自秦始皇統(tǒng)一六國，天下歸一，推行“一法度衡石丈尺，車同軌 ，書同文”，頒發(fā)統(tǒng)一度量衡詔書，制定了一套嚴格的管理制度，天底下的度量衡就變成了一套。而如今程序世界也是天下分崩離析，不同編程語言各占一隅，不過即使語法不同，但是分分合合，思路終歸一致，想要度量代碼的心情依舊是一樣的。

度量的作用

很多同學表示懷疑，為什么要度量？

其實回答很簡單，度量就像是身體健康的檢查器，就像體檢給的報告，沒有這份報告，你是不是很擔心自己的身體有沒有出問題，要是好幾年沒體檢，恐怕焦慮癥都要犯了。

平常我們所說的監(jiān)控報警，其實就是度量的一種具體應用和泛化，其實還有更大更廣泛作用，比如：

• 當你上線了一個應用，你怎么知道應用是健康的？

• 當你發(fā)布了一個新功能，你怎么知道這個功能對線上有哪些影響，怎么去評估呢？

• 當你升級了一個包版本，你怎么知道他是穩(wěn)定的呢？

一切的一切，盡在度量上。

Pandora.js 的度量體系參考了 spring-boot 的命名習慣，以及結合了阿里內(nèi)部的 alimetrics 體系，加上業(yè)界的 opentracing 鏈路追蹤模型，形成了一整套可檢查，可度量，可追蹤的完整方案。

我們今天來細說 Pandora.js 其中的一種度量機制，這不僅是 Node.js 的度量，也是程序通用的度量 - Metrics。

Metric 的命名

Metric 的目標是可自我描述，所以在命名上會盡可能的根據(jù)業(yè)務場景來命名。

在參考了業(yè)界的metrics規(guī)范，以及結合了阿里集團內(nèi)使用場景之后，我們使用了基礎的 MetricName 對象格式做為 Metric 的名字。

Metrics 是復數(shù)形式，目前這些度量在業(yè)界口頭表述都可能叫 Metrics ，而實際在代碼中對特定的單個指標叫 Metric，而普通的非特定單數(shù)形式繼續(xù)沿用 Metrics 的表述 。

MetricName 大體分為兩部分，key 和 tags。

key 代表著一個具體的項，比如有一個 metrics 指標是某個 HTTP 接口，那么這個指標的 key 就可能是 application.http.request.path，通過 . 將命令進一步的縮小，每個公司可以有自己不同的規(guī)范，根據(jù)部門、產(chǎn)品、功能來進行劃分，盡量做到 key 可描述，可擴展，所有的單詞用下劃線 '_'連接，字母采用小寫形式。

tags 代表著一個指標的不同分類，它和 key 加起來唯一指定了一個 Metric。tags 是一個對象 {}，通過不同的 kv 對來描述詳情，比如區(qū)分不同請求的來源，繼續(xù)以 HTTP 接口來舉例， {"source":"shanghai"} 和 {"source":"hangzhou"} 這樣就是不同的 tags，結合 key，就用來表示不同的 Metric 了。

這樣的好處就是 tags 可以無限擴展，不會影響到 key，同時，在后續(xù)的存儲中，同一個 key 可以進行查詢篩選，保證數(shù)據(jù)一致性和連貫性。

具體的實例我們將在之后的實例中介紹。

對外的數(shù)據(jù)格式

除了定義 Metric 的名字之外，我們還需要考慮對外輸出的格式，既然是 Node 體系，我們首先考慮的自然是 JSON 結構的格式，便于閱讀以及數(shù)據(jù)格式化存儲。

基于 MetricName，我們將名字和值定義了成了通用的 MetricObject 格式。

一個標準的輸出格式大概如下：

{ "metric": "sys.cpu.nice", "timestamp": 1346846400, "value": 18, "type": "COUNTER", "level": "CRITICAL", "tags": { "host": "web01", "dc": "lga" } }

和 MetricName 類似，包含一些常用信息，包括 key，value，時間戳，tags 等。

最終這個數(shù)據(jù)格式會被內(nèi)置的 Reporter 體系輸出到不同的對外接口中，包括文本文件，HTTP 接口等等，這樣外部系統(tǒng)根據(jù)這樣的內(nèi)容進行存儲，計算，分發(fā)，來進行最后的監(jiān)控，可視化工作，這個不在我們這個體系內(nèi)，暫時不做過多的介紹了。

