关于java:手把手教你从零设计一个日志框架

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Java 里的各种日志框架，置信大家都不生疏。Log4j/Log4j2/Logback/jboss logging等等，其实这些日志框架外围构造没什么区别，只是细节实现上和其性能上有所不同。本文带你从零开始，一步一步的设计一个日志框架

提到日志框架，最容易想到的外围性能，那就是输入日志了。输入的形式能够有很多：规范输入 / 控制台（Standard Output/Console）、文件（File）、邮件（Email）、甚至是音讯队列（MQ）和数据库。

当初将输入性能形象成一个组件“输入器”– Appender，这个 Appender 组件的外围性能就是输入，上面是 Appender 的实现代码：

public interface Appender {void append(String body);
}

不同的输入形式，只须要实现 Appender 接口做不同的实现即可，比方 ConsoleAppender – 输入至控制台

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();
        }
    }
}

有了输入形式的组件之后，当初须要思考输入内容的问题。一行日志的核心内容至多应该蕴含以下几个信息：

日志工夫戳
线程信息
日志名称（个别是全类名）
日志级别
日志主体（须要输入的内容，比方 info（日志主题））

为了不便的治理输入内容，当初须要创立一个输入内容的类来封装这些信息：

public class LoggingEvent {
    public long timestamp;// 日志工夫戳
    private int level;// 日志级别
    private Object message;// 日志主题
    private String threadName;// 线程名称
    private long threadId;// 线程 id
    private String loggerName;// 日志名称
    
    //getter and setters...
    
    @Override
    public String toString() {
        return "LoggingEvent{" +
                "timestamp=" + timestamp +
                ", level=" + level +
                ", message=" + message +
                ", threadName='" + threadName + '\'' +
                ", threadId=" + threadId +
                ", loggerName='" + loggerName + '\'' +
                '}';
    }
}

对于每一次日志打印，应该属于一次输入的“事件 -Event”，所以这里命名为LoggingEvent

那当初有了 LoggingEvent，那么对于 Appender 来说，接管的输入内容参数须要为 LoggingEvent 了。当初再回去把 Appender.append 办法的入参批改成LoggingEvent：

public interface Appender {void append(LoggingEvent event);
}

一个日志框架，应该提供日志级别的性能，程序在应用时能够打印不同级别的日志，还能够依据日志级别来调整那些日志能够显示，个别日志级别会定义为以下几种，级别从左到右排序，只有大于等于某级别的 LoggingEvent 才会进行输入

ERROR > WARN > INFO > DEBUG > TRACE

当初来创立一个日志级别的枚举，只有两个属性，一个级别名称，一个级别数值（不便做比拟）

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();
    }

}

日志级别定义实现之后，再将 LoggingEvent 中的日志级别替换为这个 Level 枚举

public class LoggingEvent {
    public long timestamp;// 日志工夫戳
    private Level level;// 替换后的日志级别
    private Object message;// 日志主题
    private String threadName;// 线程名称
    private long threadId;// 线程 id
    private String loggerName;// 日志名称
    
    //getter and setters...
}

当初根本的输入形式和输入内容都曾经根本实现，下一步须要设计日志打印的入口，毕竟有入口能力打印嘛

当初来思考日志打印入口如何设计，作为一个日志打印的入口，须要蕴含以下外围性能：

提供 error/warn/info/debug/trace 几个打印的办法
领有一个 name 属性，用于辨别不同的 logger
调用 appender 输入日志
领有本人的专属级别（比方本身级别为 INFO，那么只有INFO/WARN/ERROR 才能够输入）

先来简略创立一个 Logger 接口，不便扩大

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();}

再创立一个默认的 Logger 实现类：


public class LogcLogger implements Logger{
    private String name;
    private Appender appender;
    private Level level = Level.TRACE;// 以后 Logger 的级别，默认最低
    private int effectiveLevelInt;// 冗余级别字段，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);
    }
    
    /**
     * 过滤并输入，所有的输入办法都会调用此办法
     * @param level 日志级别
     * @param msg 输入内容
     */
    private void filterAndLog(Level level,String msg){LoggingEvent e = new LoggingEvent(level, msg,getName());
        // 指标的日志级别大于以后级别才能够输入
        if(level.toInt() >= effectiveLevelInt){appender.append(e);
        }
    }
    
    @Override
    public String getName() {return name;}
    
    //getters and setters...
}

好了，到当初为止，当初曾经实现了一个 最最最根本的 日志模型，能够创立 Logger，输入不同级别的日志。不过显然还不太够，还是短少一些外围性能

个别在应用日志框架时，有一个很根本的需要：不同包名的日志应用不同的输入形式，或者不同包名下类的日志应用不同的日志级别，比方我想让框架相干的 DEBUG 日志输入，便于调试，其余默认用 INFO 级别。

而且在应用时并不心愿每次创立 Logger 都援用一个 Appender，这样也太不敌对了；最好是间接应用一个全局的Logger 配置，同时还反对非凡配置的 Logger，且这个配置须要让程序中创立 Logger 时无感（比方 LoggerFactory.getLogger(XXX.class)）

