Java里的各種日志框架，相信大家都不陌生。Log4j/Log4j2/Logback/jboss logging等等，其實(shí)這些日志框架核心結(jié)構(gòu)沒(méi)什么區(qū)別，只是細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)上和其性能上有所不同。本文帶你從零開(kāi)始，一步一步的設(shè)計(jì)一個(gè)日志框架
輸出內(nèi)容 - LoggingEvent
提到日志框架，最容易想到的核心功能，那就是輸出日志了。那么對(duì)于一行日志內(nèi)容來(lái)說(shuō)，應(yīng)該至少包含以下幾個(gè)信息：
- 日志時(shí)間戳
- 線程信息
- 日志名稱(chēng)（一般是全類(lèi)名）
- 日志級(jí)別
- 日志主體（需要輸出的內(nèi)容，比如info（str））
為了方便的管理輸出內(nèi)容，現(xiàn)在需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)輸出內(nèi)容的類(lèi)來(lái)封裝這些信息：
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public class LoggingEvent { public long timestamp;//日志時(shí)間戳 private int level;//日志級(jí)別 private Object message;//日志主題 private String threadName;//線程名稱(chēng) private long threadId;//線程id private String loggerName;//日志名稱(chēng) //getter and setters... @Override public String toString() { return "LoggingEvent{" + "timestamp=" + timestamp + ", level=" + level + ", message=" + message + ", threadName='" + threadName + ''' + ", threadId=" + threadId + ", loggerName='" + loggerName + ''' + '}'; }} |
對(duì)于每一次日志打印，應(yīng)該屬于一次輸出的“事件-Event”，所以這里命名為LoggingEvent
輸出組件 - Appender
有了輸出內(nèi)容之后，現(xiàn)在需要考慮輸出方式。輸出的方式可以有很多：標(biāo)準(zhǔn)輸出/控制臺(tái)（Standard Output/Console）、文件（File）、郵件（Email）、甚至是消息隊(duì)列（MQ）和數(shù)據(jù)庫(kù)。
現(xiàn)在將輸出功能抽象成一個(gè)組件“輸出器” - Appender，這個(gè)Appender組件的核心功能就是輸出，下面是Appender的實(shí)現(xiàn)代碼：
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public interface Appender { void append(LoggingEvent event);} |
不同的輸出方式，只需要實(shí)現(xiàn)Appender接口做不同的實(shí)現(xiàn)即可，比如ConsoleAppender - 輸出至控制臺(tái)
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public class ConsoleAppender implements Appender { private OutputStream out = System.out; private OutputStream out_err = System.err; @Override public void append(LoggingEvent event) { try { out.write(event.toString().getBytes(encoding)); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }} |
日志級(jí)別設(shè)計(jì) - Level
日志框架還應(yīng)該提供日志級(jí)別的功能，程序在使用時(shí)可以打印不同級(jí)別的日志，還可以根據(jù)日志級(jí)別來(lái)調(diào)整那些日志可以顯示，一般日志級(jí)別會(huì)定義為以下幾種，級(jí)別從左到右排序，只有大于等于某級(jí)別的LoggingEvent才會(huì)進(jìn)行輸出
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ERROR > WARN > INFO > DEBUG > TRACE |
現(xiàn)在來(lái)創(chuàng)建一個(gè)日志級(jí)別的枚舉，只有兩個(gè)屬性，一個(gè)級(jí)別名稱(chēng)，一個(gè)級(jí)別數(shù)值（方便做比較）
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public enum Level { ERROR(40000, "ERROR"), WARN(30000, "WARN"), INFO(20000, "INFO"), DEBUG(10000, "DEBUG"), TRACE(5000, "TRACE"); private int levelInt; private String levelStr; Level(int i, String s) { levelInt = i; levelStr = s; } public static Level parse(String level) { return valueOf(level.toUpperCase()); } public int toInt() { return levelInt; } public String toString() { return levelStr; } public boolean isGreaterOrEqual(Level level) { return levelInt>=level.toInt(); }} |
日志級(jí)別定義完成之后，再將LoggingEvent中的日志級(jí)別替換為這個(gè)Level枚舉
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public class LoggingEvent { public long timestamp;//日志時(shí)間戳 private Level level;//替換后的日志級(jí)別 private Object message;//日志主題 private String threadName;//線程名稱(chēng) private long threadId;//線程id private String loggerName;//日志名稱(chēng) //getter and setters...} |
