微服务分布式链路追踪：SkyWalking单点服务搭建指南‌

作者： 分类：所有,分布式,elasticsearch,java 字数：18599

微服务分布式链路追踪：SkyWalking 单点服务搭建指南

在微服务架构下，应用被拆分成多个独立的服务，如何在分布式环境中快速定位调用链路、诊断性能瓶颈，成为了运维与开发的核心难题。Apache SkyWalking 是一款开源的分布式链路追踪、性能监控与可观测性平台，能够采集多种语言与框架的调用数据，汇总在一个可视化界面中进行分析。本指南将聚焦单点部署（一台机器上同时运行 OAP、存储与 UI）的场景，详细讲解如何快速搭建 SkyWalking 并在一个简单的 Spring Boot 微服务中接入 Tracing Agent，帮助你快速上手链路追踪。

目录

  1. 引言：为什么需要分布式链路追踪
  2. SkyWalking 简介与核心组件
  3. 单点部署架构设计
  4. 环境准备
  5. 步骤一：安装与配置 Elasticsearch（可选存储）
  6. 步骤二：下载并启动 SkyWalking OAP 与 UI
  7. 步骤三：微服务接入 SkyWalking Agent 示例（Spring Boot）
    7.1. 引入 Maven 依赖
    7.2. 配置 Agent 启动参数
    7.3. 样例代码：两个简单微服务间的调用
  8. 步骤四：验证链路追踪效果
  9. 常见问题与优化建议
  10. 总结

1. 引言：为什么需要分布式链路追踪

在传统单体应用中，遇到性能问题时，通过阅读日志、打点或 APM 工具往往就能快速定位瓶颈。但在微服务架构下，业务请求往往需要跨越多个服务节点（Service A → Service B → Service C），每个服务在不同进程、不同机器或容器中运行，甚至使用不同的语言栈，日志难以串联、调用链难以重现，常见痛点包括：

  1. 跨服务请求耗时不明：难以知道某次请求在每个服务上花费了多少时间。
  2. 复杂的依赖树：多个子服务并发调用，调用顺序、并发关系比较复杂。
  3. 异常链追踪：异常抛出后，需要快速定位是哪个服务、哪段代码引发的问题。
  4. 动态扩缩容场景：服务实例按需自动伸缩，IP/端口会变化，不便人工维护调用链。

分布式链路追踪（Distributed Tracing）能够在请求跨服务调用时，向每个调用节点注入唯一的 Trace Context，将所有 span（调用片段）通过一个全局 Trace ID 串联起来，最终在一个可视化面板中完整呈现请求在各服务的调用路径与耗时。Apache SkyWalking 就是其中一款成熟的链路追踪与可 observability 平台，支持多语言、多框架和可扩展的插件体系，适合快速构建全链路可观测体系。

2. SkyWalking 简介与核心组件

SkyWalking 的核心组件大致可分为以下几部分：

  1. Agent

    • 部署在应用服务所在的 JVM（或其他语言运行时）中，负责拦截入口/出口调用（如 Spring MVC、gRPC、Dubbo、JDBC、Redis 等），并将 Trace 与时序指标数据上报到 OAP。
    • 支持 Java、C#、Node.js、PHP、Go、Python 等多种语言，通过自动探针（ByteBuddy、ASM、eBPF）或手动埋点接入。

  2. OAP Server（Observability Analysis Platform）

    • SkyWalking 的核心后端服务，接收并解析来自 Agent 上报的链路与指标数据，对数据进行聚合、存储与分析。
    • 包含多种模块：Receiver（接收各协议数据）、Analysis（拓扑计算、调用时序存储）、Storage（存储引擎接口）、Alarm（告警规则）、Profile（性能分析）等。
    • 支持插件化存储：可以将时序数据与 Trace 数据存入 Elasticsearch、H2、MySQL、TiDB、InfluxDB、CLICKHOUSE 等后端存储。

