使用Metrics方法级远程监控Java程序

本文以Spring Web的后台开发讲解。

上一篇讲解了如何使用jvisualvm监控Java程序。虽然已经挺强大了，但是在实际的应用中依然不满足我们的需求。现在，我们想要监控应用程序中所有Controller提供的接口的访问数量，频次，响应时长。Service层方法的执行次数，执行时长，频次等等。以便之后对系统的性能优化做准备。这个时候jvisualvm已经不能满足我们的需求了。

1 方法级监控Java程序的方案

这是我对于监控Java程序中的方案：

1. 付费的，比如YourKit，JProfile等。我尝试了YourKit，功能确实强大，但是现在性能并不是我们现在的瓶颈，我们尽量使用不付费的。
2. Metrics-Spring。Metrics-Spring需要在每个方法上使用注解。我们采用微服务架构，20多个服务，每个工程预计平均有100左右个方法要监控。如果是一开始就用这个我觉得还可以。
3. Metrics+Spring AOP。从Metrics-Spring中可以看到，Metrics统计的信息基本满足我们的需求。我们的项目需求是统计Controller层和Service层的方法。那么可以通过Spring中的切面完成我们的需求。

我调查的方案和分析基本这样，其他人如果有更好的方案可以提出一起探讨。

下面是讲解+部分代码，本次讲解还有后篇。在第二篇文后，

2 Metrics的功能

关于Metrics的使用方法，已经有很多文章介绍了，我在这里推荐我认为还不错的给大家，然后我再介绍的使用方法.

1. Metrics介绍。这篇文章对Metrics的基本功能介绍的已经很全面了。
2. Metrics-Spring官方文档。这篇文章介绍了Metrics与Spring的集成，但是文档感觉不全呀。

其他的文章我就不多分享了，感觉大同小异。没什么太大差别。

3 将Metrics相关类装载到Spring容器

要使用Metric，那么首先需要MetricRegistry。我们需要提供Http的报表，所以我们需要将MetricsServlet注册到Spring中，以便可以通过Http接口监控系统。下面代码我们将Http接口定义为：/monitor/metrics。

import com.codahale.metrics.MetricRegistry;
import com.codahale.metrics.servlets.MetricsServlet;
import org.springframework.boot.web.servlet.ServletRegistrationBean;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class MonitorConfig {

    @Bean
    public MetricRegistry metricRegistry() {
        return new MetricRegistry();
    }

    @Bean
    public ServletRegistrationBean servletRegistrationBean(MetricRegistry metricRegistry) {
        return new ServletRegistrationBean(new MetricsServlet(metricRegistry), "/monitor/metrics");
    }

}

4 提供可控的终端报表

另外，为了方便调试，我希望支持终端报表的方式，并且要可以配置打开和关闭，于是我使用另外一个配置类：

import com.codahale.metrics.ConsoleReporter;
import com.codahale.metrics.MetricRegistry;
import lombok.extern.java.Log;
import org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionalOnProperty;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Import;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Configuration
@Log
@ConditionalOnProperty(prefix = "monitor.report", name = "console", havingValue = "true")
@Import(MonitorConfig.class)
public class MonitorReportConfig {


    @Bean
    public ConsoleReporter consoleReporter(MetricRegistry metrics) {
        ConsoleReporter reporter = ConsoleReporter.forRegistry(metrics)
                .convertRatesTo(TimeUnit.SECONDS)
                .convertDurationsTo(TimeUnit.MILLISECONDS)
                .build();
        reporter.start(10, TimeUnit.SECONDS);
        return reporter;
    }

}

这样可以在工程中的application.properties文件中，通过下面配置开启终端报表，而且自动开启，10秒钟一次报表：

monitor.report.console = true

5 为要监控的方法准备Timer

Metrics中可以统计的信息很多，其中Timer已经满足了我们需要的信息。

我为什么要先为监控的方法准备Timer，而不是在方法执行的时候再创建呢？原因有两点。

1. 我们既关心方法被调，也关心它从来没有被调用，如果是在方法执行的时候再创建，那么我们就不知道是方法没有被监控还是方法没有被调用了。
2. 我们之后打算直接对@RestController，@Controller和@Service注解进行切面。这种类级别的切面力度会包含我们不关心的方法，例如toString等方法，所以准备好关心的方法，调用的时候发现不是我们关心的方法直接放过。

