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# 使用 tracing 记录日志
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严格来说，tracing 并不是一个日志库，而是一个分布式跟踪的 SDK，用于采集监控数据的。
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随着微服务的流行，现在一个产品有多个系统组成是非常常见的，这种情况下，一条用户请求可能会横跨几个甚至几十个服务。此时再用传统的日志方式去跟踪这条用户请求就变得较为困难，这就是分布式追踪在现代化监控系统中这么炽手可热的原因。
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关于分布式追踪，在后面的监控章节进行详细介绍，大家只要知道：分布式追踪的核心就是在请求的开始生成一个 `trace_id`，然后将该 `trace_id` 一直往后透穿，请求经过的每个服务都会使用该 `trace_id` 记录相关信息，最终将整个请求形成一个完整的链路予以记录下来。
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那么后面当要查询这次请求的相关信息时，只要使用 `trace_id` 就可以获取整个请求链路的所有信息了，非常简单好用。看到这里，相信大家也明白为什么这个库的名称叫 `tracing` 了吧？
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至于为何把它归到日志库的范畴呢？因为 `tracing` 支持 `log` 门面库的 API，因此，它既可以作为分布式追踪的 SDK 来使用，也可以作为日志库来使用。
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> 在分布式追踪中，trace_id 都是由 SDK 自动生成和往后透穿，对于用户的使用来说是完全透明的。如果你要手动用日志的方式来实现请求链路的追踪，那么就必须考虑 trace_id 的手动生成、透传，以及不同语言之间的协议规范等问题
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## 一个简单例子
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开始之前，需要先将 `tracing` 添加到项目的 `Cargo.toml` 中:
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```toml
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[dependencies]
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tracing = "0.1"
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```
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注意，在写作本文时，`0.2` 版本已经快要出来了，所以具体使用的版本请大家以阅读时为准。
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下面的例子中将同时使用 `log` 和 `tracing` :
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```rust
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use log;
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use tracing_subscriber::{fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt};
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fn main() {
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// 只有注册 subscriber 后， 才能在控制台上看到日志输出
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tracing_subscriber::registry()
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.with(fmt::layer())
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.init();
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// 调用 `log` 包的 `info!`
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log::info!("Hello world");
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let foo = 42;
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// 调用 `tracing` 包的 `info!`
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tracing::info!(foo, "Hello from tracing");
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}
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```
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可以看出，门面库的排场还是有的，`tracing` 在 API 上明显是使用了 `log` 的规范。
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运行后，输出如下日志:
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```shell
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2022-04-09T14:34:28.965952Z INFO test_tracing: Hello world
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2022-04-09T14:34:28.966011Z INFO test_tracing: Hello from tracing foo=42
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```
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还可以看出，`log` 的日志格式跟 `tracing` 一模一样，结合上一章节的知识，相信聪明的同学已经明白了这是为什么。
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那么 `tracing` 跟 `log` 的具体日志实现框架有何区别呢？别急，我们再来接着看。
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## 异步编程中的挑战
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除了分布式追踪，在异步编程中使用传统的日志也是存在一些问题的，最大的挑战就在于异步任务的执行没有确定的顺序，那么输出的日志也将没有确定的顺序并混在一起，无法按照我们想要的逻辑顺序串联起来。
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**归根到底，在于日志只能针对某个时间点进行记录，缺乏上下文信息，而线程间的执行顺序又是不确定的，因此日志就有些无能为力**。而 `tracing` 为了解决这个问题，引入了 `span` 的概念( 这个概念也来自于分布式追踪 )，一个 `span` 代表了一个时间段，拥有开始和结束时间，在此期间的所有类型数据、结构化数据、文本数据都可以记录其中。
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大家发现了吗？ `span` 是可以拥有上下文信息的，这样就能帮我们把信息按照所需的逻辑性串联起来了。
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## 核心概念
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`tracing` 中最重要的三个概念是 `Span`、`Event` 和 `Collector`，下面我们来一一简单介绍下。
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### Span
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相比起日志只能记录在某个时间点发生的事件，`span` 最大的意义就在于它可以记录一个过程，也就是在某一段时间内发生的事件流。既然是记录时间段，那自然有开始和结束:
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```rust
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use tracing::{span, Level};
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fn main() {
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let span = span!(Level::TRACE, "my_span");
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// `enter` 返回一个 RAII ，当其被 drop 时，将自动结束该 span
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let enter = span.enter();
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// 这里开始进入 `my_span` 的上下文
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// 下面执行一些任务，并记录一些信息到 `my_span` 中
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// ...