現(xiàn)在基本的輸出方式和輸出內(nèi)容都已經(jīng)基本完成，下一步需要設(shè)計(jì)日志打印的入口，畢竟有入口才能打印嘛
日志打印入口 - Logger
現(xiàn)在來(lái)考慮日志打印入口如何設(shè)計(jì)，作為一個(gè)日志打印的入口，需要包含以下核心功能：
- 提供error/warn/info/debug/trace幾個(gè)打印的方法
- 擁有一個(gè)name屬性，用于區(qū)分不同的logger
- 調(diào)用appender輸出日志
- 擁有自己的專(zhuān)屬級(jí)別（比如自身級(jí)別為INFO，那么只有INFO/WARN/ERROR才可以輸出）
先來(lái)簡(jiǎn)單創(chuàng)建一個(gè)Logger接口，方便擴(kuò)展
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public interface Logger{ void trace(String msg); void info(String msg); void debug(String msg); void warn(String msg); void error(String msg); String getName();} |
再創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的Logger實(shí)現(xiàn)類(lèi)：
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public class LogcLogger implements Logger{ private String name; private Appender appender; private Level level = Level.TRACE;//當(dāng)前Logger的級(jí)別，默認(rèn)最低 private int effectiveLevelInt;//冗余級(jí)別字段，方便使用 @Override public void trace(String msg) { filterAndLog(Level.TRACE,msg); } @Override public void info(String msg) { filterAndLog(Level.INFO,msg); } @Override public void debug(String msg) { filterAndLog(Level.DEBUG,msg); } @Override public void warn(String msg) { filterAndLog(Level.WARN,msg); } @Override public void error(String msg) { filterAndLog(Level.ERROR,msg); } /** * 過(guò)濾并輸出，所有的輸出方法都會(huì)調(diào)用此方法 * @param level 日志級(jí)別 * @param msg 輸出內(nèi)容 */ private void filterAndLog(Level level,String msg){ LoggingEvent e = new LoggingEvent(level, msg,getName()); //目標(biāo)的日志級(jí)別大于當(dāng)前級(jí)別才可以輸出 if(level.toInt() >= effectiveLevelInt){ appender.append(e); } } @Override public String getName() { return name; } //getters and setters...} |
好了，到現(xiàn)在為止，現(xiàn)在已經(jīng)完成了一個(gè)最最最基本的日志模型，可以創(chuàng)建Logger，輸出不同級(jí)別的日志。不過(guò)顯然還不太夠，還是缺少一些核心功能
日志層級(jí) - Hierarchy
一般在使用日志框架時(shí)，有一個(gè)很基本的需求：不同包名的日志使用不同的輸出方式，或者不同包名下類(lèi)的日志使用不同的日志級(jí)別，比如我想讓框架相關(guān)的DEBUG日志輸出，便于調(diào)試，其他默認(rèn)用INFO級(jí)別。
而且在使用時(shí)并不希望每次創(chuàng)建Logger都引用一個(gè)Appender，這樣也太不友好了；最好是直接使用一個(gè)全局的Logger配置，同時(shí)還支持特殊配置的Logger，且這個(gè)配置需要讓程序中創(chuàng)建Logger時(shí)無(wú)感（比如LoggerFactory.getLogger(XXX.class)）
可上面現(xiàn)有的設(shè)計(jì)可無(wú)法滿(mǎn)足這個(gè)需求，需要稍加改造
現(xiàn)在設(shè)計(jì)一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)，每一個(gè)Logger擁有一個(gè)Parent Logger，在filterAndLog時(shí)優(yōu)先使用自己的Appender，如果自己沒(méi)有Appender，那么就向上調(diào)用父類(lèi)的appnder，有點(diǎn)反向“雙親委派（parents delegate）”的意思
上圖中的Root Logger，就是全局默認(rèn)的Logger，默認(rèn)情況下它是所有Logger（新創(chuàng)建的）的Parent Logger。所以在filterAndLog時(shí)，默認(rèn)都會(huì)使用Root Logger的appender和level來(lái)進(jìn)行輸出
現(xiàn)在將filterAndLog方法調(diào)整一下，增加向上調(diào)用的邏輯：
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private LogcLogger parent;//先給增加一個(gè)parent屬性private void filterAndLog(Level level,String msg){ LoggingEvent e = new LoggingEvent(level, msg,getName()); //循環(huán)向上查找可用的logger進(jìn)行輸出 for (LogcLogger l = this;l != null;l = l.parent){ if(l.appender == null){ continue; } if(level.toInt()>effectiveLevelInt){ l.appender.append(e); } break; }} |
好了，現(xiàn)在這個(gè)日志層級(jí)的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，不過(guò)上面提到不同包名使用不同的logger配置，還沒(méi)有做到，包名和logger如何實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)呢？
