本文作者:微信公众号 码农翻身

前言

Java帝国在诞生之初就提供了集合、线程、IO、网络等常用功能,从C和C++领地那里吸引了大量程序员过来加盟,但是却有意无意地忽略了一个重要的功能: 输出日志。

对于这一点,IO大臣其实非常清楚, 日志是个很重要的东西, 因为程序运行起来以后, 基本上就是一个黑盒子,如果程序的行为和预料的不一致,那就是出现Bug了,如何去定位这个Bug 呢?

臣民们能用的工具有两个,第一个就是单步调试,一步步地跟踪,查看代码中变量的值, 这种办法费时费力, 并且只能在程序员的机器上才能用。

第二种就是在特定的地方打印日志, 通过日志的输出,帮助快速定位。尤其是当代码在生产环境上跑起来以后, 日志信息更是必不可少,要不然出了状况两眼一抹黑,上哪儿找问题去? 总不能让臣民们把自己变成一个线程进入系统来执行吧?

但是IO大臣也有自己的小算盘: 日志嘛, 用我的System.out.println(…..) 不就可以了?!   我还提供了System.err.println不是?

在IO大臣的阻挠下, 从帝国的第一代国王到第三代国王, 都没有在JDK中提供日志相关的工具包, 臣民们只好忍受着去使用System.out.println去输出日志,把所有的信息都输出到控制台, 让那里变成一堆垃圾。

张家村

张家村的电子商务系统也不能幸免,自然也遇到了日志的问题。经验丰富的老村长已经烦透了System.out.println所输出的大量难于理解的无用信息,看着村民民整天苦逼地和这些System.out做斗争,他找来了小张,命令他设计一个通用的处理日志的系统。

小张在消息队列和JMS的设计上花了不少功夫, 积累了丰富的经验,从那以后一直都是实现业务代码,一直都是CRUD, 张二妮整天笑话自己是HTML填空人员,这一回一定要让她看看自己的设计功力!

老村长给小张下达的需求是这样的:

1.  日志消息除了能打印到控制台, 还可以输出到文件,甚至可以通过邮件发送出去(例如生成环境出错的消息)

2. 日志内容应该可以做格式化, 例如变成纯文本,XML, HTML格式等等

3. 对于不同的Java class,不同的 package , 还有不同级别的日志,应该可以灵活地输出到不同的文件中。

例如对于com.foo 这个package,所有的日志都输出到 foo.log 文件中

对于com.bar 这个package ,所有文件都输出到bar. log文件中

对于所有的ERROR级别的日志,都输出到  errors.log文件中

4. 能对日志进行分级, 有些日志纯属debug , 在本机或者测试环境使用, 方便程序员的调试, 生产环境完全不需要。有些日志是描述错误(error)的, 在生产环境下出错的话必须要记录下来,帮助后续的分析。

小张仔细看了看,拍着胸脯对老村长说:“没问题, 明天一定让您老看到结果。”

小张的设计

老村长走了以后,小张开始分析需求, 祭出“面向对象设计大法”,试图从村长的需求中抽象出一点概念。

首先要记录日志,肯定需要一个类来表达日志的概念,这个类至少应该有两个属性,一个是时间戳,一个是消息本身,把它叫做 LoggingEvent 吧,记录日志就像记录一个事件嘛。

其次是日志可以输出到不同的地方,控制台、文件、邮件等等, 这个可以抽象一下,不就是写到不同的目的地吗? 可以叫做LogDestination?

嗯, 还是简单一点,叫做 Appender 吧, 暗含了可以不断追加日志的意思。

图0:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

至于第二条的日志内容可以格式化,完全可以比葫芦画瓢, 定义一个Formatter接口去格式化消息。

图1:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

对了, Appender 应该引用Formatter ,这样以来就可以对LoggingEvent记录格式化以后再发送。

第三条需求把小张给难住了,不同的class, package 输出的目的地不同?  “目的地”这个概念是由Appender来表达的, 难道让不同的class, package 和Appender关联? 不不, 不能这样 !

还需要一个新的概念 , 这个概念是什么?

从用户角度想一下, 村民们要想获取日志,必须得先获取个什么东西,这个东西是不是可以称为Logger啊?  灵感的火花就闪了那么一下就被小张抓住了: 获取Logger的时候要传入类名或者包名!

图2:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

这样一来,不同的class, package就区分开了, 然后让Logger 和Appender关联,灵活地设置日志的目的地, 并且一个Logger可以拥有多个Appender,同一条日志消息可以输出到多个地方, 完美!

