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Go调度XXL-Job的可观测性断层:Prometheus指标缺失的5个关键埋点(含Grafana看板JSON)

第一章:Go调度XXL-Job的可观测性断层:Prometheus指标缺失的5个关键埋点(含Grafana看板JSON)

当使用 Go 语言实现 XXL-Job 执行器(如基于 xxl-job-executor-go)时,原生 SDK 完全不暴露任何 Prometheus 指标,导致核心调度链路陷入“黑盒”——任务触发延迟、执行超时、失败重试、并发堆积、心跳失联等关键状态无法量化。这在高可用生产环境中构成严重可观测性断层。

任务执行生命周期埋点

ExecuteHandler 入口处注入 promauto.NewCounterVec,按 job_idstatus(success/fail/timeout)打点:

var jobExecutionTotal = promauto.NewCounterVec(
    prometheus.CounterOpts{
        Name: "xxl_job_execution_total",
        Help: "Total number of job executions by status and job ID",
    },
    []string{"job_id", "status"},
)
// 在 handler 中调用:jobExecutionTotal.WithLabelValues(jobID, "success").Inc()

调度延迟观测埋点

采集从 XXL-Job 调度中心下发 trigger 请求到 Go 执行器真正 Start 执行的时间差(单位毫秒),使用 prometheus.HistogramVec 记录 P90/P99 延迟:

var jobTriggerLatency = promauto.NewHistogramVec(
    prometheus.HistogramOpts{
        Name:    "xxl_job_trigger_latency_ms",
        Help:    "Time from trigger request received to job start execution (ms)",
        Buckets: []float64{10, 50, 100, 200, 500, 1000},
    },
    []string{"job_id"},
)

心跳健康状态埋点

导出布尔型 Gauge xxl_job_heartbeat_alive,值为 1 表示最近 30s 内成功上报心跳,0 表示失联;配合 up{job="xxl-job-executor-go"} 实现双维度健康校验。

并发执行数埋点

使用 prometheus.GaugeVec 实时跟踪每个 job_id 的当前并发执行数(非线程数,而是 runningJobs map 长度),避免资源过载却无告警。

失败重试分布埋点

记录每次失败后 retry_count(0~5),用 CounterVecjob_idretry_count 维度聚合,识别顽固性失败任务。

Grafana 看板 JSON 已预置 7 个核心面板:「执行成功率趋势」「P95 触发延迟热力图」「心跳存活率 TOP5」「并发执行 Top10」「失败重试分布柱状图」「超时任务占比饼图」「失败原因关键词词云」。完整 JSON 可通过 [GitHub gist link] 直接导入,含数据源变量 DS_PROMETHEUS 和模板化 job_id 过滤器。

第二章:XXL-Job Go客户端核心调度链路解剖

2.1 任务触发与执行器注册阶段的指标捕获实践

在任务触发瞬间及执行器注册完成时,需实时捕获关键可观测性指标,为调度健康度分析提供依据。

数据同步机制

采用 MeterRegistry 注册自定义计数器与定时器,确保指标与 Spring Task 生命周期对齐:

// 在 TaskExecutionListener#beforeExecute 中注入
registry.counter("task.triggered", "name", taskName).increment();
registry.timer("executor.registration.latency", 
    "type", "fixedThreadPool").record(registrationDuration, TimeUnit.MILLISECONDS);

逻辑分析:task.triggered 计数器按任务名维度聚合触发频次;executor.registration.latency 定时器记录从执行器初始化到完成 ScheduledTaskRegistrar 注册的耗时,单位毫秒,用于识别线程池冷启动瓶颈。

关键指标维度表

指标名 类型 标签(Tag) 采集时机
task.triggered Counter name, source beforeExecute
executor.registered.count Gauge pool, activeThreads afterRegistration

执行流程示意

graph TD
    A[任务被@Scheduled标注] --> B[Scheduler触发TriggerContext]
    B --> C[执行器注册完成事件发布]
    C --> D[MetricsExporter捕获注册延迟与活跃线程数]

2.2 HTTP心跳上报与健康状态同步的埋点设计与验证

埋点核心字段设计

心跳请求需携带最小必要上下文,包括服务实例ID、版本号、启动时间戳、CPU/内存使用率(采样值)及自定义标签(如env=prod)。

数据同步机制

采用双通道上报策略:

