Metrics —— JVM上的实时监控类库

旧城等待， 2022-06-06 23:23 139阅读 0赞

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系统开发到一定的阶段，线上的机器越来越多，就需要一些监控了，除了服务器的监控，业务方面也需要一些监控服务。`Metrics`作为一款`监控指标`的度量**类库**，提供了许多工具帮助开发者来完成自定义的监控工作。

### 使用Metrics ###

通过构建一个`Spring Boot`的基本应用来演示`Metrics`的工作方式。

在Maven的`pom.xml`中引入`Metrics`：

<dependency>
        <groupId>io.dropwizard.metrics</groupId>
        <artifactId>metrics-core</artifactId>
        <version>${metrics.version}</version>
    </dependency>

目前`Metrics`的最新版本是`3.1.2`。

### Metrics的基本工具 ###

`Metrics`提供了五个基本的度量类型：

1.  Gauges（度量）
2.  Counters（计数器）
3.  Histograms（直方图数据）
4.  Meters（TPS计算器）
5.  Timers（计时器）

`Metrics`中`MetricRegistry`是中心容器，它是程序中所有度量的容器，所有新的度量工具都要注册到一个`MetricRegistry`实例中才可以使用，尽量在一个应用中保持让这个`MetricRegistry`实例保持单例。

#### MetricRegistry 容器 ####

在代码中配置好这个`MetricRegistry`容器：

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

#### Meters TPS计算器 ####

`TPS计算器`这个名称并不准确，`Meters`工具会帮助我们统计系统中某一个事件的速率。比如每秒请求数（TPS），每秒查询数（QPS）等等。这个指标能反应系统当前的处理能力，帮助我们判断资源是否已经不足。`Meters`本身是一个自增计数器。

通过`MetricRegistry`可以获得一个`Meter`：

@Bean
    public Meter requestMeter(MetricRegistry metrics) {
        return metrics.meter("request");
    }

在请求中调用`mark()`方法，来增加计数，我们可以在不同的请求中添加不同的`Meter`，针对自己的系统完成定制的监控需求。

@RequestMapping("/hello")
    @ResponseBody
    public String helloWorld() {
        requestMeter.mark();
        return "Hello World";
    }

应用运行的过程中，在console中反馈的信息：

-- Meters ---------------------------------------------------------------------- request count = 21055 mean rate = 133.35 events/second 1-minute rate = 121.66 events/second 5-minute rate = 36.99 events/second 15-minute rate = 13.33 events/second

从以上信息中可以看出`Meter`可以为我们提供平均速率，以及采样后的1分钟，5分钟，15分钟的速率。

#### Histogram 直方图数据 ####

直方图是一种非常常见的统计图表，`Metrics`通过这个`Histogram`这个度量类型提供了一些方便实时绘制直方图的**数据**。

和之前的`Meter`相同，我们可以通过`MetricRegistry`来获得一个`Histogram`。

@Bean public Histogram responseSizes(MetricRegistry metrics) { return metrics.histogram("response-sizes"); }

在应用中，需要统计的位置调用`Histogram`的`update()`方法。

responseSizes.update(new Random().nextInt(10));

比如我们需要统计某个方法的网络流量，通过`Histogram`就非常的方便。

在console中`Histogram`反馈的信息：

-- Histograms ------------------------------------------------------------------ response-sizes count = 21051 min = 0 max = 9 mean = 4.55 stddev = 2.88 median = 4.00 75% <= 7.00 95% <= 9.00 98% <= 9.00 99% <= 9.00 99.9% <= 9.00

`Histogram`为我们提供了最大值，最小值和平均值等数据，利用这些数据，我们就可以开始绘制自定义的直方图了。

#### Counter 计数器 ####

`Counter`的本质就是一个`AtomicLong`实例，可以增加或者减少值，可以用它来统计队列中Job的总数。

通过`MetricRegistry`也可以获得一个`Counter`实例。

@Bean
    public Counter pendingJobs(MetricRegistry metrics) {
        return metrics.counter("requestCount");
    }

