SkyWalking是怎么做到在异步线程中传递traceid的

SkyWalking 通过 自动探针（Agent） 和 上下文传播机制 实现异步线程中的 TraceID 传递，核心原理涉及字节码增强、线程池包装和跨线程上下文传递。以下是详细解析：

一、核心实现机制

1. 字节码增强（Bytecode Instrumentation）

SkyWalking Agent 通过 字节码增强技术（基于 ByteBuddy 或 ASM），在运行时修改类的字节码，自动注入 TraceID 传递逻辑：

• 拦截线程池创建：
  当应用创建 ThreadPoolExecutor、ScheduledExecutorService 等线程池时，Agent 会动态插入代码，包装原始任务（如 Runnable/Callable）。
• 拦截异步框架：
  针对 CompletableFuture、RxJava、Spring Async 等异步编程模型，Agent 会拦截其任务提交和执行过程。

2. 上下文传递（Context Propagation）

SkyWalking 使用 ThreadLocal 的扩展机制 ContextManager 存储 TraceID 和 Span 信息，并通过以下方式跨线程传递：

• 任务包装器模式：
  在提交任务时，捕获当前线程的上下文（TraceID、Span 等），并封装到任务中。当任务在新线程中执行时，自动恢复上下文。
• 线程工厂增强：
  对于自定义线程池，Agent 会增强其 ThreadFactory，确保新创建的线程继承父线程的上下文。

二、关键组件与流程

1. ContextCarrier 与 ContextSnapshot

• ContextCarrier：
  用于在进程间传递上下文（如 HTTP 头、消息队列）。
• ContextSnapshot：
  用于在进程内跨线程传递上下文，存储当前线程的上下文快照。

2. 异步线程执行流程

sequenceDiagram participant MainThread as 主线程 participant Executor as 线程池 participant WorkerThread as 工作线程 participant Agent as SkyWalking Agent MainThread->>Agent: 执行带Trace的方法 Agent->>MainThread: 创建Span并设置TraceID MainThread->>Executor: 提交任务 Agent->>Executor: 拦截任务提交，捕获上下文 Executor->>WorkerThread: 创建新线程执行任务 Agent->>WorkerThread: 在新线程中恢复上下文 WorkerThread->>Agent: 获取TraceID和Span WorkerThread->>WorkerThread: 执行异步逻辑 WorkerThread->>Agent: 上报Span数据

三、代码示例与配置

1. 自动适配常见线程池

SkyWalking Agent 会自动处理以下场景：

import java.util.concurrent.*;

public class AsyncTraceExample {
    private static final ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
    
    public static void main(String[] args) {
        // 主线程已被SkyWalking注入Trace上下文
        executor.submit(() -> {
            // 子线程自动获取主线程的TraceID
            System.out.println("Async traceId: " + ContextManager.getGlobalTraceId());
        });
    }
}

2. 手动处理特殊场景

对于 Agent 未覆盖的场景（如自定义线程池），可手动传递上下文：

import org.apache.skywalking.apm.toolkit.trace.RunnableWrapper;

public class CustomThreadPoolExample {
    public void submitTask() {
        // 获取当前上下文快照
        ContextSnapshot snapshot = ContextManager.capture();
        
        // 提交任务时包装Runnable
        executor.submit(RunnableWrapper.of(() -> {
            // 任务执行前自动恢复上下文
            System.out.println("TraceID in custom thread: " + ContextManager.getGlobalTraceId());
        }, snapshot));
    }
}

四、对不同异步框架的支持

1. CompletableFuture

SkyWalking 会自动拦截 CompletableFuture 的创建和执行：

public CompletableFuture<String> asyncOperation() {
    // 主线程的Trace上下文会自动传递到异步线程
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        // 异步线程中可直接获取TraceID
        return "Result with traceId: " + ContextManager.getGlobalTraceId();
    });
}

2. Spring @Async

配合 Spring AOP，SkyWalking 支持注解方式的异步方法：

@Service
public class AsyncService {
    @Async  // SkyWalking会自动处理异步上下文传递
    public CompletableFuture<String> process(String data) {
        return CompletableFuture.completedFuture(
            "Processed with traceId: " + ContextManager.getGlobalTraceId()
        );
    }
}

五、配置与优化建议

1. 启用 Agent 增强：
   在启动 JVM 时添加参数：

   java -javaagent:/path/to/skywalking-agent.jar \
        -Dskywalking.agent.service_name=my-service \
        -jar my-app.jar
   

2. 调整插件配置：
   修改 agent.config，启用特定插件（如 plugin.toolkit.threading.enabled=true）。

3. 处理复杂异步场景：
   对于自定义异步框架，可实现 ContextPropagateInterceptor 接口自定义上下文传递逻辑。

总结

SkyWalking 通过 无侵入的字节码增强技术 和 智能上下文传播机制，在不修改业务代码的前提下，实现了 TraceID 在异步线程中的透明传递。这一机制支持常见线程池和异步框架，确保分布式系统中全链路追踪的完整性。