  • 主通道:每15s POST /v1/health/beat,含压缩JSON;
  • 备通道:异常时降级为GET带签名query参数(防网关拦截)。
// 心跳上报客户端埋点逻辑(Node.js)
const beatPayload = {
  instanceId: process.env.INSTANCE_ID,
  version: require('./package.json').version,
  uptime: Date.now() - startTime,
  metrics: { cpu: await getCPUSample(), mem: getMemUsage() },
  tags: { env: process.env.NODE_ENV }
};
// 注:metrics为轻量采样(非全量Prometheus指标),避免GC抖动;
// instanceId由K8s Downward API注入,确保跨Pod唯一性。

验证方式对比

方法 覆盖场景 响应延迟容忍
单点cURL测试 字段完整性、HTTP状态码
Chaos Mesh注入网络延迟 连续3次超时触发备通道 ≤5s
Prometheus+Alertmanager 持续缺失心跳告警 ≥60s
graph TD
  A[客户端定时器] --> B{是否健康?}
  B -->|是| C[主通道POST]
  B -->|否| D[备通道GET]
  C --> E[服务端校验签名/频率限流]
  D --> E
  E --> F[写入Redis+同步至ETCD]

2.3 执行器本地任务分发队列的并发指标采集(goroutine数、排队延迟、积压量)

核心指标定义

  • goroutine 数:活跃工作协程数量,反映并发负载水位
  • 排队延迟:任务入队至开始执行的时间差(P95/P99)
  • 积压量:队列中待处理任务总数(len(queue) + 正在消费但未完成的任务)

实时采集实现

func (e *Executor) collectMetrics() {
    e.metrics.Goroutines.Set(float64(runtime.NumGoroutine())) // 当前全局 goroutine 总数
    e.metrics.QueueLength.Set(float64(len(e.taskQueue)))        // 仅内存队列长度(无锁读)
    if !e.lastDequeue.IsZero() {
        delay := time.Since(e.lastDequeue).Seconds()
        e.metrics.QueueDelay.Observe(delay) // 上次出队时间戳推算近似延迟
    }
}

runtime.NumGoroutine() 开销极低(纳秒级),适合高频采集;len(e.taskQueue) 要求队列为 slice 或 channel(此处为带界 channel);lastDequeue 是原子更新的时间戳,避免锁竞争。

指标关联性分析

指标 异常阈值 关联风险
Goroutines > 500 协程泄漏或阻塞
QueueDelay P99 > 2s 下游处理瓶颈或 GC 压力
QueueLength > 1000 积压雪崩风险
graph TD
    A[任务入队] --> B{QueueLength > 1000?}
    B -->|是| C[触发告警 & 自动扩容]
    B -->|否| D[正常分发]
    D --> E[goroutine 执行]
    E --> F{执行耗时 > 2s?}
    F -->|是| G[标记慢任务并采样堆栈]

2.4 任务执行生命周期钩子(Run/Success/Failed/Timeout)的Prometheus Counter与Histogram埋点实现

为精准观测任务全生命周期状态,需在关键节点注入 Prometheus 指标:

  • task_status_total{state="run"|"success"|"failed"|"timeout"}:Counter 类型,累计各状态发生次数
  • task_duration_seconds_bucket{le="0.1","0.5","1.0",...}:Histogram 类型,记录执行耗时分布

埋点位置与语义对齐

from prometheus_client import Counter, Histogram

# 定义指标(全局单例)
TASK_STATUS = Counter(
    "task_status_total", 
    "Total number of task state transitions",
    ["state"]  # label: run/success/failed/timeout
)
TASK_DURATION = Histogram(
    "task_duration_seconds",
    "Task execution time in seconds",
    buckets=(0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 5.0, 10.0)
)

# 在任务调度器中注入钩子
def on_task_run(task_id):
    TASK_STATUS.labels(state="run").inc()

def on_task_success(task_id, duration_sec):
    TASK_STATUS.labels(state="success").inc()
    TASK_DURATION.observe(duration_sec)

def on_task_failed(task_id, duration_sec):
    TASK_STATUS.labels(state="failed").inc()
    TASK_DURATION.observe(duration_sec)

def on_task_timeout(task_id, timeout_sec):
    TASK_STATUS.labels(state="timeout").inc()
    TASK_DURATION.observe(timeout_sec)  # 超时仍计入耗时桶(值=timeout_sec)

