手把手教你从零设计一个java日志框架
输出内容 - LoggingEvent
提到日志框架,最容易想到的核心功能,那就是输出日志了。那么对于一行日志内容来说,应该至少包含以下几个信息:
- 日志时间戳
- 线程信息
- 日志名称(一般是全类名)
- 日志级别
- 日志主体(需要输出的内容,比如info(str))
为了方便的管理输出内容,现在需要创建一个输出内容的类来封装这些信息:
public class LoggingEvent { public long timestamp;//日志时间戳 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,应该属于一次输出的“事件-Event”,所以这里命名为LoggingEvent
输出组件 - Appender
有了输出内容之后,现在需要考虑输出方式。输出的方式可以有很多:标准输出/控制台(Standard Output/Console)、文件(File)、邮件(Email)、甚至是消息队列(MQ)和数据库。
现在将输出功能抽象成一个组件“输出器” - Appender,这个Appender组件的核心功能就是输出,下面是Appender的实现代码:
public interface Appender { void append(LoggingEvent event); }
不同的输出方式,只需要实现Appender接口做不同的实现即可,比如ConsoleAppender - 输出至控制台
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(); } } }
日志级别设计 - Level
日志框架还应该提供日志级别的功能,程序在使用时可以打印不同级别的日志,还可以根据日志级别来调整那些日志可以显示,一般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才会进行输出
ERROR > WARN > INFO > DEBUG > TRACE
现在来创建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(方便做比较)
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(); } }
日志级别定义完成之后,再将LoggingEvent中的日志级别替换为这个Level枚举
public class LoggingEvent { public long timestamp;//日志时间戳 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... }
现在基本的输出方式和输出内容都已经基本完成,下一步需要设计日志打印的入口,毕竟有入口才能打印嘛
日志打印入口 - Logger
现在来考虑日志打印入口如何设计,作为一个日志打印的入口,需要包含以下核心功能:
- 提供error/warn/info/debug/trace几个打印的方法
- 拥有一个name属性,用于区分不同的logger
- 调用appender输出日志
- 拥有自己的专属级别(比如自身级别为INFO,那么只有INFO/WARN/ERROR才可以输出)
先来简单创建一个Logger接口,方便扩展
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(); }
再创建一个默认的Logger实现类:
public class LogcLogger implements Logger{ private String name; private Appender appender; private Level level = Level.TRACE;//当前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); } /** * 过滤并输出,所有的输出方法都会调用此方法 * @param level 日志级别 * @param msg 输出内容 */ private void filterAndLog(Level level,String msg){ LoggingEvent e = new LoggingEvent(level, msg,getName()); //目标的日志级别大于当前级别才可以输出 if(level.toInt() >= effectiveLevelInt){ appender.append(e); } } @Override public String getName() { return name; } //getters and setters... }
好了,到现在为止,现在已经完成了一个最最最基本的日志模型,可以创建Logger,输出不同级别的日志。不过显然还不太够,还是缺少一些核心功能
日志层级 - Hierarchy
一般在使用日志框架时,有一个很基本的需求:不同包名的日志使用不同的输出方式,或者不同包名下类的日志使用不同的日志级别,比如我想让框架相关的DEBUG日志输出,便于调试,其他默认用INFO级别。
而且在使用时并不希望每次创建Logger都引用一个Appender,这样也太不友好了;最好是直接使用一个全局的Logger配置,同时还支持特殊配置的Logger,且这个配置需要让程序中创建Logger时无感(比如LoggerFactory.getLogger(XXX.class))
可上面现有的设计可无法满足这个需求,需要稍加改造
现在设计一个层级结构,每一个Logger拥有一个Parent Logger,在filterAndLog时优先使用自己的Appender,如果自己没有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
,默认情况下它是所有Logger
(新创建的)的Parent Logger
。所以在filterAndLog
时,默认都会使用Root Logger
的appender
和level
来进行输出
现在将filterAndLog方法调整一下,增加向上调用的逻辑:
private LogcLogger parent;//先给增加一个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,现在这个日志层级的设计已经完成了,不过上面提到不同包名使用不同的logger配置,还没有做到,包名和logger如何实现对应呢?
其实很简单,只需要为每个包名的配置单独定义一个全局Logger,在解析包名配置时直接为不同的包名
日志上下文 - LoggerContext
考虑到有一些全局的Logger,和Root Logger需要被各种Logger引用,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,存放解析配置文件后生成的logger对象,以及通过程序手动创建的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... }
有了存放Logger对象们的容器,下一步可以考虑创建Logger了
日志创建 - LoggerFactory
为了方便的构建Logger
的层级结构,每次new可不太友好,现在创建一个LoggerFactory
接口
public interface ILoggerFactory { //通过class获取/创建logger Logger getLogger(Class<?> clazz); //通过name获取/创建logger Logger getLogger(String name); //通过name创建logger Logger newLogger(String name); }
再来一个默认的实现类
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; } /** * 创建Logger对象 * 匹配logger name,拆分类名后和已创建(包括配置的)的Logger进行匹配 * 比如当前name为com.aaa.bbb.ccc.XXService,那么name为com/com.aaa/com.aaa.bbb/com.aaa.bbb.ccc * 的logger都可以作为parent logger,不过这里需要顺序拆分,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,作为自己的parent * * 如果没有任何一个logger匹配,那么就使用root logger作为自己的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; } }
再来一个静态工厂类,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,所有基本组件已经完成,剩下的就是装配了
配置文件设计
配置文件需至少需要有以下几个配置功能:
- 配置Appender
- 配置Logger
- 配置Root Logger
下面是一份最小配置的示例
<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,还可以考虑增加YAML/Properties等形式的配置文件,所以这里需要将解析配置文件的功能抽象一下,设计一个Configurator
接口,用于解析配置文件:
public interface Configurator { void doConfigure(); }
再创建一个默认的XML形式的配置解析器:
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,装配LoggerContext,将配置中的Logger/Root Logger/Appender等信息构建完成,填充至传入的LoggerContext
现在还需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; } /** * 获取全局默认的LoggerContext */ public static LoggerContext getDefautLoggerContext(){ return DEFAULT_LOGGER_CONTEXT; } }
现在还差一步,将加载配置文件的方法嵌入LoggerFactory
,让LoggerFactory.getLogger
的时候自动初始化,来改造一下StaticLoggerFactory:
public class StaticLoggerFactory implements ILoggerFactory { private LoggerContext loggerContext; public StaticLoggerFactory() { //构造StaticLoggerFactory时,直接调用配置解析的方法,并获取loggerContext ContextInitializer.autoconfig(); loggerContext = ContextInitializer.getDefautLoggerContext(); } }
现在,一个日志框架就已经基本完成了。虽然还有很多细节没有完善,但主体功能都已经包含,麻雀虽小五脏俱全
完整代码
本文中为了便于阅读,有些代码并没有贴上来,详细完整的代码可以参考:
https://github.com/kongwu-/logc
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