Spring笔记(10) - 日志体系

时间:2021-03-06 码猿手人气:0

一、概况

　　在项目开发当中，日志对于我们开发或运维人员来说，是一个必不可少的工具。在线下我们可以通过 debug 来查找排除问题，但对于线上系统来说，我们只能通过日志分析来查找问题，我们可以通过日志打印来获取我们需要的信息来判断、分析系统运行结果是否正常或哪里出现了问题，可以定位到具体问题和位置。

　　当前流行的日志框架有：

jul(java util logging)
log4j
log4j2
jcl(Jakarta Commons Logging)
logback
slf4j

二、应用和探讨

　　1.jul(java util logging)

　　java自带的日志记录技术（java.util.logging.Logger），可以直接记录日志；功能比较太过于简单，不支持占位符显示，拓展性比较差；

import java.util.logging.Logger;
public class JUL {
    public static void main(String[] args) {
        Logger logger = Logger.getLogger("JUL");
        logger.info("java util logging");
    }
}

　　2.log4j

　　不支持使用占位符，在高并发日志量大的情况存在bug，容易导致内存、CPU冲高；

　　使用 log4j 需要 pom 文件中引入 log4j 所需要的jar包和引入 log4j 的配置文件 log4j.properties

pom.xml
        <dependency>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
            <version>1.2.12</version>
        </dependency>

log4j.properties

log4j.rootLogger = info,stdout
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n

import org.apache.log4j.Logger;
public class Log4j {
    public static void main(String[] args) {
        Logger logger = Logger.getLogger(Log4j.class);
        logger.info("log4j");
    }
}

- 记住 jul 和 log4j 日志输出格式的差别，颜色不一致：jul 输出日志为红色，log4j 输出日志是白色；

　　3.log4j2　

　　log4j2 和 log4j 是同一个作者开发，只不过log4j2是重新架构的一款日志组件，改进了log4j的bug，以及吸取了优秀的logback的设计重新推出的一款新组件，在效率和性能上有了很大的提升；

　　必须同时依赖 log4j-core 和 log4j-api，否则报错：“ERROR StatusLogger Log4j2 could not find a logging implementation”；

pom.xml
        <dependency>
            <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            <artifactId>log4j-api</artifactId>
            <version>2.13.2</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
            <artifactId>log4j-core</artifactId>
            <version>2.9.1</version>
        </dependency>

　同时需要配置文件和测试代码：log4j2.xml、Log4j2.java

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration status="WARN">
    <Appenders>
        <Console name="Console" target="SYSTEM_OUT">
            <PatternLayout pattern="%d{HH:mm:ss.SSS} [%t] %-5level %logger{36} - %msg%n" />
        </Console>
    </Appenders>

    <Loggers>
        <Root level="info">
            <AppenderRef ref="Console" />
        </Root>
    </Loggers>
</Configuration>

import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
public class Log4j2 {
    public static void main(String[] args) {
        Logger logger = LogManager.getLogger("Log4j2");
        logger.info("log4j2");
    }
}

　　4.jcl(Jakarta Commons Logging)

　　Spring Framework 4.x 版本依赖了commons-logging.jar；Spring Framework 5.x 版本依赖了spring-jcl.jar；

　　　　Spring Framework 4.x ：

　　　　Spring Framework 5.x ：

　　　　1.commons-logging.jar：Spring Framework 4.x

pom.xml
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>4.3.20.RELEASE</version>
        </dependency>
或
        <dependency>
            <groupId>commons-logging</groupId>
            <artifactId>commons-logging</artifactId>
            <version>1.2</version>
        </dependency>

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
public class JCL {
    public static void main(String[] args) {
        Log log = LogFactory.getLog("JCL");
        log.info("jakatra common logging");
    }
}

　　　　跟上面的jul输出格式一致；

　　　　探讨：为什么 jcl 的输出格式是 jul 格式呢？

　　　　接下来从源码来进行分析：从 LogFactory.getLog("JCL") 开始，从下面可以看出是从工厂

LogFactory：
    public static Log getLog(String name) throws LogConfigurationException {
        return getFactory().getInstance(name);
    }

　　　getInstance(name)是一个抽象方法，看它的实现方法：

LogFactory：    
    public abstract Log getInstance(String name)
        throws LogConfigurationException;

