler暴露了不同的接口，最終都返回了JSON格式的數據。
• JMX方式：JMX代理通過getMBeanInfo方法獲取暴露的接口，來獲取數據。

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：

官方網站：https://uavorg.github.io/main/

開源地址：https://github.com/uavorg

UAV MOF工作原理之Agent注入機制原理：http://college.creditease.cn/#/detail/199

作者：王林林