吳晟

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吳晟

Apache基金會會員，Apache SkyWalking創始人、項目VP和PMC成員，Apache孵化器PMC成員，Apache ShardingSphere PMC成員，Apache APISIX (incubating) PPMC成員，Apache ECharts (incubating)和Apache DolphinScheduler (incubating)孵化器導師，Zipkin成員和貢獻者，CNCF OpenTracing核心維護者。

導讀：本文摘自于SkyWalking創始人吳晟撰寫的《Apache SkyWalking實戰》一書，詳細講述了SkyWalking的架構設計與優勢。

徐郡明老師整理國內比較常見的 APM 如下：

APM 系統（Application Performance Management，即應用性能管理）

1.CAT：?由國內美團點評開源的，基于 Java 語言開發，目前提供 Java、C/C++、Node.js、Python、Go 等語言的客戶端，監控數據會全量統計。

2.Zipkin：?由 Twitter 公司開發并開源，Java 語言實現。可以輕松與 Spring Cloud 進行集成，也是 Spring Cloud 推薦的 APM 系統。

3.Pinpoint：?韓國團隊開源的 APM 產品，運用了字節碼增強技術，只需要在啟動時添加啟動參數即可實現 APM 功能，對代碼無侵入。目前支持 Java 和 PHP 語言，底層采用 HBase 來存儲數據，探針收集的數據粒度非常細，但性能損耗較大，因其出現的時間較長，完成度也很高，文檔也較為豐富，應用的公司較多。

4.SkyWalking：?國人開源的產品，2019 年 4 月 17 日 SkyWalking 從 Apache 基金會的孵化器畢業成為頂級項目。目前 SkyWalking 支持 Java、.Net、Node.js 等探針，數據存儲支持MySQL、ElasticSearch等。SkyWalking 與 Pinpoint 相同，Java 探針采用字節碼增強技術實現，對業務代碼無侵入。探針采集數據粒度相較于 Pinpoint 來說略粗，但性能表現優秀。目前，SkyWalking 增長勢頭強勁，社區活躍，中文文檔齊全，沒有語言障礙，支持多語言探針，這些都是 SkyWalking 的優勢所在，還有就是 SkyWalking 支持很多框架，包括很多國產框架，例如，Dubbo、gRPC、SOFARPC 等等，也有很多開發者正在不斷向社區提供更多插件以支持更多組件無縫接入 SkyWalking。

還有很多不開源的 APM 系統，例如，淘寶鷹眼、Google Dapper 等等，不再展開介紹了。

1

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SkyWalking 的架構設計

如圖所示，SkyWalking 官方架構圖對 SkyWalking 的整體架構進行了非常直觀的描述。SkyWalking 由以下 4 個核心部分構成。

SkyWalking官方架構圖

• 探針。探針（對應圖中Tracing和Mestrics部分）可以是語言探針，也可以是其他項目的協議。

• OAP平臺（Observability Analysis Platform），或稱OAP Server。它是一個高度組件化的輕量級分析程序，由兼容各種探針的Receiver、流式分析內核和查詢內核三部分構成。

• 存儲實現（Storage Implementors）。SkyWalking的OAP Server支持多種存儲實現，并且提供了標準接口，可以實現其他存儲。

• UI模塊（SkyWalking）。通過標準的GraphQL協議進行統計數據查詢和展現。

從設計角度而言，SkyWalking總體遵循以下三大設計原則：

• 面向協議設計

• 模塊化設計

• 輕量化設計

1.1

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面向協議設計

面向協議設計是 SkyWalking 從 5.x 開始嚴格遵守的首要設計原則。SkyWalking 包含下列對外協議。

1) 探針協議

探針協議分為四大類。

• 語言探針上報協議。此協議包括語言探針的注冊、Metrics數據上報、Tracing數據上報、命令下行，以及Service Mesh中使用的Telemetry協議。所有基于語言（Java、.NET、Node.js、PHP、Go等）的探針都需要嚴格遵守此協議定義。此協議從v6版本開始全部以gRPC服務方式對外提供。

• 語言探針交互協議。因為分布式追蹤，探針間需要借助HTTP Header、MQ Header等應用間通信管道進行交互。此協議定義交互格式。所有基于語言（Java、.NET、Node.js、PHP、Go等）的探針都需要嚴格遵守此協議定義。此協議從v2開始執行與v1不同的編碼方法，加入了強制Base64的要求。將從SkyWalking 8開始執行的全新v3協議，簡化了編碼，提供了更多特性，比如透傳業務信息、探針交互能力等。

• Service Mesh協議。此協議是SkyWalking針對Service Mesh抽象的專有協議，任何Mesh類的服務都可以通過此協議直接上行Telemetry數據，用于計算服務Metrics和拓撲圖。