图3:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

小张迅速地画出了核心类的类图:

图4:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

还算漂亮,小张陶醉着自我欣赏了一下。

再接再厉, 把第四条需求也设计一下,日志要分级,这个简单, 定义一个Priority的类,里边定义5个常量DEBUG, INFO, WARN, ERROR, FATAL, 表示5个不同的级别就OK了。当然这我5个级别有高低之分, DEBUG级别最低, FATAL级别最高。

还可以给Logger增加一些辅助编程的方法,如Logger.debug(….) , Logger.info(…)  , Logger.warn(…) 等等, 这样村民们将来就可以轻松地输出各种级别的日志了。

等一下, 老村长还说过“对于所有的ERROR级别的日志,都输出到  errors.log文件中” 类似这样的需求, 好像给忽略了。

这也好办嘛, 只要在Appender上增加一个属性,就叫做Priority, 如果用户要输出的日志是DEBUG级别, 但是有个FileAppender的Priority是 ERROR级别,那这个日志就不用在这个FileAppender中输出了 ,因为ERROR级别比DEBUG级别高嘛。

同理, 在Logger类上也可以增加一个Priority的属性,用户可以去设置, 如果一个Logger的Priority是ERROR, 而用户调用了这个Logger的debug方法, 那这个debug 的消息也不会输出。

小张全心全意地投入到设计当中,一看时间, 都快半夜了, 赶紧休息, 明天向村长汇报去。

正交性

第二天, 小张给老村长展示了自己设计的LoggerEvent, Logger , Appender, Formatter, Priority 等类和接口, 老村长捻着胡子满意地点点头:“不错不错,与上一次相比有巨大的进步。你知不知道我在需求中其实给了你引导?”

“引导? 什么引导? ”

“就是让你朝着正交的方向去努力啊”

“正交? ”

‘“如果你把Logger, Appender, Formatter看成坐标系中的X轴,Y轴,Z轴, 你看看,这三者是不是可以独立变化而不互相影响啊?”

图5:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

“我赛,果然如此,我可以任意扩展Appender接口而影响不到Logger和Formatter, 无论有多少个Logger 都影响不了Appender和Formatter , 这就是正交了?”

“是啊,当你从系统中提取出正交的概念的时候,那就威力无比了,因为变化被封装在了一个维度上,你可以把这些概念任意组合,而不会变成意大利面条似的代码。 ”

听到村长做了理论的升华, 小张兴奋得直搓手。

“好吧,你把这个设计实现了吧,对了,你打算叫什么名字? ”  村长问道

“我打算把他叫做Log4j , 意思是Log for Java”

“不错,就这么定了吧”

Log4j

程序员专用礼品水杯小张又花了两个月的时间把Log4j 开发了出来, 由于Log4j有着良好的设计,优异的性能, 不仅仅是张家村的人在用, Java帝国的很多村镇、部落都爱上了它。

后来张家村把Log4j 在Apache部落开源了, 这下子吸引了无数的人无偿帮助测试它,扩展它,改进它, 很快就成了帝国最流行的日志工具。

张家村建议帝国把Log4j 纳入到JDK 中, 帝国那效率低下的官僚机构竟然拒绝了。  消息传到了IO大臣的耳朵里,他不由的扼腕叹息: 唉,失去了一次极好的招安机会啊。 现在唯一的办法就是赶紧上奏皇上,在官方也提供一套,争取让臣民们使用官方版本。

到了第四代国王(JDK1.4),臣民们终于看到了帝国提供的java.util.logging包,也是用来记录日志的,并且其中的核心概念Logger, Formatter, Handler 和 Log4j非常相似,只是为时已晚, Log4j早已深入人心了, 不可撼动了。

尾声

Log4j 在Apache开源以后, 小张也逐渐地有点落寞,他闲不住又写了一个工具,叫做logback, 有了之前的经验,这logback 比log4j 还要快。

如今的日志世界有了很多的选择 ,除了java.util.logging, log4j 之外,还有logback,tinylog 等其他工具。

小张想了想, 这么多日志工具,用户如果想切换了怎么办?不想用log4j了,能换到logback吗?

我还是提供一个抽象层吧, 用户用这个抽象层的API来写日志, 底层具体用什么日志工具不用关心,这样就可以移植了。

小张把这抽象层就叫做Simple Logging Facade for Java,简称SLF4J。

图6:一个著名的日志系统是怎么设计出来的?

对于Log4j , JDK logging, tinylog 等工具, 需要一个适配层, 把SLF4J 的API转化成具体工具的调用接口。

由于Logback这个工具也是出自小张之手, 直接实现了SLF4J的API,所以连适配层都不需要了, 用起来速度飞快,效率最高,SLFJ4+Logback 成为了很多人的最爱, 大有超越Apache Common Logging + Log4j 之势。

后记: 本文主要想讲一下日志工具的历史和现状, 尤其是Log4j核心的设计理念。

文中的小张其实就是Ceki Gülcü,他开发了Log4j , logback,以及slfj4, 为Java的日志事业做出了卓越的贡献。

(完)

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