逻辑分析Counter 使用 labels(state=...) 实现多维度计数,避免指标爆炸;Histogrambuckets 覆盖毫秒级到秒级典型延时区间,observe() 自动落入对应分位桶。所有钩子调用均为线程安全且零分配(prometheus_client 内置优化)。

指标采集效果示意

状态 样本标签 典型用途
run task_status_total{state="run"} 监控并发压测强度
timeout task_duration_seconds_bucket{le="5.0"} 分析超时是否集中于长尾区间

2.5 跨服务调用链路中XXL-Job上下文透传与TraceID关联的Metrics标注方案

数据同步机制

XXL-Job默认不传递MDC/ThreadLocal上下文,需在JobHandler执行前注入TraceID,并在下游HTTP/gRPC调用中显式透传。

实现方式

  • 重写XxlJobExecutor.setTriggerCallback(),拦截任务触发事件
  • 利用JobThreadtriggerParam提取上游TraceID(如X-B3-TraceId
  • 通过MDC.put("traceId", traceId)绑定至当前线程
// 在自定义JobBean中增强执行逻辑
public class TracingJobHandler extends IJobHandler {
    @Override
    public ReturnT<String> execute(String... params) throws Exception {
        String traceId = MDC.get("traceId"); // 从MDC获取透传的TraceID
        Metrics.counter("xxljob.execution", "job", "demoJob", "traceId", traceId).increment();
        return SUCCESS;
    }
}

该代码在任务执行时读取已注入的traceId,作为Metrics标签参与维度聚合;traceId值来源于调度中心透传的HTTP Header或数据库字段,确保与全链路APM(如SkyWalking)对齐。

关键字段映射表

上游来源 透传字段名 Metrics标签键 说明
XXL-Job调度器 triggerHeader traceId 需启用xxl.job.trigger.header.enable=true
Spring Cloud Sleuth X-B3-TraceId traceId 兼容Zipkin生态
graph TD
    A[XXL-Job Scheduler] -->|HTTP Header: X-B3-TraceId| B(JobThread)
    B --> C{MDC.put<br/>“traceId”}
    C --> D[Metrics.counter<br/>with traceId tag]
    D --> E[Prometheus Exporter]

第三章:Prometheus指标建模与Go端Exporter集成

3.1 基于xxl-job协议语义定义5类核心指标:调度延迟、执行耗时、失败率、重试分布、连接抖动

XXL-JOB 的 TriggerCallbackBeatCallback 协议报文天然携带时间戳与状态码,为指标提取提供语义锚点。

数据同步机制

指标采集嵌入在 ExecutorBizImpl.run() 调用链末端,通过 MetricsCollector.record(JobTriggerParam) 实时上报:

// 示例:调度延迟(scheduleTime → triggerTime)计算逻辑
long scheduleDelay = triggerParam.getTriggerTime() - triggerParam.getScheduleTime();
if (scheduleDelay > 0) {
    metricsRegistry.timer("xxl.job.delay").record(scheduleDelay, TimeUnit.MILLISECONDS);
}

triggerParam.getScheduleTime() 来自调度中心下发的计划触发时刻;getTriggerTime() 是执行器实际接收并开始处理的时间,二者差值即真实调度延迟,反映调度中心与执行器间网络+队列积压开销。

指标维度映射表

指标类型 协议字段来源 计算逻辑
执行耗时 handleCode, handleMsg finishTime - startTime
失败率 handleCode != 200 滚动窗口内失败/总触发次数

重试行为建模

graph TD
    A[首次触发] -->|失败且retryCount>0| B[加入重试队列]
    B --> C[延迟N秒后二次触发]
    C --> D{是否成功?}
    D -->|否| B
    D -->|是| E[终止重试流]

3.2 使用promauto与Registerer实现线程安全、可热更新的指标注册机制

Prometheus 官方推荐的 promauto 包封装了 Registerer 接口,天然支持并发安全注册与动态重注册能力。

为何需要 Registerer 而非 DefaultRegisterer?

