Spring笔记(10) - 日志体系 - Java

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一、概况

在项目开发当中，日志对于我们开发或运维人员来说，是一个必不可少的工具。在线下我们可以通过 debug 来查找排除问题，但对于线上系统来说，我们只能通过日志分析来查找问题，我们可以通过日志打印来获取我们需要的信息来判断、分析系统运行结果是否正常或哪里出现了问题，可以定位到具体问题和位置。

当前流行的日志框架有：

jul(java util logging)
log4j
log4j2
jcl(Jakarta Commons Logging)
logback
slf4j

二、应用和探讨

1.jul(java util logging)

java自带的日志记录技术（java.util.logging.Logger），可以直接记录日志；功能比较太过于简单，不支持占位符显示，拓展性比较差；

import java.util.logging.Logger;
public class JUL {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = Logger.getLogger("JUL");
logger.info("java util logging");
}
}

2.log4j

不支持使用占位符，在高并发日志量大的情况存在bug，容易导致内存、CPU冲高；

使用 log4j 需要 pom 文件中引入 log4j 所需要的jar包和引入 log4j 的配置文件 log4j.properties

pom.xml
<dependency>
<groupId>log4j</groupId>
<artifactId>log4j</artifactId>
<version>1.2.12</version>
</dependency>

log4j.propertieslog4j.rootLogger = info,stdout
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n

import org.apache.log4j.Logger;
public class Log4j {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = Logger.getLogger(Log4j.class);
logger.info("log4j");
}
}

- 记住 jul 和 log4j 日志输出格式的差别，颜色不一致：jul 输出日志为红色，log4j 输出日志是白色；

3.log4j2

log4j2 和 log4j 是同一个作者开发，只不过log4j2是重新架构的一款日志组件，改进了log4j的bug，以及吸取了优秀的logback的设计重新推出的一款新组件，在效率和性能上有了很大的提升；

必须同时依赖 log4j-core 和 log4j-api，否则报错：“ERROR StatusLogger Log4j2 could not find a logging implementation”；

pom.xml
<dependency>
<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
<artifactId>log4j-api</artifactId>
<version>2.13.2</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
<artifactId>log4j-core</artifactId>
<version>2.9.1</version>
</dependency>

同时需要配置文件和测试代码：log4j2.xml、Log4j2.java

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration status="WARN">
<Appenders>
<Console name="Console" target="SYSTEM_OUT">
<PatternLayout pattern="%d{HH:mm:ss.SSS} [%t] %-5level %logger{36} - %msg%n" />
</Console>
</Appenders> <Loggers>
<Root level="info">
<AppenderRef ref="Console" />
</Root>
</Loggers>
</Configuration>

import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
public class Log4j2 {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = LogManager.getLogger("Log4j2");
logger.info("log4j2");
}
}

4.jcl(Jakarta Commons Logging)

Spring Framework 4.x 版本依赖了commons-logging.jar；Spring Framework 5.x 版本依赖了spring-jcl.jar；

Spring Framework 4.x ：

Spring Framework 5.x ：

1.commons-logging.jar：Spring Framework 4.x

pom.xml
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>4.3.20.RELEASE</version>
</dependency>
或
<dependency>
<groupId>commons-logging</groupId>
<artifactId>commons-logging</artifactId>
<version>1.2</version>
</dependency>

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;
public class JCL {
public static void main(String[] args) {
Log log = LogFactory.getLog("JCL");
log.info("jakatra common logging");
}
}

跟上面的jul输出格式一致；

探讨：为什么 jcl 的输出格式是 jul 格式呢？

接下来从源码来进行分析：从 LogFactory.getLog("JCL") 开始，从下面可以看出是从工厂

LogFactory：
public static Log getLog(String name) throws LogConfigurationException {
return getFactory().getInstance(name);
}

getInstance(name)是一个抽象方法，看它的实现方法：

LogFactory：
public abstract Log getInstance(String name)
throws LogConfigurationException;

