一、背景
應用服務監控是智能運維系統的重要組成部分。在UAV系統中，中間件增強架構（MOF）探針提供了應用畫像及性能資料收集等功能，其中資料收集功能主要采集四類資料：實時資料、畫像資料、調用連結資料生成以及線程資料分析資料。為實作實時資料采集，UAVStack設計了CaptureFramework架構，提供統一的資料抓取行為和生成抓取結果能力。
二、CaptureFramework運作原理
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，提供了同步和異步方法。
- StandardMonitor：實作了Monitor接口，是實時資料抓取實作類，提供了doCapture方法，負責抓取行為和生成抓取結果。
- MonitorElemCapHandler：不同的抓取邏輯和抓取點的共同接口實作不同的埋點邏輯，提供了抓取行為的方法preCap與doCap以及生成抓取結果的方法preStore。
- StandardMonitorRepository：存儲實時資料抓取資料結構。
- DataObserver：暴露了JMX/HTTP接口資料。
2.3 關鍵類說明
- Monitor實時監控主要是從DefaultMonitorSupporter類啟動初始化StandardMonitor對象，通過CaptureFramework将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服務注冊了三個handler，分别為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的名額資料計算和統計。
2.4 捕獲點剖析
CaptureFrameWork架構提供了統一的捕獲入口點，在UAVServer中分别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，該參數若不為空，則需要合并上下文的資訊。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為空，并傳回封裝好的上下文資訊，在方法執行結束後調用異步捕獲方法傳入上下文資訊，并進行上下文資訊合并，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為異步調用傳回的封裝好的上下文資訊
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用來實作在特定的捕獲點執行抓取資料行為，doPreStore方法用來實作在存儲到資料結構之前的一些捕獲動作，做一些特殊資料的處理。
- StandardMonitor類： Monitor接口的具體實作類。
- StandardMonitorRepository類：存儲實時資料抓取資料結構。
- MonitorElementInstance接口：存儲實時資料抓取資料結構的執行個體接口。
- StandardMonitorElementInstance類：MonitorElementInstance接口的具體實作類。
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，其實作類是StandardMonitor。
StandardMonitor中的doCapture方法主要做了如下操作：
- 根據參數擷取目前的MonitorElement數組，MonitorElement數組通過StandardMonitorRepository的getElementByCapId實作；
- 循環處理MonitorElement數組，擷取捕捉資料實作類，根據實作類擷取目前要執行的handler，最後根據目前擷取的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，最後将結果存儲在StandardMonitorRepository資料結構中。
以ServerEndRespTimeCapHandler（服務端抓取行為）為例：
- preCap方法：隻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執行個體，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、傳回狀态碼、時間戳更新、計數等相應的資料處理。
三、實時資料采集
3.1 什麼是實時資料
即運作時資料，指的是在程式運作時産生的資訊，程式占用的CPU、堆記憶體、JVM資訊以及提供服務通路與用戶端調用的相關統計資訊(平均響應時間、通路計數等)。
3.2 服務端資料采集
DefaultMonitorSupporter的實作
服務端資料采集以DefaultMonitorSupporter.start為入口點，建構monitor執行個體：
預設建構service類型的StandardMonitor執行個體，其中包含StandardMonitorRepository執行個體，StandardMonitorRepository執行個體注冊monitor，一個該執行個體包含多個MonitorElement執行個體，并将所有的MonitorElement執行個體儲存在elemsMap屬性中。
elemsMap屬性根據不同的采集對象儲存不同的采集類handler：
- ServerEndRespTimeCapHandler：采集Server、APP、URL的響應時間和加載計數等.
- JVMStateCapHandler：采集jvm狀态，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 用戶端資料采集
DefaultClientMonitorSupporter的實作
用戶端資料采集以DefaultClientMonitorSupporter.start為入口點，建構monitor執行個體：
預設建構client類型的StandardMonitor執行個體，其中包含StandardMonitorRepository執行個體，StandardMonitorRepository執行個體注冊monitor，一個該執行個體包含多個MonitorElement執行個體，并将所有的MonitorElement執行個體儲存在elemsMap屬性中。
- elemsMap：屬性隻儲存一個ClientRespTimeCapHandler采集類。
- ClientRespTimeCapHandler：采集用戶端的響應時間和加載計數等。
無論是用戶端的資料采集還是服務端的資料采集，都會将monitor安裝到DataObserver中；并且最後都會将建構成功的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接口資料，分别為JMX和HTTP：
- HTTP方式：由HttpDataObserverWorker.start作為入口點，分别注冊了三個handler，分别為擷取JVM資料、Monitor資料以及profile資料的handler。不同的handler暴露了不同的接口，最終都傳回了JSON格式的資料。
- JMX方式：JMX代理通過getMBeanInfo方法擷取暴露的接口，來擷取資料。
DataObServer還提供了安裝與解除安裝monitor、增加與移除listener以及擷取profile和monitor的方法：
官方網站：
https://uavorg.github.io/main/開源位址：
https://github.com/uavorg作者：王林林