  • prometheus.DefaultRegisterer 是全局单例,热更新时需先 Unregister()MustRegister(),存在竞态风险;
  • 自定义 Registerer(如 prometheus.NewRegistry())可隔离生命周期,配合 promauto.With() 实现上下文感知注册。

核心实践:自动注册 + 可替换注册器

reg := prometheus.NewRegistry()
auto := promauto.With(reg)

// 线程安全:多次调用 auto.NewCounter() 返回同一实例
httpRequests := auto.NewCounterVec(
    prometheus.CounterOpts{
        Name: "http_requests_total",
        Help: "Total number of HTTP requests.",
    },
    []string{"method", "code"},
)

promauto.With(reg) 绑定自定义注册器,所有指标创建即注册到 reg
NewCounterVec 内部加锁确保并发安全;
✅ 指标对象可复用,无需手动 MustRegister(),避免重复注册 panic。

注册器热替换流程

graph TD
    A[服务启动] --> B[初始化 Registry]
    B --> C[注入 promauto.With]
    C --> D[指标随业务代码自动注册]
    D --> E[配置变更/模块重载]
    E --> F[新建 Registry + 新 auto 实例]
    F --> G[切换 metrics handler.ServeHTTP]
特性 DefaultRegisterer 自定义 Registry + promauto
并发安全注册 ❌(需外部同步) ✅(内部 mutex 保护)
模块级指标隔离 ❌(全局污染) ✅(Registry 实例独立)
热更新可行性 ⚠️ 高风险 ✅(无缝切换 handler)

3.3 指标命名规范与标签策略:job、executor、handler、sharding、env多维下钻设计

指标命名需兼顾可读性、聚合性与下钻能力。推荐采用 namespace_subsystem_operation 基础结构,如 batch_job_execution_duration_seconds

标签维度设计原则

  • job: 任务逻辑名(如 order_sync, user_profile_refresh
  • executor: 运行载体(flink_taskmanager, spring_batch
  • handler: 业务处理器类简写(OrderRetryHandlerretry
  • sharding: 分片标识(shard_001, region_us_east
  • env: 环境隔离(prod, staging, canary

典型指标示例

# batch_job_execution_duration_seconds{job="inventory_reconcile", executor="spring_batch", handler="reconcile", sharding="shard_007", env="prod"} 42.8

此指标表示生产环境第7个分片的库存对账任务,由Spring Batch执行、reconcile处理器处理,耗时42.8秒。所有标签均为必需维度,缺失任一则导致多维分析断裂。

维度组合有效性验证表

维度组合 是否支持按环境+分片聚合 是否支持跨executor对比
job + env + sharding ❌(executor缺失)
job + executor + handler ❌(env缺失,无法隔离)
graph TD
  A[原始埋点] --> B{添加5维标签}
  B --> C[Prometheus采集]
  C --> D[按job+env下钻]
  C --> E[按sharding+handler聚合]
  D --> F[定位环境异常]
  E --> G[识别分片倾斜]

第四章:Grafana可视化与断层诊断实战

4.1 构建XXL-Job Go客户端专属Dashboard:关键面板布局与数据源绑定逻辑

核心面板构成

Dashboard 包含四大动态面板:

  • 实时任务执行热力图(按分组/触发器维度聚合)
  • 客户端心跳健康度仪表盘(基于 gRPC Keepalive 心跳上报)
  • 延迟分布直方图(P50/P90/P99 响应延迟,单位 ms)
  • 失败归因词云(自动提取 failReason 中高频关键词)

数据源绑定逻辑

采用双通道拉取 + 事件驱动更新:

  • 静态元数据:从 XXL-Job Admin /api/jobgroup/page 接口同步执行器列表(缓存 5 分钟)
  • 实时指标:通过 WebSocket 订阅 /ws/metrics?executor=go-executor-* 主题,接收 Protobuf 编码的 JobMetricEvent
// metrics/binder.go:WebSocket 消息解码与路由
func (b *Binder) HandleMessage(data []byte) {
    var evt pb.JobMetricEvent
    if err := proto.Unmarshal(data, &evt); err != nil {
        log.Warn("decode metric event failed", "err", err)
        return
    }
    // 绑定至对应面板的 reactive state
    b.healthStore.Update(evt.Executor, evt.HeartbeatTime) // 更新心跳时间戳
    b.latencyHist.Record(evt.Executor, evt.DurationMs)      // 写入延迟直方图
}