  3. 存储（Storage）

    • SkyWalking 本身并不内置完整的数据库，而是通过 Storage 插件将数据写入后端存储系统。
    • 对于单点部署，最常见的选择是 Elasticsearch（便于在 UI 中进行 Trace 搜索和拓扑查询）；也可以使用 H2 内存数据库做轻量化测试。

  4. UI（Web UI）

    • 提供可视化界面，用于展示服务拓扑图、调用链详情、时序监控图表、实例列表、告警管理等功能。
    • 在单点部署下，OAP 与 UI 通常在同一台机器的不同进程中运行，默认端口为 12800（OAP gRPC）、12800（HTTP）、8080（UI）。

  5. Agent → OAP 通信协议

    • Java Agent 默认使用 gRPC 协议（在 8.x 及更高版本）或 HTTP/Jetty。
    • 非 Java 语言 Agent（如 Node.js、PHP）也有各自的插件，使用 HTTP 协议上报。

3. 单点部署架构设计

本文所讲“单点部署”指在同一台物理机/虚拟机/容器中，同时部署：

  • 后端存储（以 Elasticsearch 为例）；
  • SkyWalking OAP Server（负责数据接收、分析、写入）；
  • SkyWalking UI（负责可视化展示）。

整体架构示意（ASCII 图）如下：

┌────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       单点部署服务器（Host）                  │
│                                                                │
│  ┌───────────────┐      ┌───────────────┐      ┌─────────────┐   │
│  │ Elasticsearch │      │   OAP Server   │      │   UI Server │   │
│  │  (单节点集群)  │◀────▶│ (12800 gRPC/HTTP)│◀──▶│ (端口 8080)   │   │
│  │  端口: 9200   │      │    存储适配 ES   │      │             │   │
│  └───────────────┘      └───────┬───────┘      └─────────────┘   │
│                                  │                                   │
│                                  ▼                                   │
│       ┌───────────────────────────────────────────────────┐           │
│       │               多个微服务实例（Java/Spring Boot）           │           │
│       │   ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────┐   │
│       │   │ ServiceA│    │ ServiceB│    │ ServiceC│    │ ServiceD│   │
│       │   │ (8081)  │    │ (8082)  │    │ (8083)  │    │ (8084)  │   │
│       │   └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘    └─────────┘   │
│       │       │               │               │               │     │
│       │     Agent           Agent           Agent           Agent   │
│       │       │               │               │               │     │
│       │       ▼               ▼               ▼               ▼     │
│       │  (数据上报 gRPC/HTTP) (数据上报 ...) (数据上报 ...) (数据上报 ...) │     │
│       └───────────────────────────────────────────────────┘           │
└────────────────────────────────────────────────────────────────┘
  • Elasticsearch：用于存储 Trace、拓扑与监控指标，单节点即可完成链路查询与可视化。
  • OAP Server：接收 Agent 上报的数据，进行分析并写入 Elasticsearch。
  • UI Server：展示拓扑图、调用链、服务实例列表、指标图表等。
  • 微服务实例：示例中采用 Spring Boot 服务，分别运行在不同端口（8081、8082、8083、8084）上，通过挂载 SkyWalking Java Agent 自动采集链路数据。

4. 环境准备

  • 操作系统：Linux（如 CentOS 7/8、Ubuntu 18.04/20.04 均可）。
  • Java 版本：Java 8 或更高（建议 OpenJDK 8/11）。
  • Elasticsearch：7.x 系列（与 SkyWalking 版本兼容，本文以 ES 7.17 为例）。
  • SkyWalking 版本：本文以 SkyWalking 8.8.0 为示例。

  • 磁盘与内存：

    • Elasticsearch：至少 4GB 内存，20GB 可用磁盘；
    • OAP+UI：至少 2GB 内存；
    • 微服务（每个实例）约 512MB 内存。