其實(shí)很簡(jiǎn)單，只需要為每個(gè)包名的配置單獨(dú)定義一個(gè)全局Logger，在解析包名配置時(shí)直接為不同的包名
日志上下文 - LoggerContext
考慮到有一些全局的Logger，和Root Logger需要被各種Logger引用，所以得設(shè)計(jì)一個(gè)Logger容器，用來(lái)存儲(chǔ)這些Logger
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/** * 一個(gè)全局的上下文對(duì)象 */public class LoggerContext { /** * 根logger */ private Logger root; /** * logger緩存，存放解析配置文件后生成的logger對(duì)象，以及通過(guò)程序手動(dòng)創(chuàng)建的logger對(duì)象 */ private Map<String,Logger> loggerCache = new HashMap<>(); public void addLogger(String name,Logger logger){ loggerCache.put(name,logger); } public void addLogger(Logger logger){ loggerCache.put(logger.getName(),logger); } //getters and setters...} |
有了存放Logger對(duì)象們的容器，下一步可以考慮創(chuàng)建Logger了
日志創(chuàng)建 - LoggerFactory
為了方便的構(gòu)建Logger的層級(jí)結(jié)構(gòu)，每次new可不太友好，現(xiàn)在創(chuàng)建一個(gè)LoggerFactory接口
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public interface ILoggerFactory { //通過(guò)class獲取/創(chuàng)建logger Logger getLogger(Class<?> clazz); //通過(guò)name獲取/創(chuàng)建logger Logger getLogger(String name); //通過(guò)name創(chuàng)建logger Logger newLogger(String name);} |
再來(lái)一個(gè)默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)類(lèi)
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public class StaticLoggerFactory implements ILoggerFactory { private LoggerContext loggerContext;//引用LoggerContext @Override public Logger getLogger(Class<?> clazz) { return getLogger(clazz.getName()); } @Override public Logger getLogger(String name) { Logger logger = loggerContext.getLoggerCache().get(name); if(logger == null){ logger = newLogger(name); } return logger; } /** * 創(chuàng)建Logger對(duì)象 * 匹配logger name，拆分類(lèi)名后和已創(chuàng)建（包括配置的）的Logger進(jìn)行匹配 * 比如當(dāng)前name為com.aaa.bbb.ccc.XXService，那么name為com/com.aaa/com.aaa.bbb/com.aaa.bbb.ccc * 的logger都可以作為parent logger，不過(guò)這里需要順序拆分，優(yōu)先匹配“最近的” * 在這個(gè)例子里就會(huì)優(yōu)先匹配com.aaa.bbb.ccc這個(gè)logger，作為自己的parent * * 如果沒(méi)有任何一個(gè)logger匹配，那么就使用root logger作為自己的parent * * @param name Logger name */ @Override public Logger newLogger(String name) { LogcLogger logger = new LogcLogger(); logger.setName(name); Logger parent = null; //拆分包名，向上查找parent logger for (int i = name.lastIndexOf("."); i >= 0; i = name.lastIndexOf(".",i-1)) { String parentName = name.substring(0,i); parent = loggerContext.getLoggerCache().get(parentName); if(parent != null){ break; } } if(parent == null){ parent = loggerContext.getRoot(); } logger.setParent(parent); logger.setLoggerContext(loggerContext); return logger; }} |
再來(lái)一個(gè)靜態(tài)工廠類(lèi)，方便使用：
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public class LoggerFactory { private static ILoggerFactory loggerFactory = new StaticLoggerFactory(); public static ILoggerFactory getLoggerFactory(){ return loggerFactory; } public static Logger getLogger(Class<?> clazz){ return getLoggerFactory().getLogger(clazz); } public static Logger getLogger(String name){ return getLoggerFactory().getLogger(name); }} |
至此，所有基本組件已經(jīng)完成，剩下的就是裝配了
配置文件設(shè)計(jì)
配置文件需至少需要有以下幾個(gè)配置功能：
- 配置Appender
- 配置Logger
- 配置Root Logger
下面是一份最小配置的示例
