Java教程

从零实现一个日志框架

本文主要是介绍从零实现一个日志框架，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

Java里的各种日志框架，相信大家都不陌生。Log4j/Log4j2/Logback/jboss logging等等，其实这些日志框架核心结构没什么区别，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

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

图片图片

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-/log

来源：https://mp.weixin.qq.com/s/STU23xu_Vbx6ZTtDJTu8ig

这篇关于从零实现一个日志框架的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
您可能喜欢
栏目导航