LogFactoryImpl：
    public Log getInstance(String name) throws LogConfigurationException {
        Log instance = (Log) instances.get(name);//开始是null
        if (instance == null) {
            instance = newInstance(name);//创建实例
            instances.put(name, instance);//instances是一个Hashtable，实例放入缓存中
        }
        return instance;
    }

　　　　下面的代码就一行重要：

LogFactoryImpl：
        protected Log newInstance(String name) throws LogConfigurationException {
        Log instance;
        try {
            if (logConstructor == null) {
                instance = discoverLogImplementation(name);//创建实例
            }
            else {
                Object params[] = { name };
                instance = (Log) logConstructor.newInstance(params);
            }

            if (logMethod != null) {
                Object params[] = { this };
                logMethod.invoke(instance, params);
            }

            return instance;

        } catch (LogConfigurationException lce) {

            // this type of exception means there was a problem in discovery
            // and we've already output diagnostics about the issue, etc.;
            // just pass it on
            throw lce;

        } catch (InvocationTargetException e) {
            // A problem occurred invoking the Constructor or Method
            // previously discovered
            Throwable c = e.getTargetException();
            throw new LogConfigurationException(c == null ? e : c);
        } catch (Throwable t) {
            handleThrowable(t); // may re-throw t
            // A problem occurred invoking the Constructor or Method
            // previously discovered
            throw new LogConfigurationException(t);
        }
    }

　　　　在下面的代码中可以看到实例的创建是从classesToDiscover遍历获取来的：

LogFactoryImpl：
    private Log discoverLogImplementation(String logCategory)
        throws LogConfigurationException {
        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic("Discovering a Log implementation...");
        }

        initConfiguration();

        Log result = null;

        // See if the user specified the Log implementation to use
        String specifiedLogClassName = findUserSpecifiedLogClassName();

        if (specifiedLogClassName != null) {
            if (isDiagnosticsEnabled()) {
                logDiagnostic("Attempting to load user-specified log class '" +
                    specifiedLogClassName + "'...");
            }

            result = createLogFromClass(specifiedLogClassName,
                                        logCategory,
                                        true);
            if (result == null) {
                StringBuffer messageBuffer =  new StringBuffer("User-specified log class '");
                messageBuffer.append(specifiedLogClassName);
                messageBuffer.append("' cannot be found or is not useable.");

                // Mistyping or misspelling names is a common fault.
                // Construct a good error message, if we can
                informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_LOG4J_LOGGER);
                informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_JDK14_LOGGER);
                informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_LUMBERJACK_LOGGER);
                informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_SIMPLE_LOGGER);
                throw new LogConfigurationException(messageBuffer.toString());
            }

            return result;
        }

        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic(
                "No user-specified Log implementation; performing discovery" +
                " using the standard supported logging implementations...");
        }
        for(int i=0; i<classesToDiscover.length && result == null; ++i) {
            result = createLogFromClass(classesToDiscover[i], logCategory, true);//创建实例
        }

        if (result == null) {
            throw new LogConfigurationException
                        ("No suitable Log implementation");
        }

        return result;
    }

　　　　从 classesToDiscover 数组中可以看到，数组存放具体的日志框架的类名,通过循环数组依次去匹配这些类名是否在项目中被依赖了，如果找到依赖则直接使用，有先后顺序，log4j>jul。

LogFactoryImpl：
    private static final String LOGGING_IMPL_LOG4J_LOGGER = "org.apache.commons.logging.impl.Log4JLogger";
    private static final String[] classesToDiscover = {
            LOGGING_IMPL_LOG4J_LOGGER,
            "org.apache.commons.logging.impl.Jdk14Logger",
            "org.apache.commons.logging.impl.Jdk13LumberjackLogger",
            "org.apache.commons.logging.impl.SimpleLog"
    };

