skywalking自定义插件开发

2023-04-24 15:42 由风の伤发表于 #后端开发

skywalking是使用字节码操作技术和AOP概念拦截Java类方法的方式来追踪链路的，由于skywalking已经打包了字节码操作技术和链路追踪的上下文传播，因此只需定义拦截点即可。

这里以skywalking-8.7.0版本为例。
关于插件拦截的原理，可以看我的另一篇文章：skywalking插件工作原理剖析

1. 创建插件模块

在 apm-sniffer/apm-sdk-plugin 目录下创建一个插件maven子模块。

2. 插件开发

（1）思路

定义拦截点，通常是类的方法
定义拦截器，支持在拦截方法执行前后进行日志采集
定义配置文件，启用拦截点
编译打包，将生成的jar放到探针的plugins目录下

（2）定义拦截点

① 官方提供的拦截点扩展入口

skywalking提供了2种供扩展的拦截点：

ClassInstanceMethodsEnhancePluginDefine：支持定义构造方法和实例方法的拦截点。
ClassStaticMethodsEnhancePluginDefine：支持定义静态方法的拦截点。

当然还可以直接扩展 ClassEnhancePluginDefine，这个类是上面两个类的父类。这种方式较为麻烦，一般不推荐使用。

这里以拦截实例方法为例，继承 ClassInstanceMethodsEnhancePluginDefine 类。

② 类拦截规则

skywalking提供了4种类拦截的规则：

byName：类名匹配（包名+类名）
byClassAnnotationMatch：类注解匹配
byMethodAnnotationMatch：方法注解匹配
byHierarchyMatch：父类或接口匹配

注意：

这里的匹配规则要用字符串，不要用类引用的方式（byName(ThirdPartyClass.class.getName())），否则可能会导致探针异常。

注解匹配的方式，不支持继承的注解

父类或接口匹配的方法，尽量避免使用，否则可能会出现一些难以预料的问题

③ 设置要拦截的类名

实现 enhanceClass() 方法，定义要拦截的类名，必须是全路径的名称，即包名+类名。

④ 设置拦截的实例方法和拦截器的类名

实现 getInstanceMethodsInterceptPoints() 方法，定义要拦截的实例方法，以及对应拦截器的类名。拦截器类名也是包名+类名。

这里支持定义多个实例方法，每个实例方法可以使用不同的拦截器。还支持拦截私有方法（private）。

⑤ 代码示例

下面的代码实现的功能是：使用拦截器 MingBaoServiceInterceptor 拦截 MingBaoService 类的 service 方法。

public class MingBaoServiceInstrumentation extends ClassInstanceMethodsEnhancePluginDefine {
    // 要拦截的类
    private static final String ENHANCE_CLASS = "com.mingbao.service.MingBaoService";
    // 拦截器的类名
    private static final String INTERCEPT_CLASS = "org.apache.skywalking.apm.plugin.mingbao.service.MingBaoServiceInterceptor";

    /**
     * 定义要拦截的类名
     */
    @Override
    protected ClassMatch enhanceClass() {
        return NameMatch.byName(ENHANCE_CLASS);
    }
    /**
     * 定义要拦截类的方法，以及对应的拦截器
     */
    @Override
    public InstanceMethodsInterceptPoint[] getInstanceMethodsInterceptPoints() {
        return new InstanceMethodsInterceptPoint[] {
                new InstanceMethodsInterceptPoint() {
                    @Override
                    public ElementMatcher<MethodDescription> getMethodsMatcher() {
                        // 这里是要拦截的方法
                        return named("service");
                    }
                    @Override
                    public String getMethodsInterceptor() {
                        // 定义拦截器的类名
                        return INTERCEPT_CLASS;
                    }
                    @Override
                    public boolean isOverrideArgs() {
                        // 如果有要改方法参数的需求，这里可以设置成true
                        return false;
                    }
                }
        };
    }
    /**
     * 这里是拦截构造方法，忽略
     */
    @Override
    public ConstructorInterceptPoint[] getConstructorsInterceptPoints() { return null; }
}

（3）定义拦截器

① 3种常见的拦截器接口

InstanceMethodsAroundInterceptor：实例方法拦截器
StaticMethodsAroundInterceptor：静态方法拦截器
InstanceConstructorInterceptor：构造方法拦截器

要拦截对应的方法，必须要实现对应的接口。这里以实现 InstanceMethodsAroundInterceptor 接口，拦截实例方法为例。

② 在方法执行前拦截

实现 beforeMethod(EnhancedInstance, Method, Object[], Class<?>[], MethodInterceptResult) 方法，此方法会在被拦截的方法执行前执行。此方法中一般是定义日志链路节点span对象，一个span对象对应着日志链路中的一个节点。

拦截方法参数说明：

1.EnhancedInstance objInst：被增强的实例，一般用不上
2.Method method：被拦截的方法
3.Object[] allArguments：被拦截方法的入参
4.Class<?>[] argumentsTypes：被拦截方法的入参的类型
5.MethodInterceptResult result：此参数可以作为被拦截方法的返回参数，如果给此参数赋值了，会阻断被拦截方法的执行，直接返回此参数。
	可以通过defineReturnValue()方法来定义要返回的数据。