LogFactoryImpl：
public Log getInstance(String name) throws LogConfigurationException {
Log instance = (Log) instances.get(name);//开始是null
if (instance == null) {
instance = newInstance(name);//创建实例
instances.put(name, instance);//instances是一个Hashtable，实例放入缓存中
}
return instance;
}

下面的代码就一行重要：

LogFactoryImpl：
protected Log newInstance(String name) throws LogConfigurationException {
Log instance;
try {
if (logConstructor == null) {
instance = discoverLogImplementation(name);//创建实例
}
else {
Object params[] = { name };
instance = (Log) logConstructor.newInstance(params);
} if (logMethod != null) {
Object params[] = { this };
logMethod.invoke(instance, params);
} return instance; } catch (LogConfigurationException lce) { // this type of exception means there was a problem in discovery
// and we've already output diagnostics about the issue, etc.;
// just pass it on
throw lce; } catch (InvocationTargetException e) {
// A problem occurred invoking the Constructor or Method
// previously discovered
Throwable c = e.getTargetException();
throw new LogConfigurationException(c == null ? e : c);
} catch (Throwable t) {
handleThrowable(t); // may re-throw t
// A problem occurred invoking the Constructor or Method
// previously discovered
throw new LogConfigurationException(t);
}
}

在下面的代码中可以看到实例的创建是从classesToDiscover遍历获取来的：

LogFactoryImpl：
private Log discoverLogImplementation(String logCategory)
throws LogConfigurationException {
if (isDiagnosticsEnabled()) {
logDiagnostic("Discovering a Log implementation...");
} initConfiguration(); Log result = null; // See if the user specified the Log implementation to use
String specifiedLogClassName = findUserSpecifiedLogClassName(); if (specifiedLogClassName != null) {
if (isDiagnosticsEnabled()) {
logDiagnostic("Attempting to load user-specified log class '" +
specifiedLogClassName + "'...");
} result = createLogFromClass(specifiedLogClassName,
logCategory,
true);
if (result == null) {
StringBuffer messageBuffer = new StringBuffer("User-specified log class '");
messageBuffer.append(specifiedLogClassName);
messageBuffer.append("' cannot be found or is not useable."); // Mistyping or misspelling names is a common fault.
// Construct a good error message, if we can
informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_LOG4J_LOGGER);
informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_JDK14_LOGGER);
informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_LUMBERJACK_LOGGER);
informUponSimilarName(messageBuffer, specifiedLogClassName, LOGGING_IMPL_SIMPLE_LOGGER);
throw new LogConfigurationException(messageBuffer.toString());
} return result;
} if (isDiagnosticsEnabled()) {
logDiagnostic(
"No user-specified Log implementation; performing discovery" +
" using the standard supported logging implementations...");
}
for(int i=0; i<classesToDiscover.length && result == null; ++i) {
result = createLogFromClass(classesToDiscover[i], logCategory, true);//创建实例
} if (result == null) {
throw new LogConfigurationException
("No suitable Log implementation");
} return result;
}

从 classesToDiscover 数组中可以看到，数组存放具体的日志框架的类名,通过循环数组依次去匹配这些类名是否在项目中被依赖了，如果找到依赖则直接使用，有先后顺序，log4j>jul。

LogFactoryImpl：
private static final String LOGGING_IMPL_LOG4J_LOGGER = "org.apache.commons.logging.impl.Log4JLogger";
private static final String[] classesToDiscover = {
LOGGING_IMPL_LOG4J_LOGGER,
"org.apache.commons.logging.impl.Jdk14Logger",
"org.apache.commons.logging.impl.Jdk13LumberjackLogger",
"org.apache.commons.logging.impl.SimpleLog"
};

