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date created: 星期五, 十一月 21日 2025, 12:00:13 凌晨
date modified: 星期一, 十一月 24日 2025, 4:31:24 下午
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# 2.3.2 全链路追踪上下文传递 (Trace Context Propagation)

## 一、 约束输入与对齐 (Constraints & Alignment)

基于设计文档和 C++14 环境，我们需要对齐以下硬性约束：

1. **无侵入性 (Non-Intrusive)**：业务逻辑代码（如算法计算）不应到处传递 `trace_id` 参数。追踪上下文的获取应当是“隐式”的。
2. **跨线程连续性 (Cross-Thread Continuity)**：系统大量使用异步队列（`EventBus::publishAsync`）和工作线程池。TraceID 必须能跨越线程边界，不能断链。
3. **性能极其敏感**：追踪机制是**热路径 (Hot Path)**。获取当前 TraceID 的开销必须是纳秒级，严禁涉及锁竞争或复杂的哈希查找。
4. **来源明确**：

    - **数据面**：由 `DataReceiver` 在收到 UDP 包时生成。
    - **控制面**：由 `TaskScheduler` 在定时任务或外部 API 调用时生成。

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## 二、 权衡分析与选项呈现 (Trade-off Matrix)

### 议题 1：上下文存储方式 (Storage Mechanism)

|**选项**|**A. 显式参数传递 (Explicit Parameter)**|**B. 全局 Map 映射 (Global Map)**|**C. 线程本地存储 (Thread Local Storage - TLS) (推荐)**|
|---|---|---|---|
|**机制**|每个函数增加 `const TraceId& tid` 参数。|维护 `Map<ThreadID, TraceID>`。|使用 C++ `thread_local` 关键字。|
|**侵入性**|**极高**。所有接口签名都要改，污染业务代码。|**低**。但在读写时需要加锁（或无锁 Map），有性能开销。|**零**。业务代码无感。|
|**性能**|最佳。|差（锁竞争）。|**极佳**。直接的内存地址访问，无锁。|
|**缺陷**|代码丑陋。|性能瓶颈。|**跨线程时会丢失**（需额外机制弥补）。|

### 议题 2：跨线程传递策略 (Propagation Strategy)

针对 TLS 跨线程丢失的问题：

|**选项**|**A. 手动拷贝 (Manual Copy)**|**B. 智能闭包捕获 (Smart Closure Capture) (推荐)**|
|---|---|---|
|**机制**|在 `publishAsync` 前手动取出 ID，在回调里手动设置。|封装 `EventBus` 的任务包装器，**在入队瞬间自动捕获 TLS，在执行瞬间自动恢复 TLS**。|
|**可靠性**|**低**。开发者容易忘，导致断链。|**高**。由基础设施层保证，业务无感。|
|**复杂度**|低。|中。需要编写通用的任务包装模板。|

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## 三、 基线确立与实施规范

为了实现“高性能”与“全链路无感”，我们确立 **C. 线程本地存储 (TLS) + B. 智能闭包捕获** 为技术基线。

### 1. 核心数据结构基线

- **`TraceId` 类型**：使用 `uint64_t` 或 `uuid`（推荐 64 位整数配合 SnowFlake 算法，追求极致性能）。
- **`BaseEvent` 接口**：所有控制面事件必须继承此基类。

    ```cpp
    struct BaseEvent {
        uint64_t trace_id; // 事件携带的“信封”
        uint64_t timestamp;

        BaseEvent() {
            // 构造时自动从当前线程 TLS 捕获 TraceID
            // 如果当前是根源（无 ID），则保持 0 或生成新 ID（视策略而定）
            trace_id = TraceContext::getCurrentId();
            timestamp = CurrentTimeMillis();
        }
    };
    ```

### 2. 上下文管理基线 (RAII + TLS)

我们定义一个静态辅助类 `TraceContext` 和一个 RAII 守卫 `TraceContextGuard`。

- **`TraceContext` (TLS 管理)**

    ```cpp
    class TraceContext {
    public:
        static void set(uint64_t id) { current_trace_id_ = id; }
        static uint64_t get() { return current_trace_id_; }
        static void clear() { current_trace_id_ = 0; }

        // 生成一个新的全局唯一 ID
        static uint64_t generateNew();

    private:
        // 核心：每个线程独立一份，无锁，极速
        static thread_local uint64_t current_trace_id_;
    };
    ```

- **`TraceContextGuard` (RAII 自动恢复)**
    - **作用**：在作用域结束时自动还原之前的 ID，支持嵌套调用。
    - **场景**：用于事件处理函数入口，确保处理完事件后，线程状态复原，不污染后续逻辑。

### 3. EventBus 集成规范 (跨线程核心)

这是本节最关键的设计：**如何在 `publishAsync` 时“偷渡”上下文？**

- **基线实现逻辑**：

    1. **Publish 时 (线程 A)**：`publishAsync` 函数内部，获取当前线程 A 的 `TraceContext::get()`。
    2. **入队时**：将取出的 `trace_id` 和用户的 `handler` 打包成一个 `WrappedTask`。
    3. **Execute 时 (线程 B)**：`WrappedTask` 被执行。它首先使用 `TraceContextGuard` 将线程 B 的 TLS 设置为保存的 `trace_id`，然后执行用户 `handler`，最后 RAII 自动清理。

- **伪代码范式**：

    ```cpp
    template <typename EventType>
    void IEventBus::publishAsync(const EventType& event) {
        // 1. 捕获上下文 (此时还在发送者线程)
        uint64_t context_id = event.trace_id;

        // 2. 包装任务 (Lambda Capture)
        auto wrapped_task = [handler, event, context_id]() {
            // 3. 恢复上下文 (此时已在接收者线程)
            TraceContextGuard guard(context_id);

            // 4. 执行业务逻辑 (此时日志库能读到正确的 TLS TraceID)
            handler(event);
        };

        // 5. 推入队列
        work_queue_.push(wrapped_task);
    }
    ```

### 4. 日志集成规范

- **基线要求**：所有日志宏（如 `RADAR_INFO`）必须自动读取 `TraceContext::get()` 并打印。
- **格式**：`[Time][Level][ThreadID][TraceID] Message`。
- **效果**：业务代码只需写 `RADAR_INFO("Processing data")`，日志文件里会自动出现 `… [TraceID: 12345] Processing data`。

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## 总结：2.3.2 基线图谱

|**维度**|**基线决策**|**关键技术点**|
|---|---|---|
|**存储**|**Thread Local Storage (TLS)**|`thread_local uint64_t`，无锁，纳秒级访问。|
|**载体**|**`BaseEvent` 继承**|所有事件自动携带 `trace_id` 字段。|
|**跨线程**|**智能闭包捕获 (Smart Capture)**|`EventBus` 在入队/出队时自动 Switch Context。|
|**作用域**|**RAII Guard**|`TraceContextGuard` 保证作用域内的上下文一致性和退出后的还原。|

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**下一步行动**：

我们已经搞定了“大喇叭（总线）”和“条形码（TraceID）”。接下来要定的是“握手暗号” —— **2.3.3 生命周期编排与状态同步协议**。

在这个系统中，模块启动不是简单的 `start()`，它涉及依赖检查、顺序控制和状态回执。比如，`SignalProcessor` 启动前必须确认 GPU 资源就绪，启动后必须告诉调度器“我好了”。

**提问**：您是否确认 **“TLS + 智能闭包捕获”** 的上下文传递基线？确认后我们将进入 2.3.3。