Spring Boot进阶(94)：从入门到精通：Spring Boot和Prometheus监控系统的完美结合

前言

  随着云原生技术的发展，监控和度量也成为了不可或缺的一部分。Prometheus 是一款最近比较流行的开源时间序列数据库，同时也是一种监控方案。它具有极其灵活的查询语言、自身的数据采集和存储机制以及易于集成的特点。而 Spring Boot 是一款快速构建应用的框架，其提供了大量自动化的配置和功能，使得开发者可以更加专注于业务逻辑的开发，而不必关心大量的配置和环境搭建。

  本文将介绍 Spring Boot 如何集成 Prometheus 进行应用监控，并结合实际应用场景，给出一些使用 Prometheus 监控应用的案例，以及优缺点分析和测试用例。

  那么，具体如何实现呢？这将又会是干货满满的一期，全程无尿点不废话只抓重点教，具有非常好的学习效果，拿好小板凳准备就坐！希望学习的过程中大家认真听好好学，学习的途中有任何不清楚或疑问的地方皆可评论区留言或私信，bug菌将第一时间给予解惑，那么废话不多说，直接开整！Fighting！！

环境说明

开发工具：IDEA 2021.3
JDK版本： JDK 1.8
Spring Boot版本：2.3.1 RELEASE
Maven版本：3.8.2

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本文收录于《Spring Boot从入门到精通》，专门攻坚指数提升，2023 年国内最系统+最强（更新中）。

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摘要

本文主要介绍如何在 Spring Boot 中集成 Prometheus 进行应用监控，重点讲解以下内容：

• Prometheus 的概述和优缺点分析
• Spring Boot 集成 Prometheus 的教学
• 应用场景案例
• 实战教学
• 测试用例
• 全文小结和结尾

正文

---

Prometheus 是什么？

Prometheus 是一个开源的系统监控和警报工具包。它实现了完整的数据采集、存储和查询功能，可以帮助开发者对应用的性能和状态进行监控，并提供丰富的查询语言和可视化界面。

Prometheus 具有以下特点：

• 支持多种数据采集方式，包括 HTTP、JMX、Redis、MySQL、RabbitMQ 等。
• 灵活的数据查询和展现方式。
• 方便的告警功能。
• 模块化的设计，易于扩展和集成。

Spring Boot 是什么？

Spring Boot 是一个快速构建应用程序的框架，它基于 Spring 框架，简化了 Spring 应用的搭建和开发。Spring Boot 提供了自动化的配置和功能，减少了开发者在配置上花费的时间和精力，使得开发人员可以专注于业务逻辑的实现。

Spring Boot 具有以下特点：

• 快速构建应用。
• 提供了自动化配置，最大限度减少了配置的工作量。
• 开发者友好，提供了灵活的扩展和集成方式。

搭建Spring Boot应用

  首先，我们先创建个基础的Spring Boot项目，如果还不会点这里，此处就不详细赘述啦。

Spring Boot 集成 Prometheus

导入 Prometheus 相关依赖

在 Spring Boot 中使用 Prometheus，需要导入以下两个依赖：

<dependency>
    <groupId>io.prometheusgroupId>
    <artifactId>simpleclient_spring_bootartifactId>
    <version>0.5.0version>
dependency>
<dependency>
    <groupId>io.prometheusgroupId>
    <artifactId>simpleclient_pushgatewayartifactId>
    <version>0.5.0version>
dependency>

  simpleclient_spring_boot 是 Prometheus 提供的 Spring Boot 集成包，用于集成 Spring Boot 应用。simpleclient_pushgateway 是用于将采集到的数据推送到 Pushgateway。

配置 Prometheus

在 application.properties 中添加 Prometheus 的配置：

# 启用 Prometheus 进行监控
management.endpoint.metrics.enabled=true
# 设置采集间隔时间，单位为秒，这里设置为 10 秒
management.metrics.export.prometheus.step=10s

这里设置了采集数据的间隔时间为 10 秒。

定义 Controller

在 Controller 中添加用于测试的接口，用于生成一些测试数据：

@RestController
public class TestController {

    private static final Random random = new Random();

    @GetMapping("/test")
    public String test() {
        // 模拟一些业务逻辑，比如查询数据库、计算等。
        try {
            Thread.sleep(random.nextInt(1000));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 返回一些测试数据
        return "Hello World!";
    }

}

监控应用

  启动 Spring Boot 应用后，访问 http://localhost:8080/actuator/prometheus 即可查看采集到的数据。

例如，可以查看应用的请求数、请求处理时间、内存使用情况等。

应用场景案例

监控数据库连接池

  数据库连接池是应用中非常重要的资源，过多的连接池占用会导致应用的性能下降，因此需要对其进行监控。在 Spring Boot 应用中可以通过以下方式对数据库连接池进行监控：

1. 定义一个 health indicator，用于检测连接池的健康状况。

@Component
public class DataSourceHealthIndicator implements HealthIndicator {

    @Autowired
    private DataSource dataSource;

    @Override
    public Health health() {
        try (Connection connection = dataSource.getConnection()) {
            // 如果可以获取到连接，则认为连接池正常
            return Health.up().build();
        } catch (Exception e) {
            // 如果出现异常，则表示连接池不正常
            return Health.down().withException(e).build();
        }
    }

}

2. 配置 Prometheus 进行监控

在 application.properties 中添加以下配置：

# 启用 Prometheus 进行监控
management.endpoint.metrics.enabled=true
# 设置采集间隔时间，单位为秒，这里设置为 10 秒
management.metrics.export.prometheus.step=10s

