Spring Boot 可视化监控

JavaSpringBoot

1、简介

当某个应用程序在生产环境中运行时，监控其运行状况是必要的。通过实时了解应用程序的运行状况，能在问题出现之前得到警告，也可以在客户注意到问题之前解决问题。
创建一个Spring Boot应用程序，在Spring Actuator，Micrometer，Prometheus和Grafana的帮助下来监控系统。其中，Spring Actuator和Micrometer是Spring Boot App的一部分。

简要说明了不同组件的目的：

• Spring Actuator：在应用程序里提供众多 Web 接口，通过它们了解应用程序运行时的内部状况。有关更多信息，请参见Spring Boot 2.0中的Spring Boot Actuator。
• Micrometer：为 Java 平台上的性能数据收集提供了一个通用的 API，它提供了多种度量指标类型（Timers、Guauges、Counters等），同时支持接入不同的监控系统，例如 Influxdb、Graphite、Prometheus 等。Spring Boot Actuator对此提供了支持。
• Prometheus：一个时间序列数据库，用于收集指标。
• Grafana：用于显示指标的仪表板。

下面，将分别介绍每个组件。

2、创建示例应用

首先要做的是创建一个可以监控的应用程序。通过Spring Initializr，并添加Spring Boot Actuator，Prometheus和Spring Web依赖项， 创建了一个如下所示的Spring MVC应用程序。

@RestController
public class MetricsController {
    @GetMapping("/endPoint1")
    public String endPoint1() {
        return "Metrics for endPoint1";
    }
    @GetMapping("/endPoint2")
    public String endPoint2() {
        return "Metrics for endPoint2";
    }
}

启动应用程序：

$ mvn spring-boot:run

验证接口是否正常：

$ curl http://localhost:8080/endPoint1Metrics for endPoint1$ curl http://localhost:8080/endPoint2Metrics for endPoint2

验证Spring Actuator接口。为了使响应信息方便可读，通过python -mjson.tool来格式化信息。

$ curl http://localhost:8080/actuator | python -mjson.tool
...
{
"_links":{
"self":{
"href":"http://localhost:8080/actuator",
"templated":false
      },
"health":{
"href":"http://localhost:8080/actuator/health",
"templated":false
      },
"health-path":{
"href":"http://localhost:8080/actuator/health/{*path}",
"templated":true
      },
"info":{
"href":"http://localhost:8080/actuator/info",
"templated":false
      }
   }
}

默认情况下，会显示以上信息。除此之外，Spring Actuator可以提供更多信息，但是需要启用它。为了启用Prometheus，需要将以下信息添加到application.properties文件中。

management.endpoints.web.exposure.include=health,info,prometheus

重启应用程序，访问http://localhost:8080/actuator/prometheus从Prometheus拉取数据，返回了大量可用的指标信息。这里只显示输出的一小部分，因为它是一个很长的列表。

$ curl http://localhost:8080/actuator/prometheus
# HELP jvm_gc_pause_seconds Time spent in GC pause
# TYPE jvm_gc_pause_seconds summary
jvm_gc_pause_seconds_count{action="end of minor GC",cause="G1 Evacuation Pause",} 2.0
jvm_gc_pause_seconds_sum{action="end of minor GC",cause="G1 Evacuation Pause",} 0.009
...

如前所述，还需要Micrometer。Micrometer为最流行的监控系统提供了一个简单的仪表板，允许仪表化JVM应用，而无需关心是哪个供应商提供的指标。它的作用和SLF4J类似，只不过它关注的不是Logging（日志），而是application metrics（应用指标）。简而言之，它就是应用监控界的SLF4J。
Spring Boot Actuator为Micrometer提供了自动配置。Spring Boot2在spring-boot-actuator中引入了micrometer，对1.x的metrics进行了重构，另外支持对接的监控系统也更加丰富(Atlas、Datadog、Ganglia、Graphite、Influx、JMX、NewRelic、Prometheus、SignalFx、StatsD、Wavefront)。
更新后的application.properties文件如下所示：

management.endpoints.web.exposure.include=health,info,metrics,prometheus

重启应用程序，并从http://localhost:8080/actuator/metrics中检索数据。

$ curl http://localhost:8080/actuator/metrics | python -mjson.tool
...
{
"names": [
"http.server.requests",
"jvm.buffer.count",
"jvm.buffer.memory.used",
...