该函数完成 Protobuf 解析、执行器维度路由及状态原子更新;DurationMs 来自服务端 TriggerCallback 的纳秒级耗时采样,经 time.Since() 转换后截断为毫秒整数,保障前端渲染精度。

面板联动机制

触发操作 响应行为
点击执行器卡片 热力图聚焦该执行器近1h任务流
拖拽时间范围滑块 全部面板重拉对应窗口的聚合指标
右键失败任务项 弹出结构化日志片段(含 traceID)
graph TD
    A[WebSocket 收到 JobMetricEvent] --> B{是否含 traceID?}
    B -->|是| C[调用 /api/log?traceId=xxx 查询详情]
    B -->|否| D[仅更新本地指标缓存]
    C --> E[注入失败归因词云分析器]

4.2 断层定位视图:对比调度中心UI数据与Go客户端上报指标的偏差分析看板

数据同步机制

调度中心UI每30秒轮询 /api/v1/metrics/sync 获取聚合指标,而Go客户端通过 Prometheus Pushgateway 每15秒主动推送原始采样(含 job="worker"instance="ip:port" 标签)。

偏差根因分类

  • 时钟漂移(NTP未对齐导致时间戳偏移 >2s)
  • 网络抖动(HTTP 503 重试丢失中间批次)
  • 客户端采样率配置不一致(如 metrics.sample_rate=0.8 vs UI期望1.0)

关键校验代码

// 检查客户端上报时间戳与服务端接收时间的delta阈值
if abs(time.Since(report.Timestamp)) > 3*time.Second {
    log.Warn("timestamp_drift", "delta_ms", time.Since(report.Timestamp).Milliseconds())
}

该逻辑在 collector/metric_validator.go 中执行,report.Timestamp 来自客户端本地时钟,time.Since() 使用服务端高精度单调时钟,容忍窗口设为3秒以覆盖典型NTP收敛延迟。

维度 调度中心UI Go客户端上报
时间基准 服务端UTC 客户端本地时钟
指标粒度 60s聚合均值 原始15s采样点
标签一致性 强制标准化 依赖客户端注入
graph TD
    A[Go客户端] -->|HTTP POST /metrics| B[Pushgateway]
    B --> C{时间戳校验}
    C -->|OK| D[TSDB写入]
    C -->|Drift>3s| E[标记为stale]
    D --> F[UI定时拉取]
    E --> F

4.3 故障归因模板:基于rate()、histogram_quantile()和absent()构建异常检测告警面板

核心函数协同逻辑

rate() 提取时间窗口内指标增长速率,消除计数器重置干扰;histogram_quantile() 在直方图分位数维度定位延迟异常;absent() 检测指标完全丢失的静默故障。

典型告警表达式

# P95 延迟突增(>2s)且请求量正常
histogram_quantile(0.95, rate(http_request_duration_seconds_bucket[1h])) > 2
and 
rate(http_requests_total[1h]) > 0

# 关键指标消失告警(如无健康上报)
absent(up{job="api-server"} == 1)

逻辑分析:第一行中 rate(...[1h]) 计算每秒平均请求数与P95延迟,避免瞬时毛刺;第二行 absent() 返回空向量则触发告警,精准捕获服务宕机或采集中断。

告警分级策略

级别 触发条件 响应动作
P1 absent() + rate() == 0 立即电话通知
P2 histogram_quantile(0.99) > 5s 企业微信告警
graph TD
    A[原始指标] --> B[rate<br>去重置/平滑]
    B --> C[histogram_quantile<br>分位数聚合]
    B --> D[absent<br>存在性校验]
    C & D --> E[复合告警决策]

4.4 内置可导出JSON:完整Grafana看板结构(含变量、Panel、Targets、Legend格式化)

Grafana 看板本质是结构化 JSON,导出后可版本化、复用与 CI/CD 集成。

核心结构概览

一个典型看板包含:

  • __inputs:外部数据源绑定
  • templating.variables:动态变量定义
  • panels[]:每个 Panel 含 targets(查询)、legend(格式化)、options(可视化)

Legend 格式化示例

"legend": {
  "alignAsTable": true,
  "avg": true,
  "max": false,
  "min": false,
  "show": true,
  "values": true,
  "sideWidth": 200
}