可下面现有的设计可无奈满足这个需要，须要稍加革新

当初设计一个层级构造，每一个 Logger 领有一个 Parent Logger， 在filterAndLog时优先应用本人的 Appender，如果本人没有 Appender，那么就向上调用父类的appnder，有点反向“双亲委派（parents delegate）”的意思

上图中的 Root Logger， 就是全局默认的 Logger，默认状况下它是所有Logger（新创建的）的Parent Logger。 所以在 filterAndLog 时，默认都会应用 Root Logger 的 appender 和 level 来进行输入

当初将 filterAndLog 办法调整一下，减少向上调用的逻辑：

private LogcLogger parent;// 先给减少一个 parent 属性

private void filterAndLog(Level level,String msg){LoggingEvent e = new LoggingEvent(level, msg,getName());
    // 循环向上查找可用的 logger 进行输入
    for (LogcLogger l = this;l != null;l = l.parent){if(l.appender == null){continue;}
        if(level.toInt()>effectiveLevelInt){l.append(e);
        }
        break;
    }
}

好了，当初这个日志层级的设计曾经实现了，不过下面提到不同包名应用不同的 logger 配置，还没有做到，包名和 logger 如何实现对应呢？

其实很简略，只须要为每个包名的配置独自定义一个全局 Logger，在解析包名配置时间接为不同的包名

思考到有一些全局的 Logger，和 Root Logger 须要被各种 Logger 援用，所以得设计一个 Logger 容器，用来存储这些 Logger

/**
 * 一个全局的上下文对象
 */
public class LoggerContext {

    /**
     * 根 logger
     */
    private Logger root;

    /**
     * logger 缓存，寄存解析配置文件后生成的 logger 对象，以及通过程序手动创立的 logger 对象
     */
    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...
}

有了寄存 Logger 对象们的容器，下一步能够思考创立 Logger 了

为了不便的构建 Logger 的层级构造，每次 new 可不太敌对，当初创立一个 LoggerFactory 接口

public interface ILoggerFactory {
    // 通过 class 获取 / 创立 logger
    Logger getLogger(Class<?> clazz);
    // 通过 name 获取 / 创立 logger
    Logger getLogger(String name);
    // 通过 name 创立 logger
    Logger newLogger(String name);
}

再来一个默认的实现类

public class StaticLoggerFactory implements ILoggerFactory {

    private LoggerContext loggerContext;// 援用 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;
    }
    
    /**
     * 创立 Logger 对象
     * 匹配 logger name，拆分类名后和已创立（包含配置的）的 Logger 进行匹配
     * 比方以后 name 为 com.aaa.bbb.ccc.XXService，那么 name 为 com/com.aaa/com.aaa.bbb/com.aaa.bbb.ccc
     * 的 logger 都能够作为 parent logger，不过这里须要程序拆分，优先匹配“最近的”* 在这个例子里就会优先匹配 com.aaa.bbb.ccc 这个 logger，作为本人的 parent
     *
     * 如果没有任何一个 logger 匹配，那么就应用 root logger 作为本人的 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;
    }
}

再来一个动态工厂类，方便使用：

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，所有根本组件曾经实现，剩下的就是拆卸了

配置文件需至多须要有以下几个配置性能：

配置 Appender
配置 Logger
配置 Root Logger

上面是一份最小配置的示例

<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，还能够思考减少 YAML/Properties 等模式的配置文件，所以这里须要将解析配置文件的性能形象一下，设计一个 Configurator 接口，用于解析配置文件：

public interface Configurator {void doConfigure();
}

再创立一个默认的 XML 模式的配置解析器：

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...}
}

解析时，拆卸 LoggerContext，将配置中的 Logger/Root Logger/Appender 等信息构建实现，填充至传入的 LoggerContext

当初还须要一个初始化的入口，用于加载 / 解析配置文件，提供加载 / 解析后的全局 LoggerContext

public class ContextInitializer {
    final public static String AUTOCONFIG_FILE = "logc.xml";// 默认应用 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;
    }
    
   /**
    *  获取全局默认的 LoggerContext
    */
    public static LoggerContext getDefautLoggerContext(){return DEFAULT_LOGGER_CONTEXT;}
}

当初还差一步，将加载配置文件的办法嵌入LoggerFactory，让 LoggerFactory.getLogger 的时候主动初始化，来革新一下StaticLoggerFactory：

public class StaticLoggerFactory implements ILoggerFactory {

    private LoggerContext loggerContext;

    public StaticLoggerFactory() {
        // 结构 StaticLoggerFactory 时，间接调用配置解析的办法，并获取 loggerContext
        ContextInitializer.autoconfig();
        loggerContext = ContextInitializer.getDefautLoggerContext();}
}

当初，一个日志框架就曾经根本实现了。尽管还有很多细节没有欠缺，但主体性能都曾经蕴含，麻雀虽小五脏俱全

本文中为了便于浏览，有些代码并没有贴上来，具体残缺的代码能够参考：
https://github.com/kongwu-/logc

正文完

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发表至： java

2020-12-31

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输入组件 – Appender

输入内容 – LoggingEvent

日志级别设计 – Level

日志打印入口 – Logger

日志层级 – Hierarchy

日志上下文 – LoggerContext

日志创立 – LoggerFactory

配置文件设计

残缺代码

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