Gerar traces e métricas com Java

Neste documento, descrevemos como modificar um app Java para coletar dados de rastreamento e métrica usando o framework de código aberto OpenTelemetry, e como gravar registros JSON estruturados para saída padrão. Este documento também fornece informações sobre um app de exemplo Spring Boot Java que pode ser instalado e executado. O app está configurado para gerar métricas, traces e registros. As etapas são as mesmas, esteja você usando ou não o Spring Boot Framework.

Sobre a instrumentação manual e automática

A instrumentação descrita neste documento depende da instrumentação automática do OpenTelemetry para enviar telemetria ao seu projeto do Google Cloud. Para Java, a instrumentação automática se refere à prática de injetar dinamicamente bytecode em bibliotecas e frameworks para capturar telemetria. A instrumentação automática pode coletar telemetria para itens como chamadas HTTP de entrada e saída. Para saber mais, consulte Instrumentação automática para Java.

O OpenTelemetry também oferece uma API para adicionar instrumentação personalizada ao seu próprio código. O OpenTelemetry se refere a isso como instrumentação manual. Este documento não descreve a instrumentação manual. Para exemplos e informações sobre esse tópico, consulte Instrumentação manual.

Antes de começar

Ative as APIs Cloud Logging API, Cloud Monitoring API, and Cloud Trace API.

Ative as APIs

Instrumentar o app para coletar traces, métricas e registros

Para instrumentar o app para coletar dados de rastreamento e métrica e gravar um JSON estruturado para saída padrão, siga as etapas a seguir, conforme descrito nas próximas seções deste documento:

  1. Configurar o app para usar o agente Java do OpenTelemetry
  2. Configurar o OpenTelemetry
  3. Configurar a geração de registros estruturados
  4. Gravar registros estruturados

Configurar o app para usar o agente Java do OpenTelemetry

Para configurar o app para gravar registros estruturados e coletar métricas e rastrear dados usando o OpenTelemetry, atualize a invocação do app para usar o Agente Java do OpenTelemetry. Esse método de instrumentação do app é conhecido como instrumentação automática, porque não requer modificação do código do app.

O exemplo de código a seguir ilustra um Dockerfile que faz o download do arquivo JAR do agente Java do OpenTelemetry e atualiza a invocação da linha de comando para transmitir a sinalização -javaagent.

RUN wget -O /opentelemetry-javaagent.jar https://github.com/open-telemetry/opentelemetry-java-instrumentation/releases/download/v1.31.0/opentelemetry-javaagent.jar
CMD sh -c "java -javaagent:/opentelemetry-javaagent.jar -cp app:app/lib/* com.example.demo.DemoApplication \
	2>&1 | tee /var/log/app.log"

Como alternativa, também é possível definir a sinalização -javaagent na variável de ambiente JAVA_TOOL_OPTIONS:

export JAVA_TOOL_OPTIONS="-javaagent:PATH/TO/opentelemetry-javaagent.jar"

Configurar o OpenTelemetry

A configuração padrão do agente Java do OpenTelemetry exporta traces e métricas usando o protocolo OTLP. Ela também configura o OpenTelemetry para usar o formato Contexto de Rastreamento do W3C para propagar o contexto do trace. Essa configuração garante que os períodos tenham o relacionamento pai-filho correto em um trace.

Para mais informações e opções de configuração, consulte Instrumentação automática em Java do OpenTelemetry.

Configurar a geração de registros estruturados

Para incluir as informações de trace como parte dos registros formatados em JSON gravados na saída padrão, configure seu app para gerar registros estruturados no formato JSON. Recomendamos usar o Log4j2 como implementação da geração de registros. O exemplo de código a seguir ilustra um arquivo log4j2.xml configurado para gerar registros estruturados JSON usando o Layout do modelo JSON:

<!-- Format JSON logs for the Cloud Logging agent
https://cloud.google.com/logging/docs/structured-logging#special-payload-fields -->