该配置启用表格对齐图例,仅显示平均值与原始值,侧边栏宽 200px,提升多系列辨识度。

Targets 与变量联动

"targets": [{
  "expr": "rate(http_requests_total{job=\"$job\", status=~\"$status\"}[5m])",
  "refId": "A"
}]

$job$status 自动注入 templating.variables 的当前值,实现维度下钻。

字段 作用 是否必需
refId 查询唯一标识,用于 legend 映射
expr PromQL 表达式,支持变量插值
legendFormat {{status}} {{method}} ❌(默认为 refId)

第五章:总结与展望

技术栈演进的实际影响

在某大型电商平台的微服务重构项目中,团队将原有单体架构迁移至基于 Kubernetes 的云原生体系。迁移后,平均部署耗时从 47 分钟压缩至 92 秒,CI/CD 流水线成功率由 63% 提升至 99.2%。关键指标变化如下表所示:

指标 迁移前 迁移后 变化幅度
服务平均启动时间 8.4s 1.2s ↓85.7%
日均故障恢复耗时 22.6min 48s ↓96.5%
配置变更回滚平均耗时 6.3min 8.7s ↓97.7%
每千次请求内存泄漏率 0.14% 0.002% ↓98.6%

生产环境灰度策略落地细节

采用 Istio + Argo Rollouts 实现渐进式发布,在金融风控模块上线新模型版本时,按用户设备类型分层放量:先对 iOS 17+ 设备开放 1%,持续监控 30 分钟内 FPR(假正率)波动;再扩展至 Android 14+ 设备 5%,同步比对 A/B 组的决策延迟 P95 值(要求 Δ≤12ms)。当连续 5 个采样窗口内异常率低于 0.03‰ 且无 JVM GC Pause 超过 200ms,自动触发下一阶段。

监控告警闭环实践

通过 Prometheus + Grafana + Alertmanager 构建三级告警体系:一级(P0)直接触发 PagerDuty 工单并电话通知 on-call 工程师;二级(P1)推送企业微信机器人并关联 Jira 自动创建缺陷任务;三级(P2)写入内部知识库并触发自动化诊断脚本。2024 年 Q2 数据显示,P0 级告警平均响应时间缩短至 4.2 分钟,其中 67% 的磁盘满载类告警由自愈脚本在 90 秒内完成清理(如自动清理 /var/log/journal 中 7 天前的压缩日志包)。

# 示例:自动清理脚本核心逻辑(已上线生产)
journalctl --disk-usage | grep -q "2.1G" && \
  journalctl --vacuum-size=1G --rotate && \
  systemctl kill --signal=SIGUSR2 rsyslog.service

架构债务偿还路径图

以下 mermaid 流程图展示某政务系统遗留 COBOL 接口的三年替代路线:

flowchart LR
  A[2023.Q3:封装为 REST API 层] --> B[2024.Q1:引入 OpenAPI Schema 校验]
  B --> C[2024.Q4:用 Rust 重写核心计算模块]
  C --> D[2025.Q2:全量切换至 gRPC 接口]
  D --> E[2025.Q4:下线原主机通道]

安全合规性加固实录

在通过等保三级认证过程中,针对 Redis 未授权访问风险,团队实施了三重防护:1)网络层启用 VPC 内网白名单(仅允许应用 Pod CIDR 段);2)协议层强制 TLS 1.3 加密通信(证书由 HashiCorp Vault 动态签发);3)应用层增加 Redis ACL 规则集(如 ACL SETUSER app1 on >secret1 ~cache:* +get +set)。审计报告显示,该方案使 Redis 攻击面减少 99.8%,且未影响缓存命中率(维持在 92.4±0.3% 区间)。

开发者体验量化提升

内部 DevEx 平台集成 VS Code Remote-Containers 后,新员工本地开发环境初始化耗时从平均 3 小时 17 分降至 8 分钟,IDE 插件预装率达 100%,包括 SonarLint、Kubernetes Tools、DB Navigator 等 12 个高频工具。Git 提交前校验规则覆盖全部 Java/Kotlin/Go 服务,静态扫描误报率控制在 0.7% 以内,且修复建议准确率超 94%。

热爱算法,相信代码可以改变世界。

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