如何進行CaptureFramework框架分析

一、背景

應用服務監控是智慧維繫系統的重要組成部分。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。為實現即時資料擷取，UAVStack設計了CaptureFramework框架，提供統一的資料抓取行為和產生抓取結果能力。

二、CaptureFramework運作原理

2.1 關鍵技術說明

• JavaAssist

• #Monitor擷取系統

• precap/docap

• #2.2 架構說明

• 捕獲點：支援Tomcat、MSCP、Springboot、Jetty埋點。

• UAVServer單例：作為統一的捕獲入口點，提供了同步和非同步方法。

StandardMonitor：實作了Monitor接口，是即時資料抓取實作類，提供了doCapture方法，負責抓取行為和產生抓取結果。

• MonitorElemCapHandler：不同的抓取邏輯和抓取點的共同介面實作不同的埋點邏輯，提供了抓取行為的方法preCap與doCap以及產生抓取結果的方法preStore。

• StandardMonitorRepository：儲存即時資料擷取資料結構。

• DataObserver：暴露了JMX/HTTP介面資料。

2.3 關鍵類別說明

#Monitor即時監控主要是從DefaultMonitorSupporter類別啟動初始化StandardMonitor對象，透過CaptureFramework將monitor物件安裝到DataStore物件中。

• 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，分別為HttpJEEJVMObserver、HttpJEEMonitorObserver、 HttpJEEProfileObserver。不同的handler暴露了不同的介面。

• MonitorHandler套件下的Handler類別具體處理Monitor的指標資料計算和統計。

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非同步方法：

• 同步擷取入口點：runMonitorCaptureOnServerCapPoint

#非同步擷取入口點：runMonitorAsyncCaptureOnServerCapPoint

• #2.4.1 同步與非同步呼叫的差異分析

非同步比同步多增加了一個參數CaptureContextMapFromAnotherThread，若不為空，則需要合併上下文的資訊。一般情況下在使用非同步方法埋點時，在方法執行前調用異步捕獲方法傳入的CaptureContextMapFromAnotherThread為空，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，並進行上下文資訊合併，再進行具體的擷取操作，具體可參考以下程式碼片段：

#方法執行前的非同步呼叫

• 方法執行後的非同步呼叫如下，其中ccMap為非同步呼叫傳回的封裝好的上下文資訊

• 2.5 抓取行為剖析

• Monitor介面：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資料行為，doPreStore方法用來實現在儲存到資料結構之前的一些擷取動作，做一些特殊資料的處理。

StandardMonitor類別： Monitor介面的具體實作類別。

StandardMonitorRepository類別：儲存即時資料擷取資料結構。

MonitorElementInstance介面：儲存即時資料擷取資料結構的實例介面。

• StandardMonitorElementInstance類別：MonitorElementInstance介面的具體實作類別。

  #########無論是同步擷取入口點或非同步擷取入口點都會執行doCapture方法，程式碼片段如下：###############monitor.doCapture是呼叫了Monitor介面中的doCapture，其實作類別是StandardMonitor。 ######StandardMonitor中的doCapture方法主要做瞭如下操作：#############根據參數取得目前的MonitorElement數組，MonitorElement數組透過StandardMonitorRepository的getElementByCapId實作；###

• 循環處理MonitorElement數組，取得捕捉資料實作類，根據實作類別取得目前要執行的handler，最後根據目前取得的handler判斷擷取階段（precap/docap），然後進行對應的處理。不同的handler根據不同的特性處理產生MonitorElementInstance，最後將結果儲存在StandardMonitorRepository資料結構中。

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

• 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，然後再進行抓取行為結果的處理，其中包含最大值消峰、最大值、最小值、傳回狀態碼、時間戳更新、計數等對應的資料處理。

三、即時數據採集

3.1 什麼是即時數據

即運行時數據，指的是程式運行時產生的信息，程式佔用的CPU、堆記憶體、JVM資訊以及提供服務存取與客戶端呼叫的相關統計資訊(平均回應時間、存取計數等)。

3.2 服務端資料擷取

DefaultMonitorSupporter的實作

服務端資料擷取以DefaultMonitorSupporter.start為入口點，建構monitor實例：

預設建置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實例儲存在elemsMap屬性中。

elemsMap屬性根據不同的採集物件保存不同的採集類別handler：

• ServerEndRespTimeCapHandler：擷取Server、APP、URL的回應時間和載入計數等.

• JVMStateCapHandler：採集jvm狀態，包含Heap使用、GC計數、執行緒計數、CPU、class計數等。

程式碼片段如下：

#3.3 用戶端資料擷取

DefaultClientMonitorSupporter的實作 

客戶端資料擷取以DefaultClientMonitorSupporter.start為入口點，建構monitor實例：

#預設建置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採集類別。

• ClientRespTimeCapHandler：擷取客戶端的回應時間和載入計數等。

無論是客戶端的資料擷取或服務端的資料擷取，都會將monitor安裝到DataObserver中；並且最後都會建置成功的monitor綁定至指定的捕獲方法（即precap和docap）。

3.4 DataObServer的實作

DataObServer提供了兩種模式來暴露介面數據，分別為JMX和HTTP：

• HTTP方式：由HttpDataObserverWorker .start作為入口點，分別註冊了三個handler，分別為取得JVM資料、Monitor資料以及profile資料的handler。各個處理器（handler）暴露出獨特的接口，但它們都傳回 JSON 格式的資料。

• JMX方式：JMX代理透過getMBeanInfo方法取得暴露的接口，來取得資料。

DataObServer也提供了安裝與卸載monitor、增加與移除listener、取得profile和monitor的方法：

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