　　　　下面使用commons-logging.jar和 log4j ：下面的运行结果验证了上面的源码

pom.xml：
        <dependency>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
            <version>1.2.12</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>commons-logging</groupId>
            <artifactId>commons-logging</artifactId>
            <version>1.2</version>
        </dependency>

　　　　2.spring-jcl.jar：Spring Framework 5.x

pom.xml
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>5.2.6.RELEASE</version>
        </dependency>
或
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-jcl</artifactId>
            <version>5.2.6.RELEASE</version>
        </dependency>

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
public class JCL {
    public static void main(String[] args) {
        Log log = LogFactory.getLog("JCL");
        log.info("jakatra common logging");
    }
}

　　从下图可以看出，spring-jcl 默认还是使用 jul：

　　接下来还是从源码来进行分析查看它的运行机制：从 LogFactory.getLog("JCL")开始，从下面可以看到它是从一个适配器获取日志对象的

public static Log getLog(String name) {
        return LogAdapter.createLog(name);

　　从下面代码可以看出，LogAdapter 在初始化时，会执行一个 static 的代码块，设置 logApi 的值，依次用 log4j2，slf4j-LAL（可以将 log4j 桥接到 slf4j），slf4j 去反射判断是否存在对应依赖，如果有则设置 logApi 为对应值，否则默认为 jul，然后在 createLog 时，switch-case 根据 logApi 去获取 log 对象，默认是 jul 来实现。

LogAdapter:

    private static final String LOG4J_SPI = "org.apache.logging.log4j.spi.ExtendedLogger";

    private static final String LOG4J_SLF4J_PROVIDER = "org.apache.logging.slf4j.SLF4JProvider";

    private static final String SLF4J_SPI = "org.slf4j.spi.LocationAwareLogger";

    private static final String SLF4J_API = "org.slf4j.Logger";


    private static final LogApi logApi;

    static {
        if (isPresent(LOG4J_SPI)) {
            if (isPresent(LOG4J_SLF4J_PROVIDER) && isPresent(SLF4J_SPI)) {
                // log4j-to-slf4j bridge -> we'll rather go with the SLF4J SPI;
                // however, we still prefer Log4j over the plain SLF4J API since
                // the latter does not have location awareness support.
                logApi = LogApi.SLF4J_LAL;
            }
            else {
                // Use Log4j 2.x directly, including location awareness support
                logApi = LogApi.LOG4J;//log4j2
            }
        }
        else if (isPresent(SLF4J_SPI)) {
            // Full SLF4J SPI including location awareness support
            logApi = LogApi.SLF4J_LAL;
        }
        else if (isPresent(SLF4J_API)) {
            // Minimal SLF4J API without location awareness support
            logApi = LogApi.SLF4J;
        }
        else {
            // java.util.logging as default
            logApi = LogApi.JUL;
        }
    }
    //加载类：加载到指定的类返回true，否则返回false（加载不到指定类会抛出异常）
    private static boolean isPresent(String className) {
        try {
            Class.forName(className, false, LogAdapter.class.getClassLoader());
            return true;
        }
        catch (ClassNotFoundException ex) {
            return false;
        }
    }    
    public static Log createLog(String name) {
        switch (logApi) {
            case LOG4J://log4j2
                return Log4jAdapter.createLog(name);
            case SLF4J_LAL:
                return Slf4jAdapter.createLocationAwareLog(name);
            case SLF4J:
                return Slf4jAdapter.createLog(name);
            default:
                // Defensively use lazy-initializing adapter class here as well since the
                // java.logging module is not present by default on JDK 9. We are requiring
                // its presence if neither Log4j nor SLF4J is available; however, in the
                // case of Log4j or SLF4J, we are trying to prevent early initialization
                // of the JavaUtilLog adapter - e.g. by a JVM in debug mode - when eagerly
                // trying to parse the bytecode for all the cases of this switch clause.
                return JavaUtilAdapter.createLog(name);
        }
    }