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} // 这里 enter 将被 drop，`my_span` 也随之结束
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```
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### Event 事件
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`Event` 代表了某个时间点发生的事件，这方面它跟日志类似，但是不同的是，`Event` 还可以产生在 span 的上下文中。
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```rust
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|
use tracing::{event, span, Level};
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|
use tracing_subscriber::{fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt};
|
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fn main() {
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tracing_subscriber::registry().with(fmt::layer()).init();
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// 在 span 的上下文之外记录一次 event 事件
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event!(Level::INFO, "something happened");
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let span = span!(Level::INFO, "my_span");
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let _guard = span.enter();
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// 在 "my_span" 的上下文中记录一次 event
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event!(Level::DEBUG, "something happened inside my_span");
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}
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```
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|
```shell
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|
2022-04-09T14:51:38.382987Z INFO test_tracing: something happened
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2022-04-09T14:51:38.383111Z DEBUG my_span: test_tracing: something happened inside my_span
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```
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|
虽然 `event` 在哪里都可以使用，**但是最好只在 span 的上下文中使用**：用于代表一个时间点发生的事件，例如记录 HTTP 请求返回的状态码，从队列中获取一个对象，等等。
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### Collector 收集器
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当 `Span` 或 `Event` 发生时，它们会被实现了 `Collect` 特征的收集器所记录或聚合。这个过程是通过通知的方式实现的：当 `Event` 发生或者 `Span` 开始/结束时，会调用 `Collect` 特征的[相应方法](https://tracing-rs.netlify.app/tracing/trait.collect#tymethod.event)通知 Collector。
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#### tracing-subscriber
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我们前面提到只有使用了 [`tracing-subscriber`](https://docs.rs/tracing-subscriber/) 后，日志才能输出到控制台中。
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之前大家可能还不理解，现在应该明白了，它是一个 Collector，可以将记录的日志收集后，再输出到控制台中。
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## 使用方法
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### `span!` 宏
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`span!` 宏可以用于创建一个 `Span` 结构体，然后通过调用结构体的 `enter` 方法来开始，再通过超出作用域时的 `drop` 来结束。
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|
```rust
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|
use tracing::{span, Level};
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|
|
fn main() {
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let span = span!(Level::TRACE, "my_span");
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// `enter` 返回一个 RAII ，当其被 drop 时，将自动结束该 span
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let enter = span.enter();
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// 这里开始进入 `my_span` 的上下文
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// 下面执行一些任务，并记录一些信息到 `my_span` 中
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// ...
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} // 这里 enter 将被 drop，`my_span` 也随之结束
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```
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### #[instrument]
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|
如果想要将某个函数的整个函数体都设置为 span 的范围，最简单的方法就是为函数标记上 `#[instrument]`，此时 tracing 会自动为函数创建一个 span，span 名跟函数名相同，在输出的信息中还会自动带上函数参数。
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|
```rust
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|
use tracing::{info, instrument};
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|
|
use tracing_subscriber::{fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt};
|
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#[instrument]
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|
fn foo(ans: i32) {
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info!("in foo");
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}
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fn main() {
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|
tracing_subscriber::registry().with(fmt::layer()).init();
|
|
|
foo(42);
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|
}
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|
```
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|
|
```shell
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|
2022-04-10T02:44:12.885556Z INFO foo{ans=42}: test_tracing: in foo
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|
```
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|
关于 `#[instrument]` 详细说明，请参见[官方文档](https://tracing-rs.netlify.app/tracing/attr.instrument.html)。
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### in_scope
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|
对于没有内置 tracing 支持或者无法使用 `#instrument` 的函数，例如外部库的函数，我们可以使用 `Span` 结构体的 `in_scope` 方法，它可以将同步代码包裹在一个 span 中：
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```rust
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|
use tracing::info_span;
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|
let json = info_span!("json.parse").in_scope(|| serde_json::from_slice(&buf))?;
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```
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### 在 async 中使用 span
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需要注意，如果是在异步编程时使用，要避免以下使用方式:
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```rust
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|
async fn my_async_function() {
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let span = info_span!("my_async_function");
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// WARNING: 该 span 直到 drop 后才结束，因此在 .await 期间，span 依然处于工作中状态
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let _enter = span.enter();
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// 在这里 span 依然在记录，但是 .await 会让出当前任务的执行权，然后运行时会去运行其它任务，此时这个 span 可能会记录其它任务的执行信息，最终记录了不正确的 trace 信息
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|
some_other_async_function().await
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|
// ...
