3. Trace 与 Span 核心概念

分布式追踪的核心数据模型由 Trace 和 Span 构成。理解这两个概念及其关联的 ID 体系、父子关系、生命周期和上下文传播，是掌握 OTel 采样策略的基础。本章将逐一拆解这些核心要素。

3.1 Trace：一次请求的完整路径

一个 Trace 代表一个端到端的请求或事务在分布式系统中的完整执行路径。它由多个 Span 组成，这些 Span 通过唯一的 Trace ID 关联在一起。

• Trace ID：全局唯一的 16 字节（128 位）标识符，通常以 32 位十六进制字符串表示。所有属于同一请求的 Span 共享同一个 Trace ID。
• 作用：将分散在不同服务、不同进程中的 Span 串联起来，形成完整的调用链路。

3.2 Span：追踪的最小工作单元

Span 是追踪中的最小工作单元，代表系统中一个具有开始时间和结束时间的操作。每个 Span 封装了以下关键信息：

3.3 Parent-Child 关系：构建调用树

Span 之间通过 Parent-Child 关系形成树状结构，反映请求的调用层次。根 Span 没有父 Span，是 Trace 的起点。

• 根 Span：Trace 中的第一个 Span，Parent Span ID 为空。
• 子 Span：由父 Span 发起的下游调用，通过 Parent Span ID 指向父 Span。
• 兄弟 Span：拥有相同父 Span 的多个子 Span，表示并行操作。

3.4 Span 生命周期

每个 Span 从创建到结束经历四个明确阶段，OTel SDK 通过 SpanProcessor 和 SpanExporter 管理这些阶段：

1. 创建 (Start)：调用 tracer.startSpan() 或通过自动插桩创建。此时记录开始时间戳，生成 Span ID。
2. 操作 (Active)：Span 处于活跃状态，可添加属性、事件、状态更新。此阶段 Span 被设置为当前活跃 Span，用于 Context 传播。
3. 结束 (End)：调用 span.end()，记录结束时间戳。Span 变为不可变，不再接受修改。
4. 导出 (Export)：SpanProcessor 将结束的 Span 传递给 Exporter，发送到后端（如 Jaeger、Zipkin）。

3.5 Context 传播：跨进程传递追踪信息

Context 传播 是分布式追踪的核心机制，确保 Trace ID 和 Span ID 能在不同服务、不同进程间传递，从而将分散的 Span 关联到同一个 Trace 中。

3.5.1 传播机制

• W3C Trace Context：OTel 默认使用的标准 HTTP 头格式，包含 traceparent 和 tracestate 两个头部。
• traceparent：携带 Trace ID、Span ID 和 Trace Flags（如采样标记）。格式：00-{trace-id}-{span-id}-{flags}。
• tracestate：携带厂商特定的追踪元数据，用于扩展 traceparent。

3.5.2 传播流程

3.5.3 代码示例：手动 Context 传播

// 服务 A：创建 Span 并注入 Context
Span spanA = tracer.spanBuilder("handleRequest").startSpan();
try (Scope scope = spanA.makeCurrent()) {
    HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
    // 将当前 Context 注入 HTTP 头
    OpenTelemetry.getGlobalPropagators()
        .getTextMapPropagator()
        .inject(Context.current(), connection, (carrier, key, value) ->
            carrier.setRequestProperty(key, value));
    connection.connect();
} finally {
    spanA.end();
}

// 服务 B：提取 Context 并创建子 Span
HttpServletRequest request = ...;
Context extractedContext = OpenTelemetry.getGlobalPropagators()
    .getTextMapPropagator()
    .extract(Context.current(), request, (carrier, key) ->
        carrier.getHeader(key));
Span spanB = tracer.spanBuilder("processAuth")
    .setParent(extractedContext)
    .startSpan();
// ... 业务逻辑 ...
spanB.end();

3.6 核心概念总结