　　总结：

　　　　commons-logging.jar（Spring Framework 4.x ）封装了一个静态数组（支持 jul 和log4j），然后依次循环遍历反射对应的依赖，如果对应依赖存在则返回对应实现，默认为 jul，其中 log4j>jul；

　　　　spring-jcl.jar（Spring Framework 5.x）修改了commons-logging.jar，通过适配器获取日志对象，支持 jul 和 log4j2（不支持 log4j，如果项目需要 log4j，需要 slf4j 配合使用），还拓展支持 slf4j，有着更好的扩展性和兼容性；

　　　　如下案例：　

        <dependency>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
            <version>1.2.12</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>5.2.6.RELEASE</version>
        </dependency>

log4j.properties：

log4j.rootLogger = Console,stdout
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n
log4j.appender.CONSOLE=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.CONSOLE.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

@Configuration
@ComponentScan("com.hrh.log")
public class Config {
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(Config.class);
        context.start();
    }
}

　　　　当上面的依赖变为 Spring Framework 4.x 时是可以打印日志：

        <dependency>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
            <version>1.2.12</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>4.3.20.RELEASE</version>
        </dependency>

　　　　Spring Framework 5.x 下log4j 配合 slf4j 使用输出日志，上面的pom依赖修改为：

        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>5.2.6.RELEASE</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>

　　5.logback

　　log4j 的进化版，logback 除了具备 log4j 的所有优点之外，还解决了 log4j 不能使用占位符的问题。

　　logback-classic依赖和logback.xml配置文件

pom.xml        
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.1.7</version>
        </dependency>

logback.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<configuration>
    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <layout class="ch.qos.logback.classic.PatternLayout">
            <Pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n</Pattern>
        </layout>
    </appender>
    <logger name="com.hrh.log" level="TRACE"/>
    <root level="debug">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
</configuration>

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
public class LogBack {


    public static void main(String[] args) {
        Logger logger = LoggerFactory.getLogger("logBack");
        logger.trace("Trace Level.");
        logger.debug("Debug Level.");
        logger.info("Info Level.");
        logger.warn("Warn Level.");
        logger.error("Error Level.");
        logger.info("{},it's OK.","Hi");//使用{}做占位符
    }
}

　　6.slf4j

　　为了方便原先直接使用日志库（日志的核心功能实现： jul、log4j、log4j2、logback等）输出日志的形式转换为日志门面（slf4j、jcl）输出的形式提供的适配器。

　　前面的 jul、log4j、log4j2、logback 是实现日志的日志库，简单日志可以使用 jul，复杂日志实现可以使用 logback 或 log4j2。很多时候我们的项目是从简单到复杂一代代迭代过来的，日志实现也是从简单到复杂，开始我们使用jul，后面系统复杂了我们需要使用 log4j2 日志框架，这时候我们如何将原来的日志输出在新的日志架构下实现呢？

　　一个死板的方法是对代码一行行进行修改，把之前用 jul 的日志代码全部修改成 log4j2 的日志接口。但是这种方式不仅效率低下，而且做的工作都是重复性的工作，实际工作中不采用该方式。

　　这时候我们就需要一个叫做 slf4j（Simple Logging Facade for Java，即Java简单日志记录接口集，也可以叫日志门面）的东西了，它是一个日志的接口规范，它对用户提供了统一的日志接口（使用Facade门面设计模式），屏蔽了底层不同日志组件的差异和实现细节，使用者无需关注底层实现的具体日志库。

　　slf4j本身不记录日志，通过绑定器绑定一个具体的日志框架来完成日志记录。即slf4j 允许最终用户在部署时插入所需的日志框架，如果在项目中使用 slf4j 必须加一个依赖jar，即 slf4j-api-xxx.jar。而当我们需要更换日志组件的时候，我们只需要更换一个具体的日志组件 jar 包就可以了。

　　比如说我们现在有个 app，通过 slf4j 打印日志，slf4j 需要通过一个绑定器（slf4j-jdk14-1.8.0-beta2）来绑定到我们的 jul 来输出日志。如果这时候需要在 app 中集成 spring4（spring4是利用jcl来打印日志的），这时候呢，考虑到系统的日志统一，可以使用桥接器（jcl-over-slf4j）将 jcl 桥接到 slf4j 来，然后通过 binding 到 jul 来输出日志，保证系统日志风格统一。