Metrics 的類型

Metric 除了有名字，還有類型，目前最常用的就是瞬時值和計數(shù)器，此外還有其他的一些。

在了解業(yè)界實踐并結合集團內(nèi)部的實踐基礎上，我們抽象出以下幾種度量場景：

• 累加型度量：對指標的數(shù)據(jù)進行累加，反映的是數(shù)據(jù)隨著時間單調遞增的關系，應用接受到的 HTTP 請求的總次數(shù)

• 瞬態(tài)型度量：表示指標在當前時間點的瞬時情況，反映的是數(shù)據(jù)隨著時間上下波動的關系，如系統(tǒng)的load，內(nèi)存使用率，堆信息等

• 變化速率度量：表示指標在某個時間段內(nèi)變化的速率，反映的是數(shù)據(jù)隨時間的增長快慢關系，如某個接口的 QPS

• 數(shù)據(jù)分布度量：表示某一些指標在某個時間段內(nèi)的分布情況，反映的是數(shù)據(jù)隨時間的統(tǒng)計學分布關系，如某段時間內(nèi)，某個接口的 RT 的最大，最小，平均值，方差，95% 分位數(shù)等

基于這些場景，結合業(yè)界的 Metrics 實現(xiàn)，我們目前提供四種最基礎的指標，即:

• Gauge 瞬態(tài)的度量指標

• Counter 累加計數(shù)型指標

• Histogram 分布度量指標

• Meter 速率度量指標

目前最常用的是 Gauge 瞬態(tài)值以及 Counter 累加值，80% 的場景都可以覆蓋

這樣在不同的場景下，我們都可以找到相應的 Metric 類型了。在某些場景下，我們還做了額外的一些指標類型（在阿里內(nèi)部還有兩種聚合的類型，等機會開源）

Metrics 數(shù)據(jù)生產(chǎn)

目前 Pandora.js 全部使用 TypeScript 來編寫，有些代碼必須帶類型定義。

所有的 Metric 類型都繼承與 Metric 接口

瞬態(tài)型度量

大部分的度量都從瞬態(tài)值 Gauge 介紹起，因為它最簡單，最直觀的表示數(shù)據(jù)的真實情況，也不涉及時間間隔的問題。

Gauge 只包含一個 getValue 方法，只需要實現(xiàn)這個方法即可，比如，你想要知道當前進程的 CPU 使用情況，就可以一句話解決。

<BaseGauge> { getValue() { const startUsage = process.cpuUsage(); return startUsage.user; } }

注意，所有的 Metrics 最終輸出的一定是數(shù)字形式，這樣才可度量，如果你希望輸出的是字符串類的信息，我們有另一套輸出體系，這將在之后的文章介紹。

累加型度量

Counter 是第二個介紹的類型，計數(shù)器和 Gauge 不太一樣，它是累加型，適用于記錄調用總量等類型的數(shù)據(jù)，比如某個接口的調用次數(shù)。

如下圖是計數(shù)器的繼承接口和實現(xiàn)類。

除了基礎的 BaseCounter 實現(xiàn)之外，我們提供了 BucketCounter 分桶計數(shù)器。

分桶計數(shù)的原理是定義一個時間間隔，將一段時間按照時間間隔分割為幾個桶，每個桶保存當前時間間隔的計數(shù)。

比如時間間隔為 5s ，桶的總數(shù)為 10 個，那么 0~5s 為一個桶，5~10s 為下一個，以此類推。當計數(shù)的執(zhí)行的時間為 2s 時，那么將在第一桶中累加，如果為 7s 時，那么將在第二個桶累加，非常容易理解。

在實際場景中，因為內(nèi)存限制，不宜保存過多，桶的量會有限制，采用環(huán)形隊列存儲同時避免數(shù)據(jù)的挪動。

舉個常用例子，記錄 Koa 服務的請求數(shù)。

// 實際使用需要從 MetricsClient 拿到 BucketCounter let counter = new BucketCounter(); app.use(async (ctx, next) => { // 累加 1 counter.inc(1); counter.inc(); await next() });

分布度量

第三個介紹的是 Histogram，直方分布指標，Pandora.js 包含一個基礎實現(xiàn)類 BaseHistogram， 通過它可以用于統(tǒng)計某個接口的響應時間，可以展示 50%, 70%, 90% 的請求響應時間落在哪個區(qū)間內(nèi)，通過這些你可以計算出 Apdex。