<!-- Log4j2's JsonTemplateLayout includes a template for Cloud Logging's special JSON fields
https://logging.apache.org/log4j/2.x/manual/json-template-layout.html#event-templates -->
<JsonTemplateLayout eventTemplateUri="classpath:GcpLayout.json">
  <!-- Extend the included GcpLayout to include the trace and span IDs from Mapped
  Diagnostic Context (MDC) so that Cloud Logging can correlate Logs and Spans -->
  <EventTemplateAdditionalField
    key="logging.googleapis.com/trace"
    format="JSON"
    value='{"$resolver": "mdc", "key": "trace_id"}'
  />
  <EventTemplateAdditionalField
    key="logging.googleapis.com/spanId"
    format="JSON"
    value='{"$resolver": "mdc", "key": "span_id"}'
  />
  <EventTemplateAdditionalField
    key="logging.googleapis.com/trace_sampled"
    format="JSON"
    value="true"
  />
</JsonTemplateLayout>

A configuração anterior extrai informações sobre o período ativo do Contexto de diagnóstico mapeado do SLF4J e adiciona essas informações como atributos ao registro. Esses atributos podem ser usados para correlacionar um registro com um trace:

  • logging.googleapis.com/trace: nome do recurso do trace associado à entrada de registro.
  • logging.googleapis.com/spanId: o ID do período com o trace associado à entrada de registro.
  • logging.googleapis.com/trace_sampled: o valor desse campo precisa ser true ou false.

Para mais informações sobre esses campos, consulte a estrutura LogEntry.

Gravar registros estruturados

Para gravar registros estruturados que se vinculam a um trace, use a API de geração de registros SLF4J. Por exemplo, a instrução a seguir mostra como chamar o método Logger.info():

logger.info("handle /multi request with subRequests={}", subRequests);

O agente Java do OpenTelemetry preenche automaticamente o Contexto de diagnóstico mapeado do SLF4J com o contexto de período do período ativo atual no OpenTelemetry Context. O Contexto de diagnóstico mapeado é incluído nos registros JSON, conforme descrito em Configurar geração de registros estruturados.

Executar um app de exemplo configurado para coletar telemetria

O aplicativo de exemplo usa formatos neutros em relação a fornecedores, incluindo registros JSON e métricas e traces do OTLP, além do Framework do Spring Boot. Para rotear a telemetria para o Google Cloud, este exemplo usa o Collector do OpenTelemetry configurado com os exportadores do Google. O app tem dois endpoints:

  • O endpoint /multi é processado pela função handleMulti. O gerador de carga no app emite solicitações para o endpoint /multi. Quando esse endpoint recebe uma solicitação, ele envia de três a sete solicitações para o endpoint /single no servidor local.

    /**
 * handleMulti handles an http request by making 3-7 http requests to the /single endpoint.
 *
 * <p>OpenTelemetry instrumentation requires no changes here. It will automatically generate a
 * span for the controller body.
 */
@GetMapping("/multi")
public Mono<String> handleMulti() throws Exception {
  int subRequests = ThreadLocalRandom.current().nextInt(3, 8);

  // Write a structured log with the request context, which allows the log to
  // be linked with the trace for this request.
  logger.info("handle /multi request with subRequests={}", subRequests);

  // Make 3-7 http requests to the /single endpoint.
  return Flux.range(0, subRequests)
      .concatMap(
          i -> client.get().uri("http://localhost:8080/single").retrieve().bodyToMono(Void.class))
      .then(Mono.just("ok"));
}

  • O endpoint /single é processado pela função handleSingle. Quando esse endpoint recebe uma solicitação, ele fica suspenso por um pequeno atraso e depois responde com uma string.

    /**
 * handleSingle handles an http request by sleeping for 100-200 ms. It writes the number of
 * milliseconds slept as its response.
 *
 * <p>OpenTelemetry instrumentation requires no changes here. It will automatically generate a
 * span for the controller body.
 */
@GetMapping("/single")
public String handleSingle() throws InterruptedException {
  int sleepMillis = ThreadLocalRandom.current().nextInt(100, 200);
  logger.info("Going to sleep for {}", sleepMillis);
  Thread.sleep(sleepMillis);
  logger.info("Finishing the request");
  return String.format("slept %s\n", sleepMillis);
}

Fazer o download e implantar o app

Para executar a amostra:

  1. No Console do Google Cloud, ative o Cloud Shell.

    Ativar o Cloud Shell

    Na parte inferior do Console do Google Cloud, uma sessão do Cloud Shell é iniciada e exibe um prompt de linha de comando. O Cloud Shell é um ambiente shell com a CLI do Google Cloud já instalada e com valores já definidos para o projeto atual. A inicialização da sessão pode levar alguns segundos.