　　下面是绑定类型（日志门面适配器）介绍：

绑定类型	说明
slf4j-log4j12-xxx.jar	绑定log4j，依赖log4j-xxx.jar，输出log4j日志
slf4j-jdk14-xxx.jar	绑定jul，输出jul日志
slf4j-jcl-xxx.jar	绑定jcl，默认输出jul日志，有log4j则输出log4j
logback-classic-xxx.jar	绑定logback，依赖logback-core-xxx.jar，输出logback日志

　　下面是桥接类型（日志库适配器）介绍：

　　比如左上角的第一个是将 jcl（或log4j、jul）桥接到 slf4j，最后统一输出为 logback 日志；

　　所以综上所述：

　　　　绑定器绑定最后输出的日志类型；

　　　　桥接器就是将指定日志类型桥接到 slf4j，最后统一输出绑定器绑定的日志类型，可以解释为指定日志类型输出的日志转换为绑定器绑定的日志类型；

　　　　应用宜采用日志桥接、适配（绑定）机制，将 jul、log4j、jcl 等日志框架桥接到 slf4j，适配性能更高的 log4j2 日志输出框架打印；

　　小贴士：对于日志量大的勿输出到控制台（Console）；

　　下面是几个简单案例实现：

1）slf4j+jul

pom.xml
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-jdk14</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class Slf4jJULLog {
    public static void main(String[] args) {
            Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Slf4jJULLog.class);
            logger.trace("Trace Level.");
            logger.info("Info Level.");
            logger.warn("Warn Level.");
            logger.error("Error Level.");
    }
}

2）slf4j+log4j

pom.xml

        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
            <version>1.2.17</version>
        </dependency>

log4j.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration status="WARN">
    <Appenders>
        <Console name="Console" target="SYSTEM_OUT">
            <PatternLayout pattern="%d{HH:mm:ss.SSS} [%t] %-5level %logger{36} - %msg%n" />
        </Console>
    </Appenders>

    <Loggers>
        <Root level="info">
            <AppenderRef ref="Console" />
        </Root>
    </Loggers>
</Configuration>

public class Slf4jLog4JLog {
    public static void main(String[] args) {
            Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Slf4jLog4JLog.class);
            logger.trace("Trace Level.");
            logger.info("Info Level.");
            logger.warn("Warn Level.");
            logger.error("Error Level.");
    }
}

　　注意：当我们使用slf4j跟其他日志实现来搭建日志系统时，可能会存在一些循环引用导致栈溢出的问题。

　　如下案例：

pom.xml
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
            <version>1.7.21</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>log4j-over-slf4j</artifactId>
            <version>1.7.25</version>
        </dependency>

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class Slf4jLog4JLog {
    public static void main(String[] args) {
            Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Slf4jLog4JLog.class);
            logger.trace("Trace Level.");
            logger.info("Info Level.");
            logger.warn("Warn Level.");
            logger.error("Error Level.");
    }
}

　　上面就是一个由于循环引用导致栈溢出的错误，这时因为绑定器绑定 log4j 时在 log4j 又经过桥接器接到 slf4j，然后又经过绑定器，依次循环，最后栈溢出。

　　这个问题在实际场景中较常见，比如我们一个 app 使用 slf4j 绑定器绑定到 log4j，最后通过 log4j 输出日志，这时有个 jar 包 X1，使用 slf4j 绑定输出到 jul，然后 X2需要集成 X2，X2 使用 log4j 输出日志，X1 在集成 X2时，使用桥接器（log4j-over-slf4j），保证 X1 的日志最后都是通过 jul 输出的。这时候app 集成 X1 便会出现 log4j 的桥接器和绑定器共存的情况，便会出现上面栈溢出的错误，这时候我们就需要修改我们的 app 了。

　　最后来下总结：

三.扩展

　　log4j2更多详情参考：log4j2 的使用【超详细图文】

　　logback更多详情参考：logback的使用和logback.xml详解

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