链路节点对象span的类型：

节点对象都实现了 AbstractSpan 接口，可以借助ContextManager类来创建和获取节点对象。

创建一个span对象后，就会生成一个链路日志的节点。

1.EntrySpan：入口层span，它会作为一条链路的起点。如接收Http请求的接口层、Dubbo服务的提供方以及MQ消费者。
2.LocalSpan：中间层span，它会出现在链路的中间节点上。如一个业务方法被调用。
3.ExitSpan：出口层span，它会作为一条链路的终点。如发送Http请求的工具、Dubbo服务的调用方以及MQ生产者。

链路节点对象span常用的设置项

1.component：组件类型，比如说Tomcat、Dubbo、SpringMVC...可以从ComponentsDefine类中定义好的一些官方组件类型中选，自定义的组件类型是无法在UI中显示出来的。也可以不设置值，默认会显示Unknown。（可选的类型就那么多，一般自定义时根本找不到合适的）。
2.layer：日志层级，可以从SpanLayer类中选择，一共就5个：DB、RPC_FRAMEWORK、HTTP、MQ和CACHE。可选的也不多，不合适可以不设置，默认会显示Unknown。
3.tag：日志标签，支持自定义日志字段，可以通过 span.tag(new StringTag("msg"), msg) 的方式来设置。结合后端配置项 core.default.searchableTracesTags可以达到自定义字段搜索的目的。

③ 在方法执行后拦截

实现 afterMethod(EnhancedInstance, Method, Object[], Class<?>[], Object) 方法，此方法会在被拦截的方法执行前执行。此方法中一般是将方法的返回数据记录到链路节点对象中。

拦截方法参数说明：

前4个参数和beforeMethod()方法中一样，介绍下最后那个参数
Object ret：方法的返回数据

④ 代码示例

public class MingBaoServiceInterceptor implements InstanceMethodsAroundInterceptor {
    private static final Gson GSON = new Gson();
    /**
     * 在拦截方法前执行
     */
    @Override
    public void beforeMethod(EnhancedInstance objInst, Method method, Object[] allArguments, Class<?>[] argumentsTypes, MethodInterceptResult result) throws Throwable {
        // 解析方法入参
        String message = (String) allArguments[0];

        // 初始化span，这里创建了一个EntrySpan
        ContextCarrier contextCarrier = new ContextCarrier();
        AbstractSpan span = ContextManager.createEntrySpan(MethodUtil.generateOperationName(method), contextCarrier);
        // 自定义标签，记录方法入参
        span.tag(new StringTag("req"), req);

        // 下面的参数如果不合适可以不设置
        span.setLayer(SpanLayer.MQ);
        span.setComponent(new OfficialComponent(999, "mbService"));
    }
    /**
     * 在拦截方法后执行
     */
    @Override
    public Object afterMethod(EnhancedInstance objInst, Method method, Object[] allArguments, Class<?>[] argumentsTypes, Object ret) throws Throwable {
        // 获取上下文中的span对象
        AbstractSpan span = ContextManager.activeSpan();
        // 自定义标签，记录方法出参
        span.tag(new StringTag("resp"), GSON.toJson(ret));

        // 停止日志记录，移除上下文
        ContextManager.stopSpan();
        // 返回方法出参
        return ret;
    }
    /**
     * 记录方法异常
     */
    @Override
    public void handleMethodException(EnhancedInstance objInst, Method method, Object[] allArguments, Class<?>[] argumentsTypes, Throwable t) {
        ContextManager.activeSpan().log(t);
    }
}

（4）定义配置文件

在自定义插件模块的resources目录下定义 skywalking-plugin.def 配置文件，该文件用于帮助探针启动时加载插件时，寻找插件拦截点。

注意：自定义插件时，不管是类还是配置文件，都要把apache的许可证注释带上，可以参考其他插件类文件中最上面被注释的那一段。

mingbao-service=org.apache.skywalking.apm.plugin.mingbao.service.MingBaoServiceInstrumentation

3. 使用插件

（1）插件打包

对自定义的插件子模块执行mvn package操作，构建完成后会生成一个名称类似 mingbao-service-plugin-8.7.0.jar 的jar包，将jar包拷贝到 skywalking-agent/plugins 目录下。

（2）使用自定义插件

自定义插件的使用和自带插件使用方式相同，将 skywalking-agent 打包到项目镜像中，使用javaagent探针启动即可。

这里有个建议：如果使用docker来部署项目，可以将 skywalking-agent 目录放到项目同级目录下，并在项目同级目录下构建docker镜像。因为docker build命令无法操作命令执行目录的父级目录所包含的其他文件。因此要保证 skywalking-agent 要在执行docker build命令的目录下。

4. 检查插件生效

启动项目后，调用被拦截的类方法，然后看UI上是否生成了对应的日志。一般情况UI上会延迟几秒钟才会生成日志。

5. 可能会遇到的问题

（1）插件不生效

在探针的logs目录下（docker镜像部署的项目要先进入镜像才能看到），会生成 skywalking-api.log 目录，日志默认级别为 INFO。插件不生效时，一般情况下，日志文件中一定有错误日志。

SecurityException

如果遇到报错：java.lang.SecurityException: Invalid signature file digest for Manifest main attributes，那么一般是因为自定义插件中依赖了第三方依赖包，在打包时生成了 *.SF 或 *.RSA 文件，把上述文件删掉即可。可以使用下面的命令：

zip -d mingbao-service-plugin-8.7.0.jar 'META-INF/*SF' 'META-INF/*RSA'