  2. Clone o repositório:

    git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/opentelemetry-operations-java

  3. Acesse o diretório da amostra:

    cd opentelemetry-operations-java/examples/instrumentation-quickstart

  4. Crie e execute a amostra:

    docker compose up --abort-on-container-exit

    Se você não estiver usando o Cloud Shell, execute o aplicativo com a variável de ambiente GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS apontando para um arquivo de credenciais. O Application Default Credentials fornece um arquivo de credenciais em $HOME/.config/gcloud/application_default_credentials.json.

    # Set environment variables
export GOOGLE_CLOUD_PROJECT="PROJECT_ID"
export GOOGLE_APPLICATION_CREDENTIALS="$HOME/.config/gcloud/application_default_credentials.json"
export USERID="$(id -u)"

# Run
docker compose -f docker-compose.yaml -f docker-compose.creds.yaml up --abort-on-container-exit

Ver suas métricas

A instrumentação do OpenTelemetry no app de amostra gera métricas do Prometheus, que podem ser visualizadas usando o Metrics Explorer:

  • Prometheus/http_server_duration_milliseconds/histogram registra a duração das solicitações do servidor e armazena os resultados em um histograma.

  • Prometheus/http_client_duration_milliseconds/histogram registra a duração das solicitações do cliente e armazena os resultados em um histograma.

Para visualizar as métricas geradas pelo app de exemplo, faça o seguinte:

  1. No painel de navegação do console do Google Cloud, selecione Monitoramento e  Metrics Explorer:

    Acesse o Metrics explorer

  2. No elemento Metric, expanda o menu Selecionar uma métrica, digite http_server na barra de filtro e use os submenus para selecionar um tipo de recurso e métrica específicos:
    1. No menu Active resources, selecione Prometheus Target.
    2. No menu Categorias de métrica ativas, selecione Instância.
    3. No menu Métricas ativas, selecione uma métrica de faturamento†.
    4. Clique em Aplicar.
  3. Configure a visualização dos dados.

    Quando as medições de uma métrica são cumulativas, o Metrics Explorer normaliza automaticamente os dados medidos pelo período de alinhamento, o que resulta na exibição de uma taxa no gráfico. Para mais informações, consulte Tipos, tipos e conversões.

    Quando valores inteiros ou duplos são medidos, como acontece com as duas métricas counter, o Metrics Explorer soma automaticamente todas as séries temporais. Para visualizar os dados das rotas HTTP /multi e /single, defina o primeiro menu da entrada Agregação como Nenhum.

    Para mais informações sobre como configurar um gráfico, consulte Selecionar métricas ao usar o Metrics Explorer.

Visualizar os rastros

Para visualizar os dados de trace, faça o seguinte:

  1. No painel de navegação do console do Google Cloud, selecione Trace e, em seguida, Trace Explorer:

    Acessar o Explorador de traces

  2. No gráfico de dispersão, selecione um rastro com o URI de /multi.

  3. No diagrama de Gantt no painel Detalhes do trace, selecione o período rotulado como /multi.

    Um painel é aberto com informações sobre a solicitação HTTP. Esses detalhes incluem o método, o código de status, o número de bytes e o user agent do autor da chamada.

  4. Para visualizar os registros associados a esse trace, selecione a guia Registros e eventos.

    A guia mostra registros individuais. Para exibir os detalhes da entrada de registro, expanda a entrada de registro. Também é possível clicar em Ver registros e ver o registro usando a Análise de registros.

Para mais informações sobre como usar o explorador do Cloud Trace, consulte Encontrar e explorar traces.

Acessar os registros

Na Análise de registros, é possível inspecionar os registros e visualizar os traces associados, quando eles existirem.

  1. No painel de navegação do console do Google Cloud, selecione Logging e clique em Análise de registros:

    Acessar a Análise de registros

  2. Localize um registro com a descrição de handle /multi request.

    Para ver os detalhes do registro, expanda a entrada.

  3. Clique em Traces em uma entrada de registro com a mensagem "handle /multi request" e selecione View trace details.

    O painel Detalhes do trace é aberto e mostra o trace selecionado.

Para mais informações sobre como usar a Análise de registros, consulte Ver registros usando a Análise de registros.

A seguir