.NET 内置分布式追踪活动详解

.NET 内置分布式追踪活动详解

引言：为什么分布式追踪如此重要？

在现代微服务架构中，一个用户请求可能跨越数十个服务节点，每个服务又可能调用多个外部依赖。当出现性能瓶颈或故障时，传统的单体应用调试方法完全失效。分布式追踪（Distributed Tracing）技术应运而生，它通过唯一的追踪ID将跨服务的调用链路串联起来，形成完整的调用图谱。

.NET 从早期版本就开始支持分布式追踪，并在 .NET 5+ 中全面拥抱 W3C TraceContext 标准。更重要的是，.NET 运行时和基础类库内置了丰富的分布式追踪活动（Activity），无需额外配置即可获得详细的性能洞察。

分布式追踪核心概念

Activity：追踪的基本单元

在 .NET 中，分布式追踪的基本单元是 System.Diagnostics.Activity 类。每个 Activity 代表一个逻辑操作单元，具有以下关键属性：

属性	描述	示例
OperationName	操作名称	System.Net.Http.HttpRequestOut
DisplayName	显示名称	GET https://api.example.com
TraceId	全局追踪ID	4bf92f3577b34da6a3ce929d0e0e4736
SpanId	当前Span ID	00f067aa0ba902b7
ParentSpanId	父Span ID	00f067aa0ba902b6
StartTimeUtc	开始时间	2024-01-15T10:30:00Z
Duration	持续时间	00:00:00.125
Tags	标签集合	http.status_code=200

活动源（ActivitySource）

ActivitySource 是创建 Activity 的工厂类，每个内置的分布式追踪功能都有对应的 ActivitySource：

// 创建自定义ActivitySource
var activitySource = new ActivitySource("MyCompany.MyService");

// 启动活动
using var activity = activitySource.StartActivity("ProcessOrder");
activity?.SetTag("order.id", orderId);

.NET 内置分布式追踪活动详解

HTTP 客户端请求活动

System.Net.Http 是最常用的内置追踪功能，自动追踪所有 HttpClient 请求：

活动详情：

• ActivitySource: System.Net.Http
• OperationName: System.Net.Http.HttpRequestOut
• 可用版本: .NET 9+ 完整功能，早期版本基础支持

关键标签（Tags）：

标签名	类型	描述	示例
http.request.method	string	HTTP方法	GET, POST
server.address	string	服务器地址	api.example.com
server.port	int	服务器端口	443, 80
url.full	string	完整URL（脱敏）	https://example.com/search?q=*
http.response.status_code	int	HTTP状态码	200, 404
error.type	string	错误类型	System.TimeoutException

实验性网络活动（.NET 9+）

.NET 9 引入了更细粒度的网络活动追踪：

连接等待活动

// ActivitySource: Experimental.System.Net.Http.Connections
// OperationName: Experimental.System.Net.Http.Connections.WaitForConnection

使用场景： 当 HTTP 请求需要等待连接池中的可用连接时，会创建此活动。这有助于诊断连接池瓶颈。

DNS 查询活动

// ActivitySource: Experimental.System.Net.NameResolution  
// OperationName: Experimental.System.Net.NameResolution.DnsLookup

标签示例：

activity.SetTag("dns.question.name", "example.com");
activity.SetTag("dns.answers", new[] { "93.184.216.34", "2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946" });

Socket 连接活动

// ActivitySource: Experimental.System.Net.Sockets
// OperationName: Experimental.System.Net.Sockets.Connect

网络协议支持：

• TCP/IPv4、TCP/IPv6
• UDP
• Unix Domain Sockets

TLS 握手活动

安全连接建立过程的详细追踪：

活动配置：

• ActivitySource: Experimental.System.Net.Security
• OperationName: Experimental.System.Net.Security.TlsHandshake

活动关系与调用链

父子关系与链接

.NET 内置活动自动建立正确的父子关系：

W3C TraceContext 标准

.NET 默认使用 W3C TraceContext 标准，通过 HTTP 头传播追踪信息：

GET /api/users HTTP/1.1
Host: example.com
traceparent: 00-4bf92f3577b34da6a3ce929d0e0e4736-00f067aa0ba902b7-01
tracestate: vendor1=value1,vendor2=value2

实战：配置与收集追踪数据

使用 OpenTelemetry 收集追踪数据

using OpenTelemetry;
using OpenTelemetry.Trace;
using OpenTelemetry.Resources;

var resourceBuilder = ResourceBuilder.CreateDefault()
    .AddService("MyService", serviceVersion: "1.0.0");

var tracerProvider = Sdk.CreateTracerProviderBuilder()
    .SetResourceBuilder(resourceBuilder)
    .AddSource("System.Net.Http")
    .AddSource("Experimental.System.Net.Http.Connections")
    .AddSource("Experimental.System.Net.NameResolution")
    .AddSource("Experimental.System.Net.Sockets")
    .AddSource("Experimental.System.Net.Security")
    .AddOtlpExporter(options =>
    {
        options.Endpoint = new Uri("http://localhost:4317");
    })
    .AddConsoleExporter()
    .Build();

采样策略配置

// 基于父级采样的策略
var sampler = new ParentBasedSampler(new AlwaysOnSampler());

// 基于比率的采样
var sampler = new TraceIdRatioBasedSampler(0.1); // 10%的采样率

性能考量与最佳实践

性能开销对比

操作类型	无采样开销	10%采样开销	100%采样开销
Activity创建	~100ns	~100ns	~100ns
Tag设置	~50ns	~50ns	~50ns
导出到收集器	0	~500ns	~500ns
总开销（每请求）	~150ns	~650ns	~650ns

最佳实践

1. 适当采样：在生产环境中使用基于比率的采样（如1-10%）
2. 标签精简：避免设置过多或过大的标签值
3. 错误重点采样：对错误请求提高采样率
4. 监控开销：定期检查追踪系统的性能影响

故障诊断与常见问题

常见问题排查

问题现象	可能原因	解决方案
无活动产生	未配置收集器	添加OpenTelemetry或Application Insights
活动不完整	.NET版本过低	升级到.NET 9+获得完整功能
标签缺失	网络库版本问题	确保使用最新System.Net.Http
跨进程ID丢失	头信息未正确传播	检查中间件配置

调试技巧

// 启用详细日志
System.Diagnostics.Trace.Listeners.Add(
    new System.Diagnostics.TextWriterTraceListener(Console.Out));
System.Diagnostics.Trace.AutoFlush = true;

// 手动检查当前活动
var currentActivity = Activity.Current;
if (currentActivity != null)
{
    Console.WriteLine($"Current activity: {currentActivity.OperationName}");
    foreach (var tag in currentActivity.Tags)
    {
        Console.WriteLine($"  {tag.Key}: {tag.Value}");
    }
}

未来展望与总结

.NET 的分布式追踪能力正在快速发展，未来版本预计会：

1. 更多内置活动：数据库访问、缓存操作、消息队列等