我们使用MethodMonitorCenter类来收集我们想要监控的方法。通过实现ApplicationContextAware接口，在Spring容器装载完毕之后，会回掉setApplicationContext方法，我们通过getBeansWithAnnotation方法找到包含指定注解的类。然后对其进行过滤，并获取我们想要监控的方法。在最后我们通过metricRegistry.timer(method.toString());方法为我们的关心的方法准备一个timer。

@Component
@Getter
@Log
public class MethodMonitorCenter implements ApplicationContextAware {

    public static final String PACKAGE_NAME = "com.sinafenqi";  // 这里换成自己的包名

    @Autowired
    private MetricRegistry metricRegistry;

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        Map<String, Object> monitorBeans = new HashMap<>();
        monitorBeans.putAll(applicationContext.getBeansWithAnnotation(Controller.class));
        monitorBeans.putAll(applicationContext.getBeansWithAnnotation(Service.class));
        monitorBeans.putAll(applicationContext.getBeansWithAnnotation(RestController.class));

        log.info("monitor begin scan methods");
        monitorBeans.values().stream()
                .map(obj -> obj.getClass().getName())
                .map(this::trimString)
                .map(clzName -> {
                    try {
                        return Class.forName(clzName);
                    } catch (Exception e) {
                        return null;
                    }
                })
                .filter(Objects::nonNull)
                .filter(aClass -> aClass.getName().startsWith(PACKAGE_NAME))
                .forEach(this::getClzMethods);
    }

    private void getClzMethods(Class<?> clz) {
        Stream.of(clz.getDeclaredMethods())
                .filter(method -> method.getName().indexOf('$') < 0)
                .forEach(method -> {
                    log.info("add method timer, method name ：" + method.toGenericString());
                    metricRegistry.timer(method.toString());
                });
    }

    private String trimString(String clzName) {
        if (clzName.indexOf('$') < 0) return clzName;
        return clzName.substring(0, clzName.indexOf('$'));
    }

}

6 在切面中对方法进行监控

然后我们可以在切面中监控我们关心的方法。这里使用环绕式切面对RestController，Controller，和Service三个注解做切面。这样就可以在方法之前和之后加一些监控代码。当进入around函数的时候，我们先去MetricRegistry中查找有没有对应的timer，如果没有说明是我们不关心的方法，那么我么就可以直接执行，如果存在，那么我就对其进行监控。详情可见代码：

@Component
@Aspect
@Log
public class MetricsMonitorAOP {

    @Autowired
    private MetricRegistry metricRegistry;

    @Pointcut("@within(org.springframework.stereotype.Controller)" +
            "||@within(org.springframework.stereotype.Service)" +
            "||@within(org.springframework.web.bind.annotation.RestController)")
    public void monitor() {

    }

    @Around("monitor()")
    public Object around(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        String target = joinPoint.getSignature().toLongString();
        Object[] args = joinPoint.getArgs();
        if (!metricRegistry.getNames().contains(target)) {
            return joinPoint.proceed(args);
        }
        Timer timer = metricRegistry.timer(target);
        Timer.Context context = timer.time();
        try {
            return joinPoint.proceed(args);
        } finally {
            context.stop();
        }
    }
}

7 效果

之后访问/monitor/metrics接口，就可以以Json的数据格式获取监控结果。大家实验的时候记得把MethodMonitorCenter类中的PACKAGE_NAME常量换成自己的。

现在基本已经实现监控所有Controller，和Service层我们定义的方法了，但是代码依然有很大的优化空间。这些代码是我从Git的版本库中找出来的，自己没有再去尝试，如有问题欢迎留言。请谅解。目前我已经对代码进行了多处优化，优化内容将在下一篇讲解，并会附上源码。

最后欢迎关注我的个人公众号。聊天，唠嗑，都可以。