2. Trace 基础概念：Span、Trace、Context Propagation、分布式追踪核心术语
分布式追踪（Distributed Tracing）是构建可观测性体系的三大支柱之一。在微服务架构中，一个用户请求往往需要跨越多个服务、多个进程、多个网络节点才能完成。Trace 技术通过一套标准化的数据模型和传播机制，将一次请求的完整调用链还原出来，让工程师能够精确地定位性能瓶颈和错误根因。
本章将围绕 Trace 领域的四个核心概念展开：Span（跨度）、Trace（追踪）、Context Propagation（上下文传播），以及相关的分布式追踪术语。理解这些基础概念是后续实现 Trace 监控与 ErrorHandler 报警联动的前提。
2.1 Span：追踪的最小工作单元
Span 是分布式追踪中最基本的数据单元，它代表一次请求中某个特定操作的时间片段。例如，一个 HTTP 请求的接收、一次数据库查询、一次消息队列的发送，都可以被建模为一个 Span。
每个 Span 包含以下关键属性：
| 属性 | 说明 | 示例值 |
|---|---|---|
| Span ID | 全局唯一的标识符，用于唯一标识一个 Span | abc123def456 |
| Trace ID | 所属 Trace 的全局唯一标识符，同一 Trace 内所有 Span 共享此 ID | trace-001-xyz |
| Parent Span ID | 父 Span 的 ID，用于构建调用链的父子关系；根 Span 此字段为空 | parent-span-789 |
| Operation Name | 描述 Span 代表的操作名称，通常为 服务名.接口名 |
order-service.createOrder |
| Start Time / End Time | Span 的开始和结束时间戳，用于计算耗时 | 1710000000.123 / 1710000000.456 |
| Status | 操作结果状态：OK、ERROR、UNSET |
ERROR |
| Tags / Attributes | 键值对形式的元数据，用于附加业务或技术上下文 | http.status_code=500, error.message=timeout |
| Events / Logs | Span 生命周期内发生的结构化日志事件 | exception.stacktrace |
下面是一个 Span 生命周期的内联 SVG 示意图，展示一个 Span 从创建到结束的完整过程：
2.2 Trace：一次请求的完整调用链
Trace 是由一组具有相同 Trace ID 的 Span 构成的树形结构，它完整地记录了一次请求从入口到出口经过的所有服务、组件和操作。Trace 的根 Span（Root Span）代表请求的入口点，其子 Span 代表后续的各个调用步骤。
Trace 的核心特征：
- 全局唯一 Trace ID：所有 Span 共享同一个 Trace ID，用于关联和检索。
- 树形层级结构：通过 Parent Span ID 形成父子关系，根 Span 无父节点。
- 端到端时间线：Trace 的起始时间为根 Span 的开始时间，结束时间为最后一个 Span 的结束时间。
- 跨服务边界：Span 可以分布在不同的进程、主机甚至不同的数据中心。
下面是一个典型的 Trace 结构 SVG 图，展示一个用户请求经过 API 网关、订单服务、支付服务和数据库的完整调用链：
2.3 Context Propagation：跨服务的上下文传递
Context Propagation（上下文传播）是分布式追踪的核心机制，它负责将 Trace 上下文（包括 Trace ID、Span ID 等信息）从一个服务传递到下一个服务，确保所有 Span 能够归属于同一个 Trace。
上下文传播的两种主要方式：
| 传播方式 | 适用协议 | 传播载体 | 示例 |
|---|---|---|---|
| W3C Trace Context | HTTP / HTTPS | HTTP Headers | traceparent: 00-0af7651916cd43dd8448eb211c80319c-b7ad6b7169203331-01 |
| gRPC Metadata | gRPC | Metadata 键值对 | grpc-trace-bin 或 W3C 标准 |
| Message Queue | Kafka / RabbitMQ | 消息头 / 属性 | Kafka Headers 中注入 Trace ID |
| 进程内传播 | 线程 / 协程 | 线程局部变量 / 上下文对象 | Python contextvars 或 Java ThreadLocal |
下面是一个 Context Propagation 的跨服务传递流程 SVG 图：
2.4 分布式追踪核心术语速查
除了 Span、Trace 和 Context Propagation 之外，分布式追踪领域还有一组常用的核心术语，理解它们有助于后续章节的学习：
| 术语 | 英文 | 定义 | 与 ErrorHandler 的关联 |
|---|---|---|---|
| 根 Span | Root Span | Trace 中的第一个 Span，无父 Span，代表请求的入口 | 根 Span 的错误通常代表整个请求失败 |
| 子 Span | Child Span | 由父 Span 创建的 Span，代表一次子调用 | 子 Span 的错误可能是局部异常，需结合父 Span 判断影响范围 |
| Span 上下文 | Span Context | 包含 Trace ID、Span ID 和 Baggage 的不可变对象 | ErrorHandler 可通过 Span Context 获取完整的调用链信息 |
| Baggage | Baggage | 随上下文传播的键值对，用于传递业务级信息 | 可用于传递用户 ID、请求来源等，辅助报警上下文 |
| 采样 | Sampling | 按策略选择部分 Trace 进行记录，控制数据量 | 错误 Span 通常使用强制采样，确保不丢失异常数据 |
| Trace 导出器 | Exporter | 将 Span 数据发送到后端存储（如 Jaeger、Zipkin）的组件 | ErrorHandler 报警触发时可主动导出当前 Trace 快照 |
| 服务图 | Service Graph | 基于 Trace 数据生成的微服务调用拓扑图 | 帮助快速定位错误传播路径 |
2.5 本章小结
本章介绍了分布式追踪的四个基础概念：
- Span：最小工作单元，包含操作名称、时间戳、状态和标签等属性。
- Trace：由共享同一 Trace ID 的 Span 构成的树形调用链。
- Context Propagation：跨服务传递 Trace 上下文的机制，是分布式追踪的基石。
- 核心术语：根 Span、子 Span、Span 上下文、Baggage、采样等。