這邊的分布暫時只考慮單機分布，在集群維度上不能這樣計算。

對于分布計算，核心就是維護一個數(shù)據(jù)集 Reservoir ，數(shù)據(jù)集用來提供數(shù)據(jù)存儲以及獲取當前快照的能力。這其中最重要的就是數(shù)據(jù)更新的策略，目前 Pandora.js 只實現(xiàn)了隨機采樣（UniformReservoir）和 指數(shù)衰減隨機采樣（ExponentiallyDecayingReservoir）的實現(xiàn)，由于隨機采樣并不能很好的表現(xiàn)權重問題，默認的是指數(shù)衰減隨機采樣，其他的采樣算法沒有實現(xiàn)，有興趣的同學可以補充。

舉個常用例子，記錄 Koa 服務的成功比率，采用隨機采樣算法，間隔 1s，2個分桶，展示獲取了平均數(shù)等信息。

// 實際使用需要從 MetricsClient 拿到 BaseHistogram let histogram = new BaseHistogram(ReservoirType.UNIFORM, 1, 2); app.use(async (ctx, next) => { histogram.update(10); histogram.update(20); // other biz }); // let snapshot = histogram.getSnapshot(); // expect(snapshot.getMean()).to.equal(15); // expect(snapshot.getMax()).to.equal(20); // expect(snapshot.getMin()).to.equal(10); // expect(snapshot.getMedian()).to.equal(15);

變化速率度量

第四個介紹的是 Meter，是一種用于度量一段時間內(nèi)吞吐率的計量器。例如，一分鐘內(nèi)，五分鐘內(nèi)，十五分鐘內(nèi)的qps指標。

這里要指出，變化的速率，我們一般情況下會關心兩個地方，一個是瞬時爆發(fā)，超出平常正常值非常高的這樣的波動變化，另一個是一段時間內(nèi)的趨勢，從平均的角度來看整體度量的一種方式，這種方式會將高低點進行平均來看。

前一種在 Metrics 中使用 Rate 的概念，只記錄事件的累計總次數(shù)，有外部系統(tǒng)來通過前后兩次采集，來計算瞬時速率，這里我們稱之為 Rate。

在 rate 的計算中，我們認為數(shù)據(jù)的增長是 線性的。其計算方式為：rate = (v2 - v1) / (t2 - t1)，其中時間的單位是 s。

這樣的好處是，通過調整采集頻率，可以支持任意時間間隔的瞬時速率計算。但缺點是，當兩次采樣之間系統(tǒng)重啟的時候，會計算出負數(shù)，同時會有一部分數(shù)據(jù)丟失。

后一種通過指數(shù)移動加權平均(Exponential Weighted Moving Average, EWMA）來計算。

針對速率型度量指標，我們提供了 1 分鐘(m1)，5 分鐘(m5)，15分鐘的EWMA(m15)，分別用于反映距離當前時間點 1 分鐘，5 分鐘，15 分鐘的速率變化。

其具體的計算方法，和 Linux 系統(tǒng)中 load1, load5, load15 的計算方法完全一致。即，每 5 秒鐘統(tǒng)計一次瞬時速率，并應用于如下的遞推公式：

EWMA(t) = EWMA(t-1) + alpha * (instantRate - EWMA(t-1))

其中 alpha 取值范圍為 0~1, 稱為衰減系數(shù)，該系數(shù)越大，則距離當前的時間點越老的數(shù)據(jù)權重衰減的越快。

舉個常用例子，記錄 Koa 某個路由的調用比率。

// 實際使用需要從 MetricsClient 拿到 BaseMeter let meter = new BaseMeter(); router.get('/home', async (ctx) => { // 接口調用埋點 meter.mark(1); }); // meter.getMeanRate(); 總數(shù)除以時間 // meter.getOneMinuteRate(); // 一分鐘的 EWMA

本文最后

以上只是 Pandora.js 的度量體系的一部分，結合了阿里自己的 Metrics 體系，只能管中窺豹，簡單的介紹一下幾種最基本的度量指標類型，通過這本的度量器，我們可以將數(shù)據(jù)從業(yè)務代碼中產(chǎn)生出來。

不過這僅僅是數(shù)據(jù)生成，除此之外，數(shù)據(jù)采集和加工也非常的重要，下一篇我們將會講到，Pandora.js 的數(shù)據(jù)采集和加工部分。

Pandora.js 項目地址：https://github.com/midwayjs/pandora 歡迎社會各界前來 Star ~

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【连载】跨越时代的度量衡——Pandora.js 的 Metrics 介绍的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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