  • 网络端口：

    • Elasticsearch: 9200（HTTP）、9300（集群通信）；
    • SkyWalking OAP: 12800（gRPC）、12800（HTTP/Rest）；
    • UI: 8080；
    • 微服务：8081、8082、8083、8084。
注意：如果在同一台机器上运行所有组件，建议确保硬件资源充足，避免资源争抢导致性能瓶颈。

5. 步骤一：安装与配置 Elasticsearch（可选存储）

5.1. 下载与解压 Elasticsearch

以 Elasticsearch 7.17.0 为例：

# 进入 /opt 目录（或其他任意目录）
cd /opt
wget https://artifacts.elastic.co/downloads/elasticsearch/elasticsearch-7.17.0-linux-x86_64.tar.gz
tar -zxvf elasticsearch-7.17.0-linux-x86_64.tar.gz
mv elasticsearch-7.17.0 elasticsearch

5.2. 修改配置（单节点模式）

编辑 /opt/elasticsearch/config/elasticsearch.yml，确保以下几项（最小化单节点部署）：

cluster.name: skywalking-cluster
node.name: es-node-1
path.data: /opt/elasticsearch/data
path.logs: /opt/elasticsearch/logs

# 单机模式关闭集群发现
discovery.type: single-node

# 根据主机内存调整 JVM Heap
# 编辑 /opt/elasticsearch/config/jvm.options，将 -Xms4g -Xmx4g（根据实际调整）

默认情况下，ES 会自动分配单节点集群。确保 discovery.type: single-node，避免待集群中只有一个节点时无法组网。

5.3. 启动 Elasticsearch

# 创建 data 和 logs 目录
mkdir -p /opt/elasticsearch/data /opt/elasticsearch/logs

# 启动脚本
cd /opt/elasticsearch
bin/elasticsearch -d   # -d 表示后台启动

  • 启动成功后，访问 http://localhost:9200/，应显示 Elasticsearch 集群信息：

    {
  "name" : "es-node-1",
  "cluster_name" : "skywalking-cluster",
  "cluster_uuid" : "xxxxxxxxxxxx",
  "version" : {
    "number" : "7.17.0",
    ...
  },
  "tagline" : "You Know, for Search"
}

6. 步骤二：下载并启动 SkyWalking OAP 与 UI

6.1. 下载 SkyWalking

以 SkyWalking 8.8.0 为例：

cd /opt
wget https://archive.apache.org/dist/skywalking/8.8.0/apache-skywalking-apm-8.8.0.tar.gz
tar -zxvf apache-skywalking-apm-8.8.0.tar.gz
mv apache-skywalking-apm-bin apache-skywalking

解压后目录为 /opt/apache-skywalking，结构如下：

/opt/apache-skywalking
├── agent/                   # Java Agent  
├── config/                  # 默认配置文件  
│   ├── application.yml      # OAP/Storage 配置  
│   └── webapp.yml           # UI 配置  
├── bin/
│   ├── oapService.sh        # 启动 OAP Server 脚本  
│   └── webappService.sh     # 启动 UI Server 脚本  
└── oap-libs/                # OAP 依赖库

6.2. 配置 application.yml

编辑 /opt/apache-skywalking/config/application.yml，在 storage 部分将存储类型改为 Elasticsearch：

storage:
  elasticsearch:
    # 指定 Elasticsearch 存储类型
    # 兼容 ES 6.x/7.x 版本
    nameSpace: ${SW_NAMESPACE:"default"}
    clusterNodes: ${SW_STORAGE_ES_CLUSTER_NODES:localhost:9200}
    # 集群模式、多节点可写为 node1:9200,node2:9200
    protocol: ${SW_STORAGE_ES_HTTP_PROTOCOL:http}
    user: ${SW_ES_USER:}     # 如果无权限可留空
    password: ${SW_ES_PASSWORD:} # 如果无密码可留空
    trustCertsPath: ${SW_ES_TRUST_CERT_PATH:} # TLS 情况可指定证书
    # 索引截断保留时间（天），超过将删除
    indexShardsNumber: ${SW_ES_INDEX_SHARDS_NUMBER:1}
    indexReplicasNumber: ${SW_ES_INDEX_REPLICAS_NUMBER:0}
  • clusterNodes 指向运行在本机的 Elasticsearch 实例（localhost:9200）。
  • 默认设置索引分片为 1、副本为 0（单节点无需副本）。