可以直接通过指标名来检索具体信息。例如，如果查询http.server.requests指标，可以按以下方式检索：

$ curl http://localhost:8080/actuator/metrics/http.server.requests | python -mjson.tool
...
{
"name": "http.server.requests",
"description": null,
"baseUnit": "seconds",
"measurements": [
        {
"statistic": "COUNT",
"value": 3.0
        },
        {
"statistic": "TOTAL_TIME",
"value": 0.08918682
        },
...

3、添加Prometheus

Prometheus是Cloud Native Computing Foundation的一个开源监控系统。由于应用程序中有一个/actuator/Prometheus端点来供 Prometheus 抓取数据，因此现在可以配置Prometheus来监控Spring Boot应用程序。
Prometheus有几种安装方法，在本文中，将在Docker容器中运行Prometheus。
需要创建一个prometheus.yml文件，以添加到Docker容器中。

global:
    scrape_interval: 15s
scrape_configs:
    - job_name: 'myspringmetricsplanet'
    metrics_path: '/actuator/prometheus'
    static_configs:
    - targets: ['HOST:8080']

• scrape_interval：Prometheus多久轮询一次应用程序的指标
• job_name：轮询任务名称
• metrics_path：指标的URL的路径
• targets：主机名和端口号。使用时，替换HOST为主机的IP地址

如果在Linux上查找IP地址有困难，则可以使用以下命令：

$ ip -f inet -o addr show docker0 | awk '{print $4}' | cut -d '/' -f 1

启动Docker容器并将本地prometheus.yml文件，映射到Docker容器中的文件。

$ docker run \
    -p 9090:9090 \
    -v /path/to/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml \
    prom/prometheus

成功启动Docker容器后，首先验证Prometheus是否能够通过 http://localhost:9090/targets收集数据。

如上图所示，遇到context deadline exceeded错误，造成Prometheus无法访问主机上运行的Spring Boot应用程序。如何解决呢？
可以通过将Docker容器添加到主机网络来解决此错误，这将使Prometheus能够访问Spring Boot应用程序。

$ docker run \
    --name prometheus \
    --network host \
    -v /path/to/prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml \
    -d \
    prom/prometheus

再次验证，状态指示为UP。

现在可以显示Prometheus指标。通过访问http://localhost:9090/graph，在搜索框中输入http_server_requests_seconds_max并单击“执行”按钮，将提供请求期间的最长执行时间。

4、添加Grafana

最后添加的组件是Grafana。尽管Prometheus可以显示指标，但Grafana可以在更精美的仪表板中显示指标。Grafana也支持几种安装方式，也将在Docker容器中运行它。

$ docker run --name grafana -d -p 3000:3000 grafana/grafana

点击 http://localhost:3000/，就可以访问Grafana。

默认的用户名/密码为admin/admin。单击“登录”按钮后，需要更改默认密码。
接下来要做的是添加一个数据源。单击左侧边栏中的“配置”图标，然后选择“Data Sources(数据源)”。

单击Add data source（添加数据源）按钮。

Prometheus在列表的顶部，选择Prometheus。

填写可访问Prometheus的URL，将HTTP Access设置为Browser，然后单击页面底部的Save＆Test按钮。

一切正常后，将显示绿色的通知标语，指示数据源正在工作。

现在该创建仪表板了。可以自定义一个，但也可以使用开源的仪表板。用于显示Spring Boot指标的一种常用仪表板是JVM仪表板。
在左侧边栏中，点击+号，然后选择导入。

输入JVM仪表板的URL https://grafana.com/grafana/dashboards/4701，然后单击“Load(加载)”按钮。

为仪表板输入一个有意义的名称（例如MySpringMonitoringPlanet），选择Prometheus作为数据源，然后单击Import按钮。

到目前为止，就可以使用一个很酷的Grafana仪表板。

也可以将自定义面板添加到仪表板。在仪表板顶部，单击Add panel（添加面板）图标。

单击Add new panel（添加新面板）。

在Metrics 字段中，输入http_server_requests_seconds_max，在右侧栏中的Panel title字段中，可以输入面板的名称。

最后，单击右上角的Apply 按钮，面板将添加到仪表板。不要忘记保存仪表板。
为应用程序设置一些负载，并查看仪表板上的http_server_requests_seconds_max指标发生了什么。

$ watch -n 5 curl http://localhost:8080/endPoint1$ watch -n 10 curl http://localhost:8080/endPoint2

5、结论

学习了如何为Spring Boot应用程序添加一些基本监控。这非常容易，只需要通过将Spring Actuator，Micrometer，Prometheus和Grafana组合使用。当然，这只是一个起点，但是从这里开始，可以为Spring Boot应用程序扩展和配置更多、更具体的指标。