• 第三方協議。針對大型的第三方開源項目，尤其是Service Mesh核心平臺Istio和Envoy，提供核心協議適配，支持針對Istio+Envoy的Service Mesh進行無縫監控。

2) 查詢協議

查詢協議使用GraphQL格式定義的查詢協議。多數讀者可能更熟悉RESTful格式的查詢，但SkyWalking考慮到更好的擴展性、更加靈活的組合查詢模式，選擇了由Facebook在2012年開源的GraphQL。GraphQL在開源和商業項目中已經得到了廣泛運用。協議格式的預定義和多種查詢組合使用提供了UI和第三方系統良好的集成能力。熟悉SkyWalking歷史的讀者會知道，SkyWalking在6.0.0-GA之后的版本，更換了全新的RocketBot UI作為默認UI，這個過程得益于GraphQL的靈活性，后端協議和實現可以完全不變。社區中已有大量公司基于此協議包裝了云平臺產品的UI。

查詢協議分為以下6類。

• 元數據查詢：查詢在SkyWalking注冊的服務、服務實例、Endpoint等元數據信息。

• 拓撲關系查詢：查詢全局或者單個服務或Endpoint的拓撲圖及依賴關系。

• Metrics指標查詢：線性指標查詢。

• 聚合指標查詢：區間范圍均值查詢及TopN查詢等。

• Trace查詢：追蹤明細查詢。

• 告警查詢。

除了上述兩大類協議外，部分模塊也存在一些模塊內協議，如導出的數據格式協議、告警協議、動態配置服務協議等。這些協議與執行模塊的默認實現有關，屬于SkyWalking默認對外集成協議的范圍，考慮到模塊化設計，這些協議本身也是可以替換的，這里就不一一描述了。

1.2

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模塊化設計

模塊化設計，旨在以開源項目為內核，為更多的企業內部定制服務、商業產品的二次包裝及插拔機制提供插撥機制與擴展點。開源項目的一致性升級至關重要，模塊化設計，明確接口邊界，使得擴展很容易跟上開源版本升級的節奏。對于商業包裝和開源產品的迭代發展，這是必不可少的一環。

大型的開源項目，無一不是由大量的商業公司/商業目的推進，不可能由個人憑興趣在業余時間完成。雖然SkyWalking在早期的一到兩年是個人基于興趣在推進，但隨著社區的壯大和商業價值的體現，開放、包容、具有擴展性的架構是必不可少的特性。Apache SkyWalking作為Apache頂級項目，基于商業友好的Apache 2.0開源協議，在設計上也充分考慮了定制化及二次開發的可能性。

SkyWalking根據探針和服務端的不同特性，使用了兩種不同的模塊化機制。

Java探針端，Java使用了較為緊湊的實現，主要使用SPI將核心服務隔離成替換狀態，用戶可以像開發plugin一樣，只需將新的服務實現放在plugin目錄中，即可實現自動替換。

后端（OAP Server）使用YML定義的模塊化。SkyWalking將模塊化定義為模塊（Module）和實現（Provider）兩部分。模塊為抽象概念，提供對外服務方法的定義和聲明；Provider需要實現這些服務方法，同時聲明此實現依賴的其他模塊。值得注意的是，模塊本身不聲明依賴，依賴由實現（Provider）聲明。這種模式允許用戶替換和新增所需的模塊，并進行組織。

1.3

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輕量化設計

SkyWalking在設計之初就提出了輕量化的設計理念。APM雖然是運維端的核心系統，但放在整套業務架構下，屬于二線支撐系統，不承擔系統主要業務功能。而絕大多數的分析系統要求大數據作為其核心技術，但是技術團隊應該都了解，大數據天然具有維護難度大和門檻高的問題。基于此背景，SkyWalking核心要求能夠在非大數據架構下，使用最輕量級的jar包模式，形成強大的分析能力、擴展能力和模塊化能力。

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SkyWalking 的優勢

SkyWalking 的優勢在于它緊跟當前的技術發展趨勢，保證同一套 APM 系統適用于傳統架構和云原生架構。另外，在技術設計理念上，SkyWalking 提供了較大的包容性和擴展性，適用于不同的用戶場景和定制需求。

2.1

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傳統分布式架構與云原生的一致性支持

隨著近十年服務化和微服務化的進程，以RPC和HTTP服務為通信技術核心，以注冊中心作為服務注冊與服務發現的架構，已經成為國內成熟的微服務“傳統”架構。主流技術有Spring Cloud、Apache Dubbo等。SkyWalking從2015年項目誕生之初，就把這種傳統的分布式架構及自動探針作為最為核心的功能。SkyWalking可以無縫支持已經穩定的分布式服務架構，方便替換傳統的監控手段，而無須增加運維團隊和開發團隊的工作量。