6.3. 启动 OAP Server

cd /opt/apache-skywalking/bin
# 给脚本赋可执行权限（如果需要）
chmod +x oapService.sh
./oapService.sh
  • 启动过程中，OAP 会尝试连接 Elasticsearch 并自动创建所需索引（如 skywalking*）。
  • 日志默认输出在 /opt/apache-skywalking/logs/oap.log，可观察初始化情况。

6.4. 启动 UI Server

在 OAP 启动并运行正常后，再启动前端 UI：

cd /opt/apache-skywalking/bin
chmod +x webappService.sh
./webappService.sh
  • 默认 UI 监听端口 8080，启动后访问 http://localhost:8080/，可看到 SkyWalking Web 界面登录页。
  • 默认用户名/密码：admin/admin。首次登录后建议修改密码。

7. 步骤三：微服务接入 SkyWalking Agent 示例（Spring Boot）

以下示例将演示如何在一个简单的 Spring Boot 微服务项目中接入 SkyWalking Java Agent，实现链路采集。

7.1. 引入 Maven 依赖

在 ServiceA 与 ServiceB 的 pom.xml 中，添加 spring-boot-starter-web 和其他业务依赖。注意：Agent 本身不需要在 pom.xml 中声明 SkyWalking 依赖，只需将 Agent Jar 放在本地即可。示例 pom.xml 片段：

<dependencies>
    <!-- Spring Boot Web Starter -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>

    <!-- 如果使用 RestTemplate 或 Feign 调用下游服务，可添加对应依赖 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-openfeign</artifactId>
        <version>3.1.2</version>
    </dependency>

    <!-- 其他自定义业务依赖 -->
</dependencies>

7.2. 配置 Agent 启动参数

  1. 下载 Agent：在 /opt/apache-skywalking/agent/ 目录中已有 skywalking-agent.jar。

  2. 在启动 Spring Boot 应用时，增加如下 JVM 参数（以 Linux shell 为例）：

    # 启动 ServiceA
export SW_AGENT_NAME=ServiceA                # 在 UI 中的服务名称
export SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=localhost:12800  # OAP 地址
java -javaagent:/opt/apache-skywalking/agent/skywalking-agent.jar \
     -Dskywalking.agent.service_name=$SW_AGENT_NAME \
     -Dskywalking.collector.backend_service=$SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES \
     -jar serviceA.jar --server.port=8081

  3. 在 ServiceB 中类似配置：

    export SW_AGENT_NAME=ServiceB
export SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=localhost:12800
java -javaagent:/opt/apache-skywalking/agent/skywalking-agent.jar \
     -Dskywalking.agent.service_name=$SW_AGENT_NAME \
     -Dskywalking.collector.backend_service=$SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES \
     -jar serviceB.jar --server.port=8082
    • -javaagent：指定 SkyWalking Java Agent 的 Jar 包路径；
    • -Dskywalking.agent.service_name：在 SkyWalking UI 中显示的服务名称；
    • -Dskywalking.collector.backend_service：OAP Server 地址，默认端口 12800。

7.3. 样例代码：两个简单微服务间的调用

假设有 ServiceA 和 ServiceB，其中 ServiceA 提供一个接口 /api/a，调用 ServiceB 的 /api/b 后返回结果，示例代码如下。

7.3.1. ServiceB

  1. 项目结构：

    serviceB/
├── src/main/java/com/example/serviceb/ServiceBApplication.java
└── src/main/java/com/example/serviceb/controller/BController.java

