Spring Boot 服務監控，健康檢查，線程信息，JVM堆信息，指標收集，運行情況監控等！

前言

去年我們項目做了微服務1.0的架構轉型，但是服務監控這塊卻沒有跟上。這不，最近我就被分配了要將我們核心的微服務應用全部監控起來的任務。我們的微服務應用都是SpringBoot 應用，因此就自然而然的想到了借助Spring Boot 的Actuator 模塊。

本篇是我在完成這個工單之后，對Spring Boot Actuator模塊 學習應用的總結。在本篇文章中，你可以學習到：

1、Spring Boot Actuator 的快速使用入門
2、Spring Boot Actuator 的一些重要的endpoints的介紹
3、如何通過Actuator 模塊實時查看當前應用的線程 dump信息
4、如何通過Actuator 模塊實時查看當前應用的堆信息
5、如何通過Actuator 模塊實時修改當前應用的日志打印等級
6、...

之后我還會介紹：

TODO：SpringBoot 微服務應用集成Prometheus + Grafana實現監控告警

一、什么是 Spring Boot Actuator

Spring Boot Actuator 模塊提供了生產級別的功能，比如健康檢查，審計，指標收集，HTTP 跟蹤等，幫助我們監控和管理Spring Boot 應用、Bean加載情況、環境變量、日志信息、線程信息，JVM 堆信息等?。這個模塊是一個采集應用內部信息暴露給外部的模塊，上述的功能都可以通過HTTP 和 JMX 訪問。

因為暴露內部信息的特性，Actuator 也可以和一些外部的應用監控系統整合（Prometheus, Graphite, DataDog, Influx, Wavefront, New Relic等）。這些監控系統提供了出色的儀表板，圖形，分析和警報，可幫助你通過一個統一友好的界面，監視和管理你的應用程序。

Actuator使用Micrometer與這些外部應用程序監視系統集成。這樣一來，只需很少的配置即可輕松集成外部的監控系統。

Micrometer 為 Java 平臺上的性能數據收集提供了一個通用的 API，應用程序只需要使用 Micrometer 的通用 API 來收集性能指標即可。Micrometer 會負責完成與不同監控系統的適配工作。這就使得切換監控系統變得很容易。

對比 Slf4j 之于 Java Logger 中的定位。

二、快速開始，創建一個Spring Boot Actuator Demo

我們先創建一個demo應用。

你可以通過Spring Boot CLI 創建：

spring init -d=web,actuator -n=actuator-demo actuator-demo

或者通過Spring Initializr 創建：

對應的maven依賴：

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

對應的Gradle 依賴：

dependencies {
compile("org.springframework.boot:spring-boot-starter-actuator")
}

三、Endpoints 介紹

Spring Boot 提供了所謂的 endpoints （下文翻譯為端點）給外部來與應用程序進行訪問和交互。

打比方來說， /health 端點 提供了關于應用健康情況的一些基礎信息。metrics 端點提供了一些有用的應用程序指標（JVM 內存使用、系統CPU使用等）。

這些 Actuator 模塊本來就有的端點我們稱之為原生端點。根據端點的作用的話，我們大概可以分為三大類：

應用配置類：獲取應用程序中加載的應用配置、環境變量、自動化配置報告等與Spring Boot應用密切相關的配置類信息。

度量指標類：獲取應用程序運行過程中用于監控的度量指標，比如：內存信息、線程池信息、HTTP請求統計等。

操作控制類：提供了對應用的關閉等操作類功能。

詳細的原生端點介紹，請以官網為準，這里就不贅述徒增篇幅。

需要注意的就是：

1、每一個端點都可以通過配置來單獨禁用或者啟動

2、不同于Actuator 1.x，Actuator 2.x 的大多數端點默認被禁掉。Actuator 2.x 中的默認端點增加了 /actuator前綴。默認暴露的兩個端點為 /actuator/health和 /actuator/info

四、端點暴露配置

我們可以通過以下配置，來配置通過JMX 和 HTTP 暴露的端點。

可以打開所有的監控點

management.endpoints.web.exposure.include=*

也可以選擇打開部分，"*" 代表暴露所有的端點，如果指定多個端點，用","分開

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

Actuator 默認所有的監控點路徑都在 /actuator/*，當然如果有需要這個路徑也支持定制。

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

設置完重啟后，再次訪問地址就會變成 /minitor/*。

現在我們按照如下配置：

# "*" 代表暴露所有的端點 如果指定多個端點，用","分開
management.endpoints.web.exposure.include=*
# 賦值規則同上
management.endpoints.web.exposure.exclude=

啟動DEMO程序，訪問 http://localhost:8080/actuator，查看暴露出來的端點：

上面這樣顯示是因為chrome 瀏覽器安裝了 JSON-handle 插件，實際上就是返回一大段json

下面，我會著重介紹幾個比較重要的端點。

五、重要端點解析

5.1?/health端點

/health端點會聚合你程序的健康指標，來檢查程序的健康情況。端點公開的應用健康信息取決于：

management.endpoint.health.show-details=always

該屬性可以使用以下值之一進行配置：

按照上述配置，配置成 always之后，我們啟動項目，訪問 http://localhost:8080/actuator/health端口，可以看到這樣的信息：

是不是感覺好像健康信息有點少？先別急，那是因為我們創建的是一個最基礎的Demo項目，沒有依賴很多的組件。

/health端點有很多自動配置的健康指示器：如redis、rabbitmq、db等組件。當你的項目有依賴對應組件的時候，這些健康指示器就會被自動裝配，繼而采集對應的信息。如上面的 diskSpace 節點信息就是 DiskSpaceHealthIndicator 在起作用。

