Spring Boot Actuator 模块 详解：健康检查，度量，指标收集和监控

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Richard_Yi
    阅读 10 分钟
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    前言

    去年我们项目做了微服务1.0的架构转型，但是服务监控这块却没有跟上。这不，最近我就被分配了要将我们核心的微服务应用全部监控起来的任务。我们的微服务应用都是SpringBoot 应用，因此就自然而然的想到了借助Spring Boot 的Actuator 模块。（没吃过猪肉总听过猪叫见过猪跑吧🤪）。

    本篇是我在完成这个工单之后，对Spring Boot Actuator模块 学习应用的总结。在本篇文章中，你可以学习到：

    • Spring Boot Actuator 的快速使用入门
    • Spring Boot Actuator 的一些重要的endpoints的介绍
    • 如何通过Actuator 模块实时查看当前应用的线程 dump信息
    • 如何通过Actuator 模块实时查看当前应用的堆信息
    • 如何通过Actuator 模块实时修改当前应用的日志打印等级
    • ...

    之后我还会介绍：

    • TODO：SpringBoot 微服务应用集成Prometheus + Grafana实现监控告警

    一、什么是 Spring Boot Actuator

    Spring Boot Actuator 模块提供了生产级别的功能，比如健康检查，审计，指标收集，HTTP 跟踪等，帮助我们监控和管理Spring Boot 应用。这个模块是一个采集应用内部信息暴露给外部的模块，上述的功能都可以通过HTTP 和 JMX 访问。

    因为暴露内部信息的特性，Actuator 也可以和一些外部的应用监控系统整合（Prometheus, Graphite, DataDog, Influx, Wavefront, New Relic等）。这些监控系统提供了出色的仪表板，图形，分析和警报，可帮助你通过一个统一友好的界面，监视和管理你的应用程序。

    Actuator使用Micrometer与这些外部应用程序监视系统集成。这样一来，只需很少的配置即可轻松集成外部的监控系统。

    Micrometer 为 Java 平台上的性能数据收集提供了一个通用的 API，应用程序只需要使用 Micrometer 的通用 API 来收集性能指标即可。Micrometer 会负责完成与不同监控系统的适配工作。这就使得切换监控系统变得很容易。

    对比 Slf4j 之于 Java Logger 中的定位。

    二、快速开始，创建一个Spring Boot Actuator Demo

    我们先创建一个demo应用。

    • 你可以通过Spring Boot CLI 创建：
    spring init -d=web,actuator -n=actuator-demo actuator-demo

    image.png

    • 对应的maven依赖：
    <dependencies>
    ...
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
    </dependency>
    ...
</dependencies>
    • 对应的Gradle 依赖：
    dependencies {
    compile("org.springframework.boot:spring-boot-starter-actuator")
}

    三、Endpoints 介绍

    Spring Boot 提供了所谓的 endpoints （下文翻译为端点）给外部来与应用程序进行访问和交互。

    打比方来说，/health 端点 提供了关于应用健康情况的一些基础信息。metrics 端点提供了一些有用的应用程序指标（JVM 内存使用、系统CPU使用等）。

    这些 Actuator 模块本来就有的端点我们称之为原生端点。根据端点的作用的话，我们大概可以分为三大类：

    • 应用配置类：获取应用程序中加载的应用配置、环境变量、自动化配置报告等与Spring Boot应用密切相关的配置类信息。
    • 度量指标类：获取应用程序运行过程中用于监控的度量指标，比如：内存信息、线程池信息、HTTP请求统计等。
    • 操作控制类：提供了对应用的关闭等操作类功能。
    详细的原生端点介绍，请以官网为准，这里就不赘述徒增篇幅。

    需要注意的就是：

    • 每一个端点都可以通过配置来单独禁用或者启动
    • 不同于Actuator 1.x，Actuator 2.x 的大多数端点默认被禁掉。 Actuator 2.x 中的默认端点增加了/actuator前缀。默认暴露的两个端点为/actuator/health和 /actuator/info

    四、端点暴露配置

    我们可以通过以下配置，来配置通过JMX 和 HTTP 暴露的端点。

    Property Default
    management.endpoints.jmx.exposure.exclude
    management.endpoints.jmx.exposure.include *
    management.endpoints.web.exposure.exclude
    management.endpoints.web.exposure.include info, healt

    可以打开所有的监控点

    management.endpoints.web.exposure.include=*

    也可以选择打开部分，"*" 代表暴露所有的端点，如果指定多个端点，用","分开

    management.endpoints.web.exposure.exclude=beans,trace

    Actuator 默认所有的监控点路径都在/actuator/*，当然如果有需要这个路径也支持定制。

    management.endpoints.web.base-path=/minitor

    设置完重启后，再次访问地址就会变成/minitor/*。

    现在我们按照如下配置：

    # "*" 代表暴露所有的端点 如果指定多个端点，用","分开
management.endpoints.web.exposure.include=*
# 赋值规则同上
management.endpoints.web.exposure.exclude=