下面使用commons-logging.jar和 log4j ：下面的运行结果验证了上面的源码

pom.xml：
<dependency>
<groupId>log4j</groupId>
<artifactId>log4j</artifactId>
<version>1.2.12</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>commons-logging</groupId>
<artifactId>commons-logging</artifactId>
<version>1.2</version>
</dependency>

2.spring-jcl.jar：Spring Framework 5.x

pom.xml
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>5.2.6.RELEASE</version>
</dependency>
或
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-jcl</artifactId>
<version>5.2.6.RELEASE</version>
</dependency>

从下图可以看出，spring-jcl 默认还是使用 jul：

接下来还是从源码来进行分析查看它的运行机制：从 LogFactory.getLog("JCL")开始，从下面可以看到它是从一个适配器获取日志对象的

public static Log getLog(String name) {
return LogAdapter.createLog(name);

从下面代码可以看出，LogAdapter 在初始化时，会执行一个 static 的代码块，设置 logApi 的值，依次用 log4j2，slf4j-LAL（可以将 log4j 桥接到 slf4j），slf4j 去反射判断是否存在对应依赖，如果有则设置 logApi 为对应值，否则默认为 jul，然后在 createLog 时，switch-case 根据 logApi 去获取 log 对象，默认是 jul 来实现。

LogAdapter: private static final String LOG4J_SPI = "org.apache.logging.log4j.spi.ExtendedLogger"; private static final String LOG4J_SLF4J_PROVIDER = "org.apache.logging.slf4j.SLF4JProvider"; private static final String SLF4J_SPI = "org.slf4j.spi.LocationAwareLogger"; private static final String SLF4J_API = "org.slf4j.Logger"; private static final LogApi logApi; static {
if (isPresent(LOG4J_SPI)) {
if (isPresent(LOG4J_SLF4J_PROVIDER) && isPresent(SLF4J_SPI)) {
// log4j-to-slf4j bridge -> we'll rather go with the SLF4J SPI;
// however, we still prefer Log4j over the plain SLF4J API since
// the latter does not have location awareness support.
logApi = LogApi.SLF4J_LAL;
}
else {
// Use Log4j 2.x directly, including location awareness support
logApi = LogApi.LOG4J;//log4j2
}
}
else if (isPresent(SLF4J_SPI)) {
// Full SLF4J SPI including location awareness support
logApi = LogApi.SLF4J_LAL;
}
else if (isPresent(SLF4J_API)) {
// Minimal SLF4J API without location awareness support
logApi = LogApi.SLF4J;
}
else {
// java.util.logging as default
logApi = LogApi.JUL;
}
}
//加载类：加载到指定的类返回true，否则返回false（加载不到指定类会抛出异常）
private static boolean isPresent(String className) {
try {
Class.forName(className, false, LogAdapter.class.getClassLoader());
return true;
}
catch (ClassNotFoundException ex) {
return false;
}
}
public static Log createLog(String name) {
switch (logApi) {
case LOG4J://log4j2
return Log4jAdapter.createLog(name);
case SLF4J_LAL:
return Slf4jAdapter.createLocationAwareLog(name);
case SLF4J:
return Slf4jAdapter.createLog(name);
default:
// Defensively use lazy-initializing adapter class here as well since the
// java.logging module is not present by default on JDK 9. We are requiring
// its presence if neither Log4j nor SLF4J is available; however, in the
// case of Log4j or SLF4J, we are trying to prevent early initialization
// of the JavaUtilLog adapter - e.g. by a JVM in debug mode - when eagerly
// trying to parse the bytecode for all the cases of this switch clause.
return JavaUtilAdapter.createLog(name);
}
}

总结：

commons-logging.jar（Spring Framework 4.x ）封装了一个静态数组（支持 jul 和log4j），然后依次循环遍历反射对应的依赖，如果对应依赖存在则返回对应实现，默认为 jul，其中 log4j>jul；

spring-jcl.jar（Spring Framework 5.x）修改了commons-logging.jar，通过适配器获取日志对象，支持 jul 和 log4j2（不支持 log4j，如果项目需要 log4j，需要 slf4j 配合使用），还拓展支持 slf4j，有着更好的扩展性和兼容性；