同時，從2018年起，由Google、Lyft和CNCF的Istio與Envoy組成的Service Mesh方案開始流行，提供了在Kubernetes上創新的分布式服務管理、監控和安全管理能力。SkyWalking項目團隊也一直關注這一動向，在Istio 1.0.4發布的同時發布了SkyWalking 6的測試版本，并在3個月后開始發布SkyWalking 6穩定版本。在6.x版本中，SkyWalking針對Istio和Envoy組成的Service Mesh方案提供了核心適配能力。用戶可以認為Service Mesh構成了SkyWalking的一種新的語言無關的探針形式。利用SkyWalking的后端OAP平臺以及UI，可以對Service Mesh管理中的服務提供同樣的依賴拓撲、服務性能指標、告警等能力。90%以上的配置與使用其他語言探針（如Java探針）時完全一致。

這也是首個在開源軟件中實現語言探針和Service Mesh一致性解決方案的項目。為不同公司的技術棧提供統一的監控能力，更有利于公司在未來系統架構升級中保持監控系統的一致性。這個一致性不單單指SkyWalking的使用，更是對于用戶在SkyWalking構建的生態系統，如告警平臺、AIOps、指標基線計算系統、彈性計算等，保持一致性。

2.2

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易于維護

SkyWalking一直堅持以易于維護為核心需求，不引入過多的技術棧，以免成為一個過于復雜的監控系統。這其中的深層邏輯在于，監控系統作為二線甚至三線系統，應該利用有限的環境資源，提供盡可能大的監控價值，同時盡可能降低對于運維的要求。在SkyWalking集群模式下，大量公司每日需要采集超過百億級別的監控數據及明細，SkyWalking不要求使用復雜的大數據平臺，以減少系統的入門難度和維護負擔。同時SkyWalking的構建集群架構比較簡單，用戶只要針對自己的數據量，對于不同的存儲平臺（如MySQL、TiDB或Elasticsearch等）具備基本的集群運維能力，就可以輕松監控百億級的流量系統。

2.3

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高性能

SkyWalking并不會因為追求簡單、易于維護而降低對性能的要求。SkyWalking內置一套針對分布式監控專門設計的可擴展流計算框架（參見第7章），該計算框架針對監控數據特別設計了特定的流程，并利用字節碼技術來兼顧擴展性和系統性能。

SkyWalking在永輝超市的典型公開案例中，使用15臺OAP節點和20臺Elasticsearch節點，就支撐了250多個服務每天高達3TB的監控數據，數據流量超過百億。在6.x中，SkyWalking性能從6.0-GA到6.4，每個版本都得到了明顯提升。

2.4

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利于二次開發和集成

SkyWalking的二次開發和集成的便利性主要分為兩方面。

面向協議和模塊化的設計。面向協議保證其他的探針接入，只需要學習協議就可以輕松完成對接。而模塊化給予用戶深度定制的能力，模塊實現的可切換使用戶可以對分布式計算過程、集群管理與協調模式、存儲、告警引擎、可視化頁面等進行個性化定制。

大量的SkyWalking內置實現提供了第三方網絡接口，HTTP或gRPC接口。用戶可以使用第三方程序進行對接，而非進行程序改造。這樣能保證SkyWalking版本升級時周邊生態的穩定。而且在容器化大行其道的今天，網絡接口集成的方式也更為友好。

SkyWalking的幾百家公開用戶大量使用了這些擴展方式，定制了豐富的內部系統，也保證了SkyWalking內核的穩定和高通用性。

關于SkyWalking的實戰內容推薦閱讀《Apache SkyWalking實戰》一書，本文經出版社授權發布。

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福利時間

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送書規則：截止2020年7月31日13:30前在留言區，分享你在SkyWalking方面的心得與踩坑經驗、或者對新技術的更新、迭代有何獨特的個人見解，精選留言點贊前8名各送出此書一本。

注：獲得贈書資格的讀者須于8小時內聯系小編發送詳細收貨信息，逾期則視為主動放棄。

推薦語：《Apache SkyWalking實戰》從功能使用、項目設計、核心模塊、工作原理、擴展實踐5個維度全面講解SkyWalking，由SkyWalking的創始人吳晟與核心開發團隊撰寫，得到了來自華為、百度、螞蟻金服、京東數科、Tetrate.io的5位資深技術專家的聯袂推薦。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的这么多Apache顶级项目，SkyWalking为何一枝独秀？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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