  2. ServiceBApplication.java:

    package com.example.serviceb;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class ServiceBApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ServiceBApplication.class, args);
    }
}

  3. BController.java:

    package com.example.serviceb.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class BController {
    @GetMapping("/api/b")
    public String helloB() {
        // 模拟业务逻辑耗时
        try {
            Thread.sleep(50);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        return "Hello from ServiceB";
    }
}

7.3.2. ServiceA

  1. 项目结构：

    serviceA/
├── src/main/java/com/example/servicea/ServiceAApplication.java
└── src/main/java/com/example/servicea/controller/AController.java

  2. ServiceAApplication.java:

    package com.example.servicea;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class ServiceAApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ServiceAApplication.class, args);
    }
}

  3. AController.java:

    package com.example.servicea.controller;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

@RestController
public class AController {

    private final RestTemplate restTemplate;

    @Autowired
    public AController(RestTemplate restTemplate) {
        this.restTemplate = restTemplate;
    }

    @GetMapping("/api/a")
    public String helloA() {
        // 调用 ServiceB 的 /api/b 接口
        String bResponse = restTemplate.getForObject("http://localhost:8082/api/b", String.class);
        return "ServiceA calls -> [" + bResponse + "]";
    }
}

  4. 在 ServiceAApplication.java 中定义 RestTemplate Bean：

    @SpringBootApplication
public class ServiceAApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ServiceAApplication.class, args);
    }

    @Bean
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }
}

7.3.3. 启动顺序

  1. 启动 Elasticsearch（请确保已启动并可访问 http://localhost:9200）。
  2. 启动 SkyWalking OAP Server：./oapService.sh。
  3. 启动 SkyWalking UI：./webappService.sh，访问 http://localhost:8080/，确认 UI 可访问。

  4. 启动 ServiceB（带 Agent）：

    export SW_AGENT_NAME=ServiceB
export SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=localhost:12800
java -javaagent:/opt/apache-skywalking/agent/skywalking-agent.jar \
     -Dskywalking.agent.service_name=$SW_AGENT_NAME \
     -Dskywalking.collector.backend_service=$SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES \
     -jar serviceB/target/serviceB.jar --server.port=8082

  5. 启动 ServiceA（带 Agent）：

    export SW_AGENT_NAME=ServiceA
export SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES=localhost:12800
java -javaagent:/opt/apache-skywalking/agent/skywalking-agent.jar \
     -Dskywalking.agent.service_name=$SW_AGENT_NAME \
     -Dskywalking.collector.backend_service=$SW_AGENT_COLLECTOR_BACKEND_SERVICES \
     -jar serviceA/target/serviceA.jar --server.port=8081

8. 步骤四：验证链路追踪效果

  1. 访问 ServiceA 接口
    在浏览器或命令行中执行：

    curl http://localhost:8081/api/a

    应返回：

    ServiceA calls -> [Hello from ServiceB]

  2. 在 SkyWalking UI 中查看 Trace

    • 打开浏览器，访问 http://localhost:8080/；
    • 登录后，点击顶部导航的 “Trace” → “Trace List”；
    • 默认会显示最近产生的 Trace，找到服务名称为 ServiceA 的 Trace，点击进入详情。

    • 在 Trace 树状图中，可以看到：

      ServiceA: /api/a → 调用耗时 ~50ms → 下游 ServiceB: /api/b
    • 点击 Span 详情可展开每个调用的时间戳、耗时、标签（如 HTTP Status、Method、URL）等信息。

