前言

一直以来，日志始终伴随着我们的开发和运维过程。当系统出现了Bug，往往就是通过Xshell连接到服务器，定位到日志文件，一点点排查问题来源。

随着互联网的快速发展，我们的系统越来越庞大。依赖肉眼分析日志文件来排查问题的方式渐渐凸显出一些问题：

分布式集群环境下，服务器数量可能达到成百上千，如何准确定位？
微服务架构中，如何根据异常信息，定位其他各服务的上下文信息？
随着日志文件的不断增大，可能面临在服务器上不能直接打开的尴尬。
文本搜索太慢、无法多维度查询等

面临这些问题，我们需要集中化的日志管理，将所有服务器节点上的日志统一收集，管理，访问。

而今天，我们的手段的就是使用Elastic Stack来解决它们。

一、什么是Elastic Stack ？

或许有人对Elastic感觉有一点点陌生，它的前生正是ELK ，Elastic Stack 是ELK Stack的更新换代产品。

Elastic Stack分别对应了四个开源项目。

Beats

Beats 平台集合了多种单一用途数据采集器，它负责采集各种类型的数据。比如文件、系统监控、Windows事件日志等。

Logstash

Logstash 是服务器端数据处理管道，能够同时从多个来源采集数据，转换数据。没错，它既可以采集数据，也可以转换数据。采集到了非结构化的数据，通过过滤器把他格式化成友好的类型。

Elasticsearch

Elasticsearch 是一个基于 JSON 的分布式搜索和分析引擎。作为 Elastic Stack 的核心，它负责集中存储数据。我们上面利用Beats采集数据，通过Logstash转换之后，就可以存储到Elasticsearch。

Kibana

最后，就可以通过 Kibana，对自己的 Elasticsearch 中的数据进行可视化。

本文的实例是通过SpringBoot+Dubbo的微服务架构，结合Elastic Stack来整合日志的。架构如下：

注意，阅读本文需要了解ELK组件的基本概念和安装。本文不涉及安装和基本配置过程，重点是如何与项目集成，达成上面的需求。

二、采集、转换

1、FileBeat

在SpringBoot项目中，我们首先配置Logback，确定日志文件的位置。

<appender name="FILE" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
	<file>${user.dir}/logs/order.log</file>
	<rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.TimeBasedRollingPolicy">
	    <fileNamePattern>${user.dir}/logs/order.%d{yyyy-MM-dd}.log</fileNamePattern>
	    <maxHistory>7</maxHistory>
	</rollingPolicy>
	<encoder>
	    <pattern></pattern>
	</encoder>
</appender>

Filebeat提供了一种轻量型方法，用于转发和汇总日志与文件。

所以，我们需要告诉FileBeat日志文件的位置、以及向何处转发内容。

如下所示，我们配置了FileBeat读取usr/local/logs路径下的所有日志文件。

- type: log
  # Change to true to enable this input configuration.
  enabled: true
  # Paths that should be crawled and fetched. Glob based paths.
  paths:
    - /usr/local/logs/*.log

然后，告诉FileBeat将采集到的数据转发到Logstash。

#----------------------------- Logstash output --------------------------------
output.logstash:
  # The Logstash hosts
  hosts: ["192.168.159.128:5044"]

另外，FileBeat采集文件数据时，是一行一行进行读取的。但是FileBeat收集的文件可能包含跨越多行文本的消息。

例如，在开源框架中有意的换行：

2019-10-29 20:36:04.427  INFO  org.apache.dubbo.spring.boot.context.event.WelcomeLogoApplicationListener 
 :: Dubbo Spring Boot (v2.7.1) : https://github.com/apache/incubator-dubbo-spring-boot-project
 :: Dubbo (v2.7.1) : https://github.com/apache/incubator-dubbo
 :: Discuss group : dev@dubbo.apache.org

或者Java异常堆栈信息：

2019-10-29 21:30:59.849 INFO com.viewscenes.order.controller.OrderController http-nio-8011-exec-2 开始获取数组内容...
java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 3, Size: 0
	at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)
	at java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:433)

所以，我们还需要配置multiline，以指定哪些行是单个事件的一部分。

multiline.pattern 指定要匹配的正则表达式模式。

multiline.negate 定义是否为否定模式。

multiline.match 如何将匹配的行组合到事件中，设置为after或before。

听起来可能比较饶口，我们来看一组配置：

# The regexp Pattern that has to be matched. The example pattern matches all lines starting with [
multiline.pattern: '^\<|^[[:space:]]|^[[:space:]]+(at|\.{3})\b|^java.'

# Defines if the pattern set under pattern should be negated or not. Default is false.
multiline.negate: false

# Match can be set to "after" or "before". It is used to define if lines should be append to a pattern
# that was (not) matched before or after or as long as a pattern is not matched based on negate.
# Note: After is the equivalent to previous and before is the equivalent to to next in Logstash
multiline.match: after

上面配置文件说的是，如果文本内容是以< 或空格或空格+at+包路径或 java.开头，那么就将此行内容当做上一行的后续，而不是当做新的行。

就上面的Java异常堆栈信息就符合这个正则。所以，FileBeat会将

java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 3, Size: 0
	at java.util.ArrayList.rangeCheck(ArrayList.java:657)
	at java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:433)

这些内容当做开始获取数组内容...的一部分。

2、Logstash

在Logback中，我们打印日志的时候，一般会带上日志等级、执行类路径、线程名称等信息。

有一个重要的信息是，我们在ELK查看日志的时候，是否希望将以上条件单独拿出来做统计或者精确查询？

如果是，那么就需要用到Logstash过滤器，它能够解析各个事件，识别已命名的字段以构建结构，并将它们转换成通用格式。

那么，这时候就要先看我们在项目中，配置了日志以何种格式输出。

比如，我们最熟悉的JSON格式。先来看Logback配置：

<pattern>
    {"log_time":"%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS}","level":"%level","logger":"%logger","thread":"%thread","msg":"%m"}
</pattern>