    启动DEMO程序，访问http://localhost:8080/actuator，查看暴露出来的端点：

    image.png

    上面这样显示是因为chrome 浏览器安装了 JSON-handle 插件，实际上就是返回一大段json

    下面，我会着重介绍几个比较重要的端点。

    五、重要端点解析

    5.1 /health端点

    /health端点会聚合你程序的健康指标，来检查程序的健康情况。端点公开的应用健康信息取决于：

    management.endpoint.health.show-details=always

    该属性可以使用以下值之一进行配置：

    Name Description
    never 不展示详细信息，up或者down的状态，默认配置
    when-authorized 详细信息将会展示给通过认证的用户。授权的角色可以通过management.endpoint.health.roles配置
    always 对所有用户暴露详细信息

    按照上述配置，配置成always之后，我们启动项目，访问http://localhost:8080/actuator/health端口，可以看到这样的信息：

    image.png

    是不是感觉好像健康信息有点少？先别急，那是因为我们创建的是一个最基础的Demo项目，没有依赖很多的组件。

    /health端点有很多自动配置的健康指示器：如redis、rabbitmq、db等组件。当你的项目有依赖对应组件的时候，这些健康指示器就会被自动装配，继而采集对应的信息。如上面的 diskSpace 节点信息就是DiskSpaceHealthIndicator 在起作用。

    image.png

    上述截图取自官方文档

    这是我另一个项目的/health端点信息。

    image.png

    当如上的组件有一个状态异常，应用服务的整体状态即为down。我们也可以通过配置禁用某个组件的健康监测。

    management.health.mongo.enabled: false

    或者禁用所有自动配置的健康指示器：

    management.health.defaults.enabled: false

    ⭐自定义 Health Indicator

    当然你也可以自定义一个Health Indicator，只需要实现HealthIndicator 接口或者继承AbstractHealthIndicator类。

    /**
 * @author Richard_yyf
 * @version 1.0 2020/1/16
 */
@Component
public class CustomHealthIndicator extends AbstractHealthIndicator {

    @Override
    protected void doHealthCheck(Health.Builder builder) throws Exception {
        // 使用 builder 来创建健康状态信息
        // 如果你throw 了一个 exception，那么status 就会被置为DOWN，异常信息会被记录下来
        builder.up()
                .withDetail("app", "这个项目很健康")
                .withDetail("error", "Nothing, I'm very good");
    }
}

    最终效果：

    image.png

    5.2 /metrics端点

    /metrics端点用来返回当前应用的各类重要度量指标，比如：内存信息、线程信息、垃圾回收信息、tomcat、数据库连接池等。

    {
    "names": [
        "tomcat.threads.busy",
        "jvm.threads.states",
        "jdbc.connections.active",
        "jvm.gc.memory.promoted",
        "http.server.requests",
        "hikaricp.connections.max",
        "hikaricp.connections.min",
        "jvm.memory.used",
        "jvm.gc.max.data.size",
        "jdbc.connections.max",
         ....
    ]
}

    不同于1.x，Actuator在这个界面看不到具体的指标信息，只是展示了一个指标列表。为了获取到某个指标的详细信息，我们可以请求具体的指标信息，像这样：

    http://localhost:8080/actuator/metrics/{MetricName}

    比如我访问/actuator/metrics/jvm.memory.max，返回信息如下：

    image.png

    你也可以用query param的方式查看单独的一块区域。比如你可以访问/actuator/metrics/jvm.memory.max?tag=id:Metaspace。结果就是：

    image.png

    5.3/loggers 端点

    /loggers 端点暴露了我们程序内部配置的所有logger的信息。我们访问/actuator/loggers可以看到，

    image.png

    你也可以通过下述方式访问单独一个logger，

    http://localhost:8080/actuator/loggers/{name}

    比如我现在访问 root logger，http://localhost:8080/actuator/loggers/root

    {
    "configuredLevel": "INFO",
    "effectiveLevel": "INFO"
}

    ⭐改变运行时的日志等级

    /loggers端点我最想提的就是这个功能，能够动态修改你的日志等级。

    比如，我们可以通过下述方式来修改 root logger的日志等级。我们只需要发起一个URL 为http://localhost:8080/actuator/loggers/root的POST请求，POST报文如下：

    {
   "configuredLevel": "DEBUG"
}

    image.png

    仔细想想，这个功能是不是非常有用。如果在生产环境中，你想要你的应用输出一些Debug信息以便于你诊断一些异常情况，你你只需要按照上述方式就可以修改，而不需要重启应用。

    如果想重置成默认值，把value 改成 null

    5.4 /info端点

    /info端点可以用来展示你程序的信息。我理解过来就是一些程序的基础信息。并且你可以按照自己的需求在配置文件application.properties中个性化配置（默认情况下，该端点只会返回一个空的json内容。）：

    info.app.name=actuator-test-demo
info.app.encoding=UTF-8
info.app.java.source=1.8
info.app.java.target=1.8
# 在 maven 项目中你可以直接用下列方式引用 maven properties的值
# info.app.encoding=@project.build.sourceEncoding@
# info.app.java.source=@java.version@
# info.app.java.target=@java.version@