在需要统计数据的位置调用`inc()`和`dec()`方法。

// 增加计数 pendingJobs.inc(); // 减去计数 pendingJobs.dec();

console的输出非常简单：

-- Counters -------------------------------------------------------------------- requestCount count = 21051

只是输出了当前度量的值。

#### Timer 计时器 ####

`Timer`是一个`Meter`和`Histogram`的组合。这个度量单位可以比较方便地统计请求的速率和处理时间。对于接口中调用的延迟等信息的统计就比较方便了。如果发现一个方法的`RPS（请求速率）`很低，而且平均的处理时间**很长**，那么这个方法八成出问题了。

同样，通过`MetricRegistry`获取一个`Timer`的实例：

@Bean
    public Timer responses(MetricRegistry metrics) {
        return metrics.timer("executeTime");
    }

在需要统计信息的位置使用这样的代码：

final Timer.Context context = responses.time(); try { // handle request } finally { context.stop(); }

console中就会实时返回这个`Timer`的信息：

-- Timers ---------------------------------------------------------------------- executeTime count = 21061 mean rate = 133.39 calls/second 1-minute rate = 122.22 calls/second 5-minute rate = 37.11 calls/second 15-minute rate = 13.37 calls/second min = 0.00 milliseconds max = 0.01 milliseconds mean = 0.00 milliseconds stddev = 0.00 milliseconds median = 0.00 milliseconds 75% <= 0.00 milliseconds 95% <= 0.00 milliseconds 98% <= 0.00 milliseconds 99% <= 0.00 milliseconds 99.9% <= 0.01 milliseconds

#### Gauges 度量 ####

除了`Metrics`提供的几个度量类型，我们可以通过`Gauges`完成自定义的度量类型。比方说很简单的，我们想看我们缓存里面的数据大小，就可以自己定义一个`Gauges`。

metrics.register( MetricRegistry.name(ListManager.class, "cache", "size"), (Gauge<Integer>) () -> cache.size() );

这样`Metrics`就会一直监控`Cache`的大小。

除此之外有时候，我们需要计算自己定义的一直单位，比如消息队列里面**消费者(consumers)**消费的**速率**和**生产者(producers)**的生产**速率**的比例，这也是一个度量。

public class CompareRatio extends RatioGauge {
    
        private final Meter consumers;
        private final Meter producers;
    
        public CacheHitRatio(Meter consumers, Meter producers) {
            this.consumers = consumers;
            this.producers = producers;
        }
    
        @Override
        protected Ratio getRatio() {
            return Ratio.of(consumers.getOneMinuteRate(),
                    producers.getOneMinuteRate());
        }
    }

把这个类也注册到`Metrics`容器里面：

@Bean
    public CompareRatio cacheHitRatio(MetricRegistry metrics, Meter requestMeter, Meter producers) {
    
        CompareRatio compareRatio = new CompareRatio(consumers, producers);
    
        metrics.register("生产者消费者比率", compareRatio);
    
        return cacheHitRatio;
    }

### Reporter 报表 ###

`Metrics`通过报表，将采集的数据展现到不同的位置,这里比如我们注册一个`ConsoleReporter`到`MetricRegistry`中，那么console中就会打印出对应的信息。

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

除此之外`Metrics`还支持`JMX`、`HTTP`、`Slf4j`等等，可以访问[http://metrics.dropwizard.io/3.1.0/manual/core/\#reporters][http_metrics.dropwizard.io_3.1.0_manual_core_reporters] 来查看`Metrics`提供的报表，如果还是不能满足自己的业务，也可以自己继承`Metrics`提供的`ScheduledReporter`类完成自定义的报表类。

### 完整的代码 ###

这个demo是在一个很简单的spring boot下运行的，关键的几个类完整代码如下。

配置类`MetricConfig.java`

package demo.metrics.config;
    
    import com.codahale.metrics.*;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    import org.springframework.context.annotation.Bean;
    import org.springframework.context.annotation.Configuration;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    @Configuration
    public class MetricConfig {
    