监控应用日志

  应用的日志是了解应用运行情况的重要依据，现在有一些日志组件可以与 Prometheus 进行集成，例如 logback-prometheus-appender，其可以将日志输出到 Prometheus 的指标中，方便进行监控。

  在 Spring Boot 应用中可以使用以下方式与 logback-prometheus-appender 集成：

1. 导入 logback-prometheus-appender 依赖：

<dependency>
    <groupId>io.github.microutilsgroupId>
    <artifactId>logback-prometheus-appenderartifactId>
    <version>1.1.0version>
dependency>

2. 在 logback.xml 中添加 appender 和 logger：

<appender name="PROMETHEUS" class="io.github.microutils.vertx.prometheus.LogbackPrometheusAppender">
    <encoder>
        <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n%rExpattern>
    encoder>
appender>

<logger name="io.github.microutils.vertx.prometheus" level="INFO">
    <appender-ref ref="PROMETHEUS"/>
logger>

  这里定义了一个名为 PROMETHEUS 的 appender，并配置了 encoder 和 logger，将日志输出到 Prometheus 的指标中。

实战教学

项目结构

  本例中，我们将构建一个简单的 Spring Boot 项目，用于演示如何集成 Prometheus 进行应用监控。项目结构如下：

├── pom.xml
└── src
    └── main
        ├── java
        │   └── io
        │       └── github
        │           └── example
        │               ├── ExampleApplication.java
        │               └── TestController.java
        └── resources
            └── application.properties

• ExampleApplication：Spring Boot 应用的启动类。
• TestController：用于生成一些测试数据的 Controller。
• application.properties：用于配置 Prometheus 和 Spring Boot 应用的属性。

导入依赖

我们需要在 pom.xml 中添加以下依赖：

<dependencies>
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-webartifactId>
        <version>2.5.6version>
    dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>io.prometheusgroupId>
        <artifactId>simpleclient_spring_bootartifactId>
        <version>0.10.0version>
    dependency>
dependencies>

  这里我们引入了 Spring Boot Web Starter 和 Prometheus Simple Client for Spring Boot 两个依赖。

配置 Prometheus

在 application.properties 中添加以下内容：

# Prometheus 监控端口
management.server.port=8081
# Prometheus 监控路径
management.endpoints.web.base-path=/actuator/prometheus
# 开启 Micrometer 的 Prometheus 支持
management.metrics.export.prometheus.enabled=true

  这里，我们将 management.server.port 设置为 8081，代表 Prometheus 监控的端口号。management.endpoints.web.base-path 是管理端点的基础路径，用于提供 Prometheus 监控 API。最后，我们开启了 Micrometer 的 Prometheus 支持，这是实现 Spring Boot 应用监控的必要配置。

编写代码

在 ExampleApplication.java 中添加以下代码：

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

    @Bean
    public CollectorRegistry collectorRegistry() {
        return CollectorRegistry.defaultRegistry;
    }
}

  这里，我们启用了 Spring Boot 应用，并创建了一个 CollectorRegistry bean。这个 bean 将与 Prometheus 一起使用，以暴露应用程序的度量指标。

接下来，在 TestController.java 中添加以下代码：

@RestController
public class TestController {
    private final Random random = new Random();

    @Autowired
    private CollectorRegistry collectorRegistry;

    @RequestMapping("/test")
    public String test() throws InterruptedException {
        // 模拟请求处理
        Thread.sleep(random.nextInt(500));
        // 增加指标值
        Counter.builder("example_requests_total").register(collectorRegistry).inc();
        return "Test completed";
    }
}

  这里，我们创建了一个 REST 控制器，包含 /test 端点。在这个端点中，我们模拟了请求处理，并增加了 example_requests_total 计数器的值。

运行和测试

现在，我们可以运行应用程序并进行测试了。

首先，启动应用程序：

mvn spring-boot:run

  然后在浏览器中访问 http://localhost:8080/test 。每次访问 /test 端点时，计数器 example_requests_total 将增加一个值。

  接下来，我们使用 Prometheus 来收集应用程序度量指标。在 Prometheus 的配置文件中，添加以下内容：

scrape_configs:
  - job_name: 'example-app'
    metrics_path: '/actuator/prometheus'
    static_configs:
      - targets: ['localhost:8081']

  最后，访问 http://localhost:9090/graph ，在 Query 输入框中输入 example_requests_total，即可看到计数器的值。

小结

  本文介绍了如何在 Spring Boot 应用中集成 Prometheus 进行应用监控，重点讲解了 Prometheus 的概述、Spring Boot 集成 Prometheus 的教学、应用场景案例、实战教学和测试用例。在实践中，我们可以使用 Prometheus 监控数据库连接池、应用日志、文件上传、定时任务等多种场景，通过灵活配置和扩展，帮助我们更好地了解应用的性能和状态。

总结

  Prometheus 是一款开源的系统监控和警报工具包，其具有可扩展性、灵活的数据查询和展现方式、方便的告警功能和模块化的设计等优点。Spring Boot 是一款快速构建应用程序的框架，其提供了自动化的配置和功能，减少了开发者在配置上花费的时间和精力。

  在 Spring Boot 应用中集成 Prometheus，需要导入 Prometheus 相关依赖，配置 Prometheus 和定义 Controller，以便实现数据采集和监控。同时，我们可以根据具体的应用场景，使用不同的方法和工具，对应用的性能和状态进行监控和调优。

  通过本文的介绍和实践，相信大家已经掌握了如何在 Spring Boot 应用中集成 Prometheus 进行应用监控的方法和技巧。希望大家能够灵活运用这些知识，提升应用的性能和稳定性，为业务发展提供有力的保障。

… …

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