    启动项目，访问http://localhost:8080/actuator/info：

    {
    "app": {
        "encoding": "UTF-8",
        "java": {
            "source": "1.8.0_131",
            "target": "1.8.0_131"
        },
        "name": "actuator-test-demo"
    }
}

    5.5 /beans端点

    /beans端点会返回Spring 容器中所有bean的别名、类型、是否单例、依赖等信息。

    访问http://localhost:8080/actuator/beans，返回如下：

    image.png

    5.6 /heapdump 端点

    访问：http://localhost:8080/actuator/heapdump会自动生成一个 Jvm 的堆文件 heapdump。我们可以使用 JDK 自带的 Jvm 监控工具 VisualVM 打开此文件查看内存快照。

    image.png

    5.7 /threaddump 端点

    这个端点我个人觉得特别有用，方便我们在日常定位问题的时候查看线程的情况。 主要展示了线程名、线程ID、线程的状态、是否等待锁资源、线程堆栈等信息。就是可能查看起来不太直观。访问http://localhost:8080/actuator/threaddump返回如下：

    image.png

    5.8 /shutdown端点

    这个端点属于操作控制类端点，可以优雅关闭 Spring Boot 应用。要使用这个功能首先需要在配置文件中开启：

    management.endpoint.shutdown.enabled=true

    由于 shutdown 接口默认只支持 POST 请求，我们启动Demo项目，向http://localhost:8080/actuator/shutdown发起POST请求。返回信息：

    {
    "message": "Shutting down, bye..."
}

    然后应用程序被关闭。

    由于开放关闭应用的操作本身是一件非常危险的事，所以真正在线上使用的时候，我们需要对其加入一定的保护机制，比如：定制Actuator的端点路径、整合Spring Security进行安全校验等。（不是特别必要的话，这个端点不用开）

    六、整合Spring Security 对端点进行安全校验

    由于端点的信息和产生的交互都是非常敏感的，必须防止未经授权的外部访问。如果您的应用程序中存在Spring Security的依赖，则默认情况下使用基于表单的HTTP身份验证来保护端点。

    如果没有，只需要增加对应的依赖即可：

    <dependency>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>

    添加之后，我们需要定义安全校验规则，来覆盖Spring Security 的默认配置。

    这里我给出了两个版本的模板配置：

    
import org.springframework.boot.actuate.autoconfigure.security.servlet.EndpointRequest;
import org.springframework.boot.actuate.context.ShutdownEndpoint;
import org.springframework.boot.autoconfigure.security.servlet.PathRequest;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.security.config.annotation.web.builders.HttpSecurity;
import org.springframework.security.config.annotation.web.configuration.WebSecurityConfigurerAdapter;

/**
 * @author Richard_yyf
 */
@Configuration
public class ActuatorSecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    /*
     * version1:
     * 1. 限制 '/shutdown'端点的访问，只允许ACTUATOR_ADMIN访问
     * 2. 允许外部访问其他的端点
     * 3. 允许外部访问静态资源
     * 4. 允许外部访问 '/'
     * 5. 其他的访问需要被校验
     * version2:
     * 1. 限制所有端点的访问，只允许ACTUATOR_ADMIN访问
     * 2. 允许外部访问静态资源
     * 3. 允许外部访问 '/'
     * 4. 其他的访问需要被校验
     */

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        // version1
//        http
//                .authorizeRequests()
//                    .requestMatchers(EndpointRequest.to(ShutdownEndpoint.class))
//                        .hasRole("ACTUATOR_ADMIN")
//                .requestMatchers(EndpointRequest.toAnyEndpoint())
//                    .permitAll()
//                .requestMatchers(PathRequest.toStaticResources().atCommonLocations())
//                    .permitAll()
//                .antMatchers("/")
//                    .permitAll()
//                .antMatchers("/**")
//                    .authenticated()
//                .and()
//                .httpBasic();

        // version2
        http
                .authorizeRequests()
                .requestMatchers(EndpointRequest.toAnyEndpoint())
                    .hasRole("ACTUATOR_ADMIN")
                .requestMatchers(PathRequest.toStaticResources().atCommonLocations())
                    .permitAll()
                .antMatchers("/")
                    .permitAll()
                .antMatchers("/**")
                    .authenticated()
                .and()
                .httpBasic();
    }
}

    application.properties的相关配置如下：

    # Spring Security Default user name and password
spring.security.user.name=actuator
spring.security.user.password=actuator
spring.security.user.roles=ACTUATOR_ADMIN

    结语

    本篇文章内容就到这里。

    对应的源码可以Github上看到。

    如果本文有帮助到你，希望能点个赞，这是对我的最大动力🤝🤝🤗🤗。

    参考

    javaspringboot监控
    Richard_Yi
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