没错，Logstash过滤器中正好也有一个JSON解析插件。我们可以这样配置它：

input{ 
   stdin{}
}
filter{
   json {
      source => "message"
   }
}
output {
  stdout {}
}

这么一段配置就是说利用JSON解析器格式化数据。我们输入这样一行内容：

{
    "log_time":"2019-10-29 21:45:12.821",
    "level":"INFO",
    "logger":"com.viewscenes.order.controller.OrderController",
    "thread":"http-nio-8011-exec-1",
    "msg":"接收到订单数据."
}

Logstash将会返回格式化后的内容：

但是JSON解析器并不太适用，因为我们打印的日志中msg字段本身可能就是JSON数据格式。

比如：

{
    "log_time":"2019-10-29 21:57:38.008",
    "level":"INFO",
    "logger":"com.viewscenes.order.controller.OrderController",
    "thread":"http-nio-8011-exec-1",
    "msg":"接收到订单数据.{"amount":1000.0,"commodityCode":"MK66923","count":5,"id":1,"orderNo":"1001"}"
}

这时候JSON解析器就会报错。那怎么办呢？

Logstash拥有丰富的过滤器插件库，或者你对正则有信心，也可以写表达式去匹配。

正如我们在Logback中配置的那样，我们的日志内容格式是已经确定的，不管是JSON格式还是其他格式。

所以，笔者今天推荐另外一种：Dissect。

Dissect过滤器是一种拆分操作。与将一个定界符应用于整个字符串的常规拆分操作不同，此操作将一组定界符应用于字符串值。Dissect不使用正则表达式，并且速度非常快。

比如，笔者在这里以 | 当做定界符。

input{ 
   stdin{}
}
filter{  
   dissect {
      mapping => {
	  "message" => "%{log_time}|%{level}|%{logger}|%{thread}|%{msg}"
     }
   }   
}
output {
  stdout {}
}

然后在Logback中这样去配置日志格式：

<pattern>
    %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS}|%level|%logger|%thread|%m%n
</pattern>

最后同样可以得到正确的结果：

到此，关于数据采集和格式转换都已经完成。当然，上面的配置都是控制台输入、输出。

我们来看一个正儿八经的配置，它从FileBeat中采集数据，经由dissect转换格式，并将数据输出到elasticsearch。

input {
  beats {
    port => 5044
  }
}
filter{
   dissect {
      mapping => {
        "message" => "%{log_time}|%{level}|%{logger}|%{thread}|%{msg}"
     }
   }
   date{
      match => ["log_time", "yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS"]
      target => "@timestamp"
   }
}
output {
  elasticsearch {
    hosts => ["192.168.216.128:9200"]
    index => "logs-%{+YYYY.MM.dd}"
  }
}

不出意外的话，打开浏览器我们在Kibana中就可以对日志进行查看。比如我们查看日志等级为DEBUG的条目：

三、追踪

试想一下，我们在前端发送了一个订单请求。如果后端系统是微服务架构，可能会经由库存系统、优惠券系统、账户系统、订单系统等多个服务。如何追踪这一个请求的调用链路呢？

1、MDC机制

首先，我们要了解一下MDC机制。

MDC - Mapped Diagnostic Contexts ，实质上是由日志记录框架维护的映射。其中应用程序代码提供键值对，然后可以由日志记录框架将其插入到日志消息中。

简而言之，我们使用了MDC.PUT(key,value) ，那么Logback就可以在日志中自动打印这个value。

在SpringBoot中，我们就可以先写一个HandlerInterceptor，拦截所有的请求，来生成一个traceId。

@Component
public class TraceIdInterceptor implements HandlerInterceptor {

    Snowflake snowflake = new Snowflake(1,0);

    @Override
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler){
        MDC.put("traceId",snowflake.nextIdStr());
        return true;
    }

    @Override
    public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView){
        MDC.remove("traceId");
    }

    @Override
    public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex){}
}

然后在Logback中配置一下，让这个traceId出现在日志消息中。

<pattern>
    %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS}|%level|%logger|%thread|%X{traceId}|%m%n
</pattern>

2、Dubbo Filter

另外还有一个问题，就是在微服务架构下我们怎么让这个traceId来回透传。

熟悉Dubbo的朋友可能就会想到隐式参数。是的，我们就是利用它来完成traceId的传递。

@Activate(group = {Constants.PROVIDER, Constants.CONSUMER}, order = 99)
public class TraceIdFilter implements Filter {
    @Override
    public Result invoke(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) throws RpcException {

        String tid = MDC.get("traceId");
        String rpcTid = RpcContext.getContext().getAttachment("traceId");

        boolean bind = false;
        if (tid != null) {
            RpcContext.getContext().setAttachment("traceId", tid);
        } else {
            if (rpcTid != null) {
                MDC.put("traceId",rpcTid);
                bind = true;
            }
        }
        try{
            return invoker.invoke(invocation);
        }finally {
            if (bind){
                MDC.remove("traceId");
            }
        }
    }
}

这样写完，我们就可以愉快的查看某一次请求所有的日志信息啦。比如下面的请求，订单服务和库存服务两个系统的日志。

四、总结

本文介绍了Elastic Stack的基本概念。并通过一个SpringBoot+Dubbo项目，演示如何做到日志的集中化管理、追踪。

事实上，Kibana具有更多的分析和统计功能。所以它的作用不仅限于记录日志。

另外Elastic Stack性能也很不错。笔者在一台虚拟机上，记录了100+万条用户数据，index大小为1.1G，查询和统计速度也不逊色。