如下案例：

<dependency>
<groupId>log4j</groupId>
<artifactId>log4j</artifactId>
<version>1.2.12</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>5.2.6.RELEASE</version>
</dependency>

log4j.properties：log4j.rootLogger = Console,stdout
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n
log4j.appender.CONSOLE=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.CONSOLE.layout=org.apache.log4j.PatternLayout

@Configuration
@ComponentScan("com.hrh.log")
public class Config {
}public class Test {
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(Config.class);
context.start();
}
}

当上面的依赖变为 Spring Framework 4.x 时是可以打印日志：

Spring Framework 5.x 下log4j 配合 slf4j 使用输出日志，上面的pom依赖修改为：

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>5.2.6.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-api</artifactId>
<version>1.7.21</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
<version>1.7.21</version>
</dependency>

5.logback

log4j 的进化版，logback 除了具备 log4j 的所有优点之外，还解决了 log4j 不能使用占位符的问题。

logback-classic依赖和logback.xml配置文件

pom.xml
<dependency>
<groupId>ch.qos.logback</groupId>
<artifactId>logback-classic</artifactId>
<version>1.1.7</version>
</dependency>

logback.xml<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<configuration>
<appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
<layout class="ch.qos.logback.classic.PatternLayout">
<Pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n</Pattern>
</layout>
</appender>
<logger name="com.hrh.log" level="TRACE"/>
<root level="debug">
<appender-ref ref="STDOUT" />
</root>
</configuration>

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
public class LogBack { public static void main(String[] args) {
Logger logger = LoggerFactory.getLogger("logBack");
logger.trace("Trace Level.");
logger.debug("Debug Level.");
logger.info("Info Level.");
logger.warn("Warn Level.");
logger.error("Error Level.");
logger.info("{},it's OK.","Hi");//使用{}做占位符
}
}

6.slf4j

为了方便原先直接使用日志库（日志的核心功能实现： jul、log4j、log4j2、logback等）输出日志的形式转换为日志门面（slf4j、jcl）输出的形式提供的适配器。

前面的 jul、log4j、log4j2、logback 是实现日志的日志库，简单日志可以使用 jul，复杂日志实现可以使用 logback 或 log4j2。很多时候我们的项目是从简单到复杂一代代迭代过来的，日志实现也是从简单到复杂，开始我们使用jul，后面系统复杂了我们需要使用 log4j2 日志框架，这时候我们如何将原来的日志输出在新的日志架构下实现呢？

一个死板的方法是对代码一行行进行修改，把之前用 jul 的日志代码全部修改成 log4j2 的日志接口。但是这种方式不仅效率低下，而且做的工作都是重复性的工作，实际工作中不采用该方式。

这时候我们就需要一个叫做 slf4j（Simple Logging Facade for Java，即Java简单日志记录接口集，也可以叫日志门面）的东西了，它是一个日志的接口规范，它对用户提供了统一的日志接口（使用Facade门面设计模式），屏蔽了底层不同日志组件的差异和实现细节，使用者无需关注底层实现的具体日志库。

slf4j本身不记录日志，通过绑定器绑定一个具体的日志框架来完成日志记录。即slf4j 允许最终用户在部署时插入所需的日志框架，如果在项目中使用 slf4j 必须加一个依赖jar，即 slf4j-api-xxx.jar。而当我们需要更换日志组件的时候，我们只需要更换一个具体的日志组件 jar 包就可以了。

比如说我们现在有个 app，通过 slf4j 打印日志，slf4j 需要通过一个绑定器（slf4j-jdk14-1.8.0-beta2）来绑定到我们的 jul 来输出日志。如果这时候需要在 app 中集成 spring4（spring4是利用jcl来打印日志的），这时候呢，考虑到系统的日志统一，可以使用桥接器（jcl-over-slf4j）将 jcl 桥接到 slf4j 来，然后通过 binding 到 jul 来输出日志，保证系统日志风格统一。