8.1. 链路调用示意图

┌─────────┐                               ┌─────────┐
│ Client  │── HTTP GET /api/a ──────────▶│ ServiceA│
└─────────┘                               └────┬────┘
                                                 │
                                  (SkyWalking Agent 拦截 /api/a)
                                                 │
                              ↓ 调用下游 (RestTemplate)
                                                 │
                                     HTTP GET /api/b
                                                 │
                                             ┌───▼──────┐
                                             │ ServiceB │
                                             └──────────┘
                                                 │
                              (SkyWalking Agent 拦截 /api/b)
                                                 │
                                             ┌───▼────────┐
                                             │ 返回 "Hello"│
                                             └────────────┘
                                                 │
                        (SkyWalking Agent 在返回时上报 Span 结束)
                                                 │
┌─────────┐                               ┌────▼────┐
│  SkyWalking OAP Server (收集)         │  SkyWalking UI  │
└─────────┘                               └─────────────┘
  • 每个服务的 Agent 都会在方法入口处创建一个 Span，调用外部调用器（如 RestTemplate）时创建子 Span，并最终向 OAP Server 报送数据；
  • 最终在 UI 中可以看到 ServiceA 的入口 Span 和 ServiceB 的子 Span，形成完整的调用链。

9. 常见问题与优化建议

  1. Agent 无数据上报

    • 确认 JVM 启动参数中 -javaagent 路径是否正确；
    • 检查 -Dskywalking.collector.backend_service 配置的地址和端口是否能访问到 OAP Server；
    • 确认 OAP 日志中没有报错（查看 /opt/apache-skywalking/logs/oap.log）；
    • 确认服务端口、URL 与实际接口路径是否正确，Agent 默认只能拦截常见框架（Spring MVC、Dubbo、gRPC 等）。

  2. UI 无法访问或登录失败

    • 检查 UI Server 是否启动、日志中有无报错；
    • 确认 OAP Server 与 Elasticsearch 是否都处于运行状态；
    • 确认 UI 与 OAP 版本兼容（同一 SkyWalking 发行版自带的版本应当一致）。

  3. 链路不完整或时间跨度过长

    • 可能是下游服务没有配置 Agent，导致无法链到子 Span；
    • 检查 Agent 的采样率（默认是 100%，可通过 application.yml 中的 agent.sample_n_per_3_secs 等参数调整）；
    • 对于高并发场景，可调整 agent.buffered_span_limit、agent.async_nanos_threshold 等参数，避免 Agent 过载。

  4. ES 存储性能不足

    • 单节点 ES 默认 Heap 是半机内存，可在 /opt/elasticsearch/config/jvm.options 中调整；
    • 如果链路数据增多，可考虑扩展为 ES 集群或使用更轻量化的 H2（仅做测试）。
    • 定期清理过期索引：在 application.yml 中调整 indexShardsNumber、indexReplicasNumber 和 indexTTL（以天为单位）。

  5. 跨语言服务链路追踪

    • SkyWalking 支持多语言 Agent，比如 Node.js、Go、PHP 等；
    • 只需在各语言服务中接入对应版本的 Agent，即可将链路数据统一汇总到同一个 OAP。

10. 总结

本文从单点部署的视角，详细介绍了如何在一台服务器上完成 SkyWalking 的完整搭建及微服务接入，包括：

  1. 概念梳理：为什么需要分布式链路追踪，以及 SkyWalking 的核心组件与作用；
  2. 单点部署架构：OAP、UI 与 Elasticsearch 在一台机器上的部署架构示意；
  3. 环境准备与安装：如何下载、解压并配置 Elasticsearch，启动 SkyWalking OAP 与 UI；
  4. 微服务接入示例：以两个简单的 Spring Boot 服务为例，演示引入 SkyWalking Java Agent 的方法与注意事项；
  5. 验证链路追踪效果：在 UI 中查看 Trace，理解 Span 之间的调用关系；
  6. 常见问题与优化：排查 Agent 无上报、UI 无法访问、链路断裂、ES 性能瓶颈等常见场景，并给出优化建议。

通过本文的步骤，即可在短时间内完成一个可用的链路追踪平台，实现微服务间的分布式调用可视化与诊断。在生产环境中，可将该单点部署方案扩展为多节点集群（OAP、Elasticsearch、UI 分布式部署），满足高并发与高可用需求。

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