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|
}
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```
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|
我们建议使用以下方式，简单又有效:
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```rust
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|
use tracing::{info, instrument};
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|
use tokio::{io::AsyncWriteExt, net::TcpStream};
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|
use std::io;
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#[instrument]
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|
async fn write(stream: &mut TcpStream) -> io::Result<usize> {
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let result = stream.write(b"hello world\n").await;
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info!("wrote to stream; success={:?}", result.is_ok());
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|
result
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|
}
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```
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|
那有同学可能要问了，是不是我们无法在异步代码中使用 `span.enter` 了，答案是：是也不是。
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是，你无法直接使用 `span.enter` 语法了，原因上面也说过，但是可以通过下面的方式来曲线使用：
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```rust
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|
use tracing::Instrument;
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let my_future = async {
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|
// ...
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|
};
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|
my_future
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|
.instrument(tracing::info_span!("my_future"))
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.await
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```
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### span 嵌套
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`tracing` 的 span 不仅仅是上面展示的基本用法，它们还可以进行嵌套！
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```rust
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|
use tracing::{debug, info, span, Level};
|
|
|
use tracing_subscriber::{fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt};
|
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fn main() {
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|
tracing_subscriber::registry().with(fmt::layer()).init();
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let scope = span!(Level::DEBUG, "foo");
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let _enter = scope.enter();
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info!("Hello in foo scope");
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debug!("before entering bar scope");
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{
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let scope = span!(Level::DEBUG, "bar", ans = 42);
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let _enter = scope.enter();
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debug!("enter bar scope");
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info!("In bar scope");
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|
debug!("end bar scope");
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|
}
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|
|
debug!("end bar scope");
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|
|
}
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```
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|
```shell
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|
INFO foo: log_test: Hello in foo scope
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DEBUG foo: log_test: before entering bar scope
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DEBUG foo:bar{ans=42}: log_test: enter bar scope
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INFO foo:bar{ans=42}: log_test: In bar scope
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DEBUG foo:bar{ans=42}: log_test: end bar scope
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DEBUG foo: log_test: end bar scope
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```
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在上面的日志中，`foo:bar` 不仅包含了 `foo` 和 `bar` span 名，还显示了它们之间的嵌套关系。
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## 对宏进行配置
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### 日志级别和目标
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`span!` 和 `event!` 宏都需要设定相应的日志级别，而且它们支持可选的 `target` 或 `parent` 参数( 只能二者选其一 )，该参数用于描述事件发生的位置，如果父 span 没有设置，`target` 参数也没有提供，那这个位置默认分别是当前的 span 和 当前的模块。
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```rust
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|
use tracing::{debug, info, span, Level,event};
|
|
|
use tracing_subscriber::{fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt};
|
|
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|
|
fn main() {
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tracing_subscriber::registry().with(fmt::layer()).init();
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let s = span!(Level::TRACE, "my span");
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// 没进入 span，因此输出日志将不会带上 span 的信息
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event!(target: "app_events", Level::INFO, "something has happened 1!");
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// 进入 span ( 开始 )
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let _enter = s.enter();
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// 没有设置 target 和 parent
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// 这里的对象位置分别是当前的 span 名和模块名
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event!(Level::INFO, "something has happened 2!");
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// 设置了 target
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|
// 这里的对象位置分别是当前的 span 名和 target
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event!(target: "app_events",Level::INFO, "something has happened 3!");
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let span = span!(Level::TRACE, "my span 1");
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// 这里就更为复杂一些，留给大家作为思考题
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|
event!(parent: &span, Level::INFO, "something has happened 4!");
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|
}
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|
```
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|
### 记录字段
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我们可以通过语法 `field_name = field_value` 来输出结构化的日志
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```rust