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<configuration> <appender name="std_plain" class="cc.leevi.common.logc.appender.ConsoleAppender"> </appender> <logger name="cc.leevi.common.logc"> <appender-ref ref="std_plain"/> </logger> <root level="trace"> <appender-ref ref="std_pattern"/> </root></configuration> |
除了XML配置，還可以考慮增加YAML/Properties等形式的配置文件，所以這里需要將解析配置文件的功能抽象一下，設(shè)計(jì)一個(gè)Configurator接口，用于解析配置文件：
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public interface Configurator { void doConfigure();} |
再創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的XML形式的配置解析器：
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public class XMLConfigurator implements Configurator{ private final LoggerContext loggerContext; public XMLConfigurator(URL url, LoggerContext loggerContext) { this.url = url;//文件url this.loggerContext = loggerContext; } @Override public void doConfigure() { try{ DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance(); DocumentBuilder documentBuilder = factory.newDocumentBuilder(); Document document = documentBuilder.parse(url.openStream()); parse(document.getDocumentElement()); ... }catch (Exception e){ ... } } private void parse(Element document) throws IllegalAccessException, ClassNotFoundException, InstantiationException { //do parse... }} |
解析時(shí)，裝配LoggerContext，將配置中的Logger/Root Logger/Appender等信息構(gòu)建完成，填充至傳入的LoggerContext
現(xiàn)在還需要一個(gè)初始化的入口，用于加載/解析配置文件，提供加載/解析后的全局LoggerContext
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public class ContextInitializer { final public static String AUTOCONFIG_FILE = "logc.xml";//默認(rèn)使用xml配置文件 final public static String YAML_FILE = "logc.yml"; private static final LoggerContext DEFAULT_LOGGER_CONTEXT = new LoggerContext(); /** * 初始化上下文 */ public static void autoconfig() { URL url = getConfigURL(); if(url == null){ System.err.println("config[logc.xml or logc.yml] file not found!"); return ; } String urlString = url.toString(); Configurator configurator = null; if(urlString.endsWith("xml")){ configurator = new XMLConfigurator(url,DEFAULT_LOGGER_CONTEXT); } if(urlString.endsWith("yml")){ configurator = new YAMLConfigurator(url,DEFAULT_LOGGER_CONTEXT); } configurator.doConfigure(); } private static URL getConfigURL(){ URL url = null; ClassLoader classLoader = ContextInitializer.class.getClassLoader(); url = classLoader.getResource(AUTOCONFIG_FILE); if(url != null){ return url; } url = classLoader.getResource(YAML_FILE); if(url != null){ return url; } return null; } /** * 獲取全局默認(rèn)的LoggerContext */ public static LoggerContext getDefautLoggerContext(){ return DEFAULT_LOGGER_CONTEXT; }} |
現(xiàn)在還差一步，將加載配置文件的方法嵌入LoggerFactory，讓LoggerFactory.getLogger的時(shí)候自動(dòng)初始化，來(lái)改造一下StaticLoggerFactory：
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public class StaticLoggerFactory implements ILoggerFactory { private LoggerContext loggerContext; public StaticLoggerFactory() { //構(gòu)造StaticLoggerFactory時(shí)，直接調(diào)用配置解析的方法，并獲取loggerContext ContextInitializer.autoconfig(); loggerContext = ContextInitializer.getDefautLoggerContext(); }} |
現(xiàn)在，一個(gè)日志框架就已經(jīng)基本完成了。雖然還有很多細(xì)節(jié)沒(méi)有完善，但主體功能都已經(jīng)包含，麻雀雖小五臟俱全
完整代碼
本文中為了便于閱讀，有些代碼并沒(méi)有貼上來(lái)，詳細(xì)完整的代碼可以參考：https://github.com/kongwu-/logc
原文鏈接：https://segmentfault.com/a/1190000038760707