        @Bean
        public MetricRegistry metrics() {
            return new MetricRegistry();
        }
    
        /**
         * Reporter 数据的展现位置
         *
         * @param metrics
         * @return
         */
        @Bean
        public ConsoleReporter consoleReporter(MetricRegistry metrics) {
            return ConsoleReporter.forRegistry(metrics)
                    .convertRatesTo(TimeUnit.SECONDS)
                    .convertDurationsTo(TimeUnit.MILLISECONDS)
                    .build();
        }
    
        @Bean
        public Slf4jReporter slf4jReporter(MetricRegistry metrics) {
            return Slf4jReporter.forRegistry(metrics)
                    .outputTo(LoggerFactory.getLogger("demo.metrics"))
                    .convertRatesTo(TimeUnit.SECONDS)
                    .convertDurationsTo(TimeUnit.MILLISECONDS)
                    .build();
        }
    
        @Bean
        public JmxReporter jmxReporter(MetricRegistry metrics) {
            return JmxReporter.forRegistry(metrics).build();
        }
    
        /**
         * 自定义单位
         *
         * @param metrics
         * @return
         */
        @Bean
        public ListManager listManager(MetricRegistry metrics) {
            return new ListManager(metrics);
        }
    
        /**
         * TPS 计算器
         *
         * @param metrics
         * @return
         */
        @Bean
        public Meter requestMeter(MetricRegistry metrics) {
            return metrics.meter("request");
        }
    
        /**
         * 直方图
         *
         * @param metrics
         * @return
         */
        @Bean
        public Histogram responseSizes(MetricRegistry metrics) {
            return metrics.histogram("response-sizes");
        }
    
        /**
         * 计数器
         *
         * @param metrics
         * @return
         */
        @Bean
        public Counter pendingJobs(MetricRegistry metrics) {
            return metrics.counter("requestCount");
        }
    
        /**
         * 计时器
         *
         * @param metrics
         * @return
         */
        @Bean
        public Timer responses(MetricRegistry metrics) {
            return metrics.timer("executeTime");
        }
    
    }

接收请求的类`MainController.java`

package demo.metrics.action;
    
    import com.codahale.metrics.Counter;
    import com.codahale.metrics.Histogram;
    import com.codahale.metrics.Meter;
    import com.codahale.metrics.Timer;
    import demo.metrics.config.ListManager;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.stereotype.Controller;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;
    
    import java.util.Random;
    
    @Controller
    @RequestMapping("/")
    public class MainController {
    
        @Autowired
        private Meter requestMeter;
    
        @Autowired
        private Histogram responseSizes;
    
        @Autowired
        private Counter pendingJobs;
    
        @Autowired
        private Timer responses;
    
        @Autowired
        private ListManager listManager;
    
        @RequestMapping("/hello")
        @ResponseBody
        public String helloWorld() {
    
            requestMeter.mark();
    
            pendingJobs.inc();
    
            responseSizes.update(new Random().nextInt(10));
    
            listManager.getList().add(1);
    
            final Timer.Context context = responses.time();
            try {
                return "Hello World";
            } finally {
                context.stop();
            }
        }
    }

项目启动类`DemoApplication.java`：

package demo.metrics;
    
    import com.codahale.metrics.ConsoleReporter;
    import org.springframework.boot.SpringApplication;
    import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
    import org.springframework.context.ApplicationContext;
    
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    @SpringBootApplication
    public class DemoApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            ApplicationContext ctx = SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
    
            // 启动Reporter
            ConsoleReporter reporter = ctx.getBean(ConsoleReporter.class);
            reporter.start(1, TimeUnit.SECONDS);
    
        }
    }

[http_metrics.dropwizard.io_3.1.0_manual_core_reporters]: http://metrics.dropwizard.io/3.1.0/manual/core/#reporters