Python探针实现教程

探针技术概述

Python探针是一种在应用运行时动态注入监控代码的技术，用于收集应用的性能指标、错误信息和运行状态。 广泛应用于APM(应用性能监控)系统中，帮助开发者诊断性能瓶颈和系统问题。

实现原理

实现步骤

1. 创建探针模块

创建一个probe.py文件，包含探针核心功能：

import time
import sys
import inspect

class FunctionProbe:
    def __init__(self, func):
        self.func = func
        
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        # 记录开始时间
        start = time.time()
        
        try:
            # 执行原函数
            result = self.func(*args, **kwargs)
            status = "success"
        except Exception as e:
            result = None
            status = f"error: {str(e)}"
            raise
        finally:
            # 计算执行时间
            duration = (time.time() - start) * 1000  # 毫秒
            
            # 获取调用信息
            frame = inspect.currentframe().f_back
            filename = frame.f_code.co_filename
            lineno = frame.f_lineno
            
            # 上报数据（实际应用中发送到监控服务器）
            self.report({
                'function': self.func.__name__,
                'module': self.func.__module__,
                'args': str(args),
                'kwargs': str(kwargs),
                'duration': duration,
                'status': status,
                'caller': f"{filename}:{lineno}"
            })
        
        return result
        
    def report(self, data):
        """数据上报方法"""
        # 这里简单打印，实际应发送到远程服务器
        print(f"[PROBE] {data}")

def install_probe():
    """安装探针的入口函数"""
    # 这里只是示例，实际需要更复杂的模块查找和注入逻辑
    print("探针已安装")

2. 实现自动注入

使用import hook自动注入探针代码：

import sys
import types

class ProbeFinder:
    def __init__(self):
        self.skip_modules = {'probe', 'sys', 'importlib'}
        
    def find_module(self, fullname, path=None):
        if fullname in self.skip_modules:
            return None
        self.fullname = fullname
        return self
        
    def load_module(self, fullname):
        # 如果模块已加载，直接返回
        if fullname in sys.modules:
            return sys.modules[fullname]
            
        # 导入目标模块
        module = __import__(fullname, fromlist=[''])
        
        # 遍历模块成员，包装函数
        for name, obj in vars(module).items():
            if isinstance(obj, types.FunctionType):
                # 使用探针包装函数
                setattr(module, name, FunctionProbe(obj))
                
        sys.modules[fullname] = module
        return module

# 安装import hook
sys.meta_path.insert(0, ProbeFinder())

3. 测试探针效果

创建测试应用验证探针功能：

# test_app.py
import time
import math

def calculate_factorial(n):
    """计算阶乘"""
    time.sleep(0.1)  # 模拟耗时操作
    return math.factorial(n)

def main():
    print("开始执行测试函数...")
    for i in range(5, 8):
        result = calculate_factorial(i)
        print(f"{i}! = {result}")
    print("测试完成")

if __name__ == "__main__":
    main()

4. 运行并查看结果

启动应用前先安装探针：

# 在应用入口文件开头添加
import probe
probe.install_probe()

# 然后导入应用模块
import test_app
test_app.main()

输出示例：
[PROBE] {'function': 'calculate_factorial', 'module': 'test_app', ... 'duration': 102.34, 'status': 'success'}
[PROBE] {'function': 'calculate_factorial', 'module': 'test_app', ... 'duration': 103.21, 'status': 'success'}
[PROBE] {'function': 'calculate_factorial', 'module': 'test_app', ... 'duration': 104.56, 'status': 'success'}

生产环境建议

探针技术应用场景