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|
// 记录一个事件，带有两个字段:
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|
// - "answer", 值是 42
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|
// - "question", 值是 "life, the universe and everything"
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|
event!(Level::INFO, answer = 42, question = "life, the universe, and everything");
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|
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|
|
// 日志输出 -> INFO test_tracing: answer=42 question="life, the universe, and everything"
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|
```
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|
#### 捕获环境变量
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|
|
还可以捕获环境中的变量:
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|
```rust
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|
let user = "ferris";
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|
// 下面的简写方式
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|
span!(Level::TRACE, "login", user);
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|
// 等价于:
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span!(Level::TRACE, "login", user = user);
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|
```
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|
```rust
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|
|
use tracing::{info, span, Level};
|
|
|
use tracing_subscriber::{fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt};
|
|
|
|
|
|
fn main() {
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|
|
tracing_subscriber::registry().with(fmt::layer()).init();
|
|
|
|
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|
let user = "ferris";
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let s = span!(Level::TRACE, "login", user);
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let _enter = s.enter();
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info!(welcome="hello", user);
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// 下面一行将报错，原因是这种写法是格式化字符串的方式，必须使用 info!("hello {}", user)
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|
// info!("hello", user);
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|
}
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|
|
|
|
|
// 日志输出 -> INFO login{user="ferris"}: test_tracing: welcome="hello" user="ferris"
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|
```
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|
|
#### 字段名的多种形式
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|
字段名还可以包含 `.` :
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```rust
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|
let user = "ferris";
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|
|
let email = "ferris@rust-lang.org";
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|
|
event!(Level::TRACE, user, user.email = email);
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|
|
// 还可以使用结构体
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let user = User {
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|
name: "ferris",
|
|
|
email: "ferris@rust-lang.org",
|
|
|
};
|
|
|
|
|
|
// 直接访问结构体字段，无需赋值即可使用
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|
span!(Level::TRACE, "login", user.name, user.email);
|
|
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|
|
// 字段名还可以使用字符串
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|
event!(Level::TRACE, "guid:x-request-id" = "abcdef", "type" = "request");
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// 日志输出 ->
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|
// TRACE test_tracing: user="ferris" user.email="ferris@rust-lang.org"
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|
|
// TRACE test_tracing: user.name="ferris" user.email="ferris@rust-lang.org"
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|
|
// TRACE test_tracing: guid:x-request-id="abcdef" type="request"
|
|
|
```
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|
#### ?
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|
|
`?` 符号用于说明该字段将使用 `fmt::Debug` 来格式化。
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|
```rust
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#[derive(Debug)]
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struct MyStruct {
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|
field: &'static str,
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}
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let my_struct = MyStruct {
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field: "Hello world!",
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};
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// `my_struct` 将使用 Debug 的形式输出
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|
event!(Level::TRACE, greeting = ?my_struct);
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// 等价于:
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|
event!(Level::TRACE, greeting = tracing::field::debug(&my_struct));
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|
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|
// 下面代码将报错, my_struct 没有实现 Display
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|
// event!(Level::TRACE, greeting = my_struct);
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// 日志输出 -> TRACE test_tracing: greeting=MyStruct { field: "Hello world!" }
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|
```
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#### %
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|
`%` 说明字段将用 `fmt::Display` 来格式化。
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|
```rust
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|
|
// `my_struct.field` 将使用 `fmt::Display` 的格式化形式输出
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|
|
event!(Level::TRACE, greeting = %my_struct.field);
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|
|
// 等价于:
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|
|
event!(Level::TRACE, greeting = tracing::field::display(&my_struct.field));
|
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|
// 作为对比，大家可以看下 Debug 和正常的字段输出长什么样
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event!(Level::TRACE, greeting = ?my_struct.field);
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event!(Level::TRACE, greeting = my_struct.field);
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|
// 下面代码将报错, my_struct 没有实现 Display
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// event!(Level::TRACE, greeting = %my_struct);
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|
```
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|
|
|
|
```shell
|
|
|
2022-04-10T03:49:00.834330Z TRACE test_tracing: greeting=Hello world!
