Spring Boot 服务监控，健康检查，线程信息，JVM堆信息，指标收集，运行情况监控等！

Posted 2020-11-25

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。

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：

1、Spring Boot Actuator 的快速使用入门
2、Spring Boot Actuator 的一些重要的endpoints的介绍
3、如何通过Actuator 模块实时查看当前应用的线程 dump信息
4、如何通过Actuator 模块实时查看当前应用的堆信息
5、如何通过Actuator 模块实时修改当前应用的日志打印等级
6、...

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、Bean加载情况、环境变量、日志信息、线程信息，JVM 堆信息等?。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

或者通过Spring Initializr 创建：

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：

1、每一个端点都可以通过配置来单独禁用或者启动

2、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：

---

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：

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。

上述截图取自官方文档

这是我另一个项目的 /health端点信息。

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：

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：

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：

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，

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"
}

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：

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。

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：

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