上述截圖取自官方文檔

這是我另一個項目的 /health端點信息。

當如上的組件有一個狀態異常，應用服務的整體狀態即為down。我們也可以通過配置禁用某個組件的健康監測。

management.health.mongo.enabled:  false

或者禁用所有自動配置的健康指示器：

management.health.defaults.enabled:  false

?自定義 Health Indicator

當然你也可以自定義一個Health Indicator，只需要實現 HealthIndicator 接口或者繼承 AbstractHealthIndicator類。

/**
* @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 來創建健康狀態信息
// 如果你throw 了一個 exception，那么status 就會被置為DOWN，異常信息會被記錄下來
builder.up()
.withDetail("app",  "這個項目很健康")
.withDetail("error",  "Nothing, I'm very good");
}
}

最終效果：

5.2?/metrics端點

/metrics端點用來返回當前應用的各類重要度量指標，比如：內存信息、線程信息、垃圾回收信息、tomcat、數據庫連接池等。

{
"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在這個界面看不到具體的指標信息，只是展示了一個指標列表。為了獲取到某個指標的詳細信息，我們可以請求具體的指標信息，像這樣：

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

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

你也可以用query param的方式查看單獨的一塊區域。比如你可以訪問 /actuator/metrics/jvm.memory.max?tag=id:Metaspace。結果就是：

5.3?/loggers端點

/loggers 端點暴露了我們程序內部配置的所有logger的信息。我們訪問 /actuator/loggers可以看到，

你也可以通過下述方式訪問單獨一個logger，

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

比如我現在訪問 root logger， http://localhost:8080/actuator/loggers/root

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

?改變運行時的日志等級

/loggers端點我最想提的就是這個功能，能夠動態修改你的日志等級。

比如，我們可以通過下述方式來修改 root logger的日志等級。我們只需要發起一個URL 為 http://localhost:8080/actuator/loggers/root的 POST請求，POST報文如下：

{
"configuredLevel":  "DEBUG"
}

仔細想想，這個功能是不是非常有用。如果在生產環境中，你想要你的應用輸出一些Debug信息以便于你診斷一些異常情況，你你只需要按照上述方式就可以修改，而不需要重啟應用。

如果想重置成默認值，把value 改成 null

5.4?/info端點

/info端點可以用來展示你程序的信息。我理解過來就是一些程序的基礎信息。并且你可以按照自己的需求在配置文件 application.properties中個性化配置（默認情況下，該端點只會返回一個空的json內容。）：

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 項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@

啟動項目，訪問 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端點

/beans端點會返回Spring 容器中所有bean的別名、類型、是否單例、依賴等信息。

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

5.6?/heapdump?端點

訪問：http://localhost:8080/actuator/heapdump會自動生成一個 Jvm 的堆文件 heapdump。我們可以使用 JDK 自帶的 Jvm 監控工具 VisualVM 打開此文件查看內存快照。

5.7?/threaddump?端點

這個端點我個人覺得特別有用，方便我們在日常定位問題的時候查看線程的情況。主要展示了線程名、線程ID、線程的狀態、是否等待鎖資源、線程堆棧等信息。就是可能查看起來不太直觀。訪問 http://localhost:8080/actuator/threaddump返回如下：

5.8?/shutdown端點

這個端點屬于操作控制類端點，可以優雅關閉 Spring Boot 應用。要使用這個功能首先需要在配置文件中開啟：

management.endpoint.shutdown.enabled=true

由于 shutdown 接口默認只支持 POST 請求，我們啟動Demo項目，向 http://localhost:8080/actuator/shutdown發起 POST請求。返回信息：

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

然后應用程序被關閉。

由于開放關閉應用的操作本身是一件非常危險的事，所以真正在線上使用的時候，我們需要對其加入一定的保護機制，比如：定制Actuator的端點路徑、整合Spring Security進行安全校驗等。（不是特別必要的話，這個端點不用開）

六、整合Spring Security 對端點進行安全校驗

由于端點的信息和產生的交互都是非常敏感的，必須防止未經授權的外部訪問。如果您的應用程序中存在Spring Security的依賴，則默認情況下使用基于表單的HTTP身份驗證來保護端點。

如果沒有，只需要增加對應的依賴即可：

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

添加之后，我們需要定義安全校驗規則，來覆蓋Spring Security 的默認配置。

這里我給出了兩個版本的模板配置：

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'端點的訪問，只允許ACTUATOR_ADMIN訪問
* 2\. 允許外部訪問其他的端點
* 3\. 允許外部訪問靜態資源
* 4\. 允許外部訪問 '/'
* 5\. 其他的訪問需要被校驗
* version2:
* 1\. 限制所有端點的訪問，只允許ACTUATOR_ADMIN訪問
* 2\. 允許外部訪問靜態資源
* 3\. 允許外部訪問 '/'
* 4\. 其他的訪問需要被校驗
*/
@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的相關配置如下：

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