下面是绑定类型（日志门面适配器）介绍：

绑定类型	说明
slf4j-log4j12-xxx.jar	绑定log4j，依赖log4j-xxx.jar，输出log4j日志
slf4j-jdk14-xxx.jar	绑定jul，输出jul日志
slf4j-jcl-xxx.jar	绑定jcl，默认输出jul日志，有log4j则输出log4j
logback-classic-xxx.jar	绑定logback，依赖logback-core-xxx.jar，输出logback日志

下面是桥接类型（日志库适配器）介绍：

比如左上角的第一个是将 jcl（或log4j、jul）桥接到 slf4j，最后统一输出为 logback 日志；

所以综上所述：

绑定器绑定最后输出的日志类型；

桥接器就是将指定日志类型桥接到 slf4j，最后统一输出绑定器绑定的日志类型，可以解释为指定日志类型输出的日志转换为绑定器绑定的日志类型；

应用宜采用日志桥接、适配（绑定）机制，将 jul、log4j、jcl 等日志框架桥接到 slf4j，适配性能更高的 log4j2 日志输出框架打印；

小贴士：对于日志量大的勿输出到控制台（Console）；

下面是几个简单案例实现：

1）slf4j+jul

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;public class Slf4jJULLog {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Slf4jJULLog.class);
logger.trace("Trace Level.");
logger.info("Info Level.");
logger.warn("Warn Level.");
logger.error("Error Level.");
}
}

2）slf4j+log4j

pom.xml <dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-api</artifactId>
<version>1.7.21</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
<version>1.7.21</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>log4j</groupId>
<artifactId>log4j</artifactId>
<version>1.2.17</version>
</dependency>

log4j.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration status="WARN">
<Appenders>
<Console name="Console" target="SYSTEM_OUT">
<PatternLayout pattern="%d{HH:mm:ss.SSS} [%t] %-5level %logger{36} - %msg%n" />
</Console>
</Appenders> <Loggers>
<Root level="info">
<AppenderRef ref="Console" />
</Root>
</Loggers>
</Configuration>

public class Slf4jLog4JLog {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Slf4jLog4JLog.class);
logger.trace("Trace Level.");
logger.info("Info Level.");
logger.warn("Warn Level.");
logger.error("Error Level.");
}
}

注意：当我们使用slf4j跟其他日志实现来搭建日志系统时，可能会存在一些循环引用导致栈溢出的问题。

如下案例：

pom.xml
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-api</artifactId>
<version>1.7.21</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
<version>1.7.21</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.slf4j</groupId>
<artifactId>log4j-over-slf4j</artifactId>
<version>1.7.25</version>
</dependency>

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;public class Slf4jLog4JLog {
public static void main(String[] args) {
Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Slf4jLog4JLog.class);
logger.trace("Trace Level.");
logger.info("Info Level.");
logger.warn("Warn Level.");
logger.error("Error Level.");
}
}

上面就是一个由于循环引用导致栈溢出的错误，这时因为绑定器绑定 log4j 时在 log4j 又经过桥接器接到 slf4j，然后又经过绑定器，依次循环，最后栈溢出。

这个问题在实际场景中较常见，比如我们一个 app 使用 slf4j 绑定器绑定到 log4j，最后通过 log4j 输出日志，这时有个 jar 包 X1，使用 slf4j 绑定输出到 jul，然后 X2需要集成 X2，X2 使用 log4j 输出日志，X1 在集成 X2时，使用桥接器（log4j-over-slf4j），保证 X1 的日志最后都是通过 jul 输出的。这时候app 集成 X1 便会出现 log4j 的桥接器和绑定器共存的情况，便会出现上面栈溢出的错误，这时候我们就需要修改我们的 app 了。