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|
|
2022-04-10T03:49:00.834410Z TRACE test_tracing: greeting=Hello world!
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2022-04-10T03:49:00.834422Z TRACE test_tracing: greeting="Hello world!"
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2022-04-10T03:49:00.834433Z TRACE test_tracing: greeting="Hello world!"
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|
```
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|
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|
|
#### Empty
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|
字段还能标记为 `Empty`，用于说明该字段目前没有任何值，但是可以在后面进行记录。
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|
```rust
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|
|
use tracing::{trace_span, field};
|
|
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|
|
let span = trace_span!("my_span", greeting = "hello world", parting = field::Empty);
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// ...
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// 现在，为 parting 记录一个值
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span.record("parting", &"goodbye world!");
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```
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#### 格式化字符串
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除了以字段的方式记录信息，我们还可以使用格式化字符串的方式( 同 `println!` 、`format!` )。
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> 注意，当字段跟格式化的方式混用时，必须把格式化放在最后，如下所示
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```rust
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let question = "the ultimate question of life, the universe, and everything";
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let answer = 42;
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event!(
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Level::DEBUG,
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question.answer = answer,
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question.tricky = true,
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"the answer to {} is {}.", question, answer
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);
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// 日志输出 -> DEBUG test_tracing: the answer to the ultimate question of life, the universe, and everything is 42. question.answer=42 question.tricky=true
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```
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### 文件输出
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截至目前，我们上面的日志都是输出到控制台中。
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针对文件输出，`tracing` 提供了一个专门的库 [tracing-appender](https://github.com/tokio-rs/tracing/tree/master/tracing-appender)，大家可以查看官方文档了解更多。
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## 一个综合例子
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最后，再来看一个综合的例子，使用了 [color-eyre](https://github.com/yaahc/color-eyre) 和 文件输出，前者用于为输出的日志加上更易读的颜色。
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```rust
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use color_eyre::{eyre::eyre, Result};
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use tracing::{error, info, instrument};
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use tracing_appender::{non_blocking, rolling};
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use tracing_error::ErrorLayer;
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use tracing_subscriber::{
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filter::EnvFilter, fmt, layer::SubscriberExt, util::SubscriberInitExt, Registry,
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};
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#[instrument]
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fn return_err() -> Result<()> {
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Err(eyre!("Something went wrong"))
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}
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#[instrument]
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fn call_return_err() {
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info!("going to log error");
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if let Err(err) = return_err() {
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// 推荐大家运行下，看看这里的输出效果
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error!(?err, "error");
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}
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}
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fn main() -> Result<()> {
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let env_filter = EnvFilter::try_from_default_env().unwrap_or_else(|_| EnvFilter::new("info"));
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// 输出到控制台中
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let formatting_layer = fmt::layer().pretty().with_writer(std::io::stderr);
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// 输出到文件中
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let file_appender = rolling::never("logs", "app.log");
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let (non_blocking_appender, _guard) = non_blocking(file_appender);
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let file_layer = fmt::layer()
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.with_ansi(false)
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.with_writer(non_blocking_appender);
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// 注册
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Registry::default()
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.with(env_filter)
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// ErrorLayer 可以让 color-eyre 获取到 span 的信息
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.with(ErrorLayer::default())
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.with(formatting_layer)
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.with(file_layer)
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.init();
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// 安裝 color-eyre 的 panic 处理句柄
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color_eyre::install()?;
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call_return_err();
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Ok(())
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}
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```
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## 总结 & 推荐
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至此，`tracing` 的介绍就已结束，相信大家都看得出，它比上个章节的 `log` 及兄弟们要更加复杂一些，一方面是因为它能更好的支持异步编程环境，另一方面就是它还是一个分布式追踪的库，对于后者，我们将在后续的监控章节进行讲解。
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如果你让我推荐使用哪个，那我的建议是:
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- 对于简单的工程，例如用于 POC（ Proof of Concepts ） 目的，使用 `log` 即可
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- 对于需要认真对待，例如生产级或优秀的开源项目，建议使用 tracing 的方式，一举解决日志和监控的后顾之忧 |
