SpringBoot 如何快速过滤出一次请求的所有日志？

 

SLF4J日志框架提供了一个MDC(Mapped Diagnostic Contexts)工具类，谷歌翻译为映射的诊断上下文。

public class Main {

    private static final String KEY = "requestId";
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Main.class);
    
    public static void main(String[] args) {

        // 入口传入请求ID
        MDC.put(KEY, UUID.randomUUID().toString());
        
        // 打印日志
        logger.debug("log in main thread 1");
        logger.debug("log in main thread 2");
        logger.debug("log in main thread 3");

        // 出口移除请求ID
        MDC.remove(KEY);

    }

}

 

我们在main函数的入口调用MDC.put()方法传入请求ID，在出口调用MDC.remove()方法移除请求ID。配置好log4j2.xml文件后，运行main函数，可以在控制台看到以下日志输出：

2018-02-17 13:19:52.606 {requestId=f97ea0fb-2a43-40f4-a3e8-711f776857d0} [main] DEBUG cn.wudashan.Main - log in main thread 1
2018-02-17 13:19:52.609 {requestId=f97ea0fb-2a43-40f4-a3e8-711f776857d0} [main] DEBUG cn.wudashan.Main - log in main thread 2
2018-02-17 13:19:52.609 {requestId=f97ea0fb-2a43-40f4-a3e8-711f776857d0} [main] DEBUG cn.wudashan.Main - log in main thread 3

从日志中可以明显地看到花括号中包含了（映射的）请求ID(requestId)，这其实就是我们定位（诊断）问题的关键字（上下文）。有了MDC工具，只要在接口或切面植入put()和remove()代码，在现网定位问题时，我们就可以通过grep requestId=xxx *.log快速的过滤出某次请求的所有日志。

然而，MDC工具真的有我们所想的这么方便吗？回到我们开头，一次请求可能涉及多线程异步处理，那么在多线程异步的场景下，它是否还能正常运作呢？Talk is cheap, show me the code。

public class Main {

    private static final String KEY = "requestId";
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Main.class);

    public static void main(String[] args) {

        // 入口传入请求ID
        MDC.put(KEY, UUID.randomUUID().toString());

        // 主线程打印日志
        logger.debug("log in main thread");

        // 异步线程打印日志
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                logger.debug("log in other thread");
            }
        }).start();

        // 出口移除请求ID
        MDC.remove(KEY);

    }

}

 

代码里我们新起了一个异步线程，并在匿名对象Runnable的run()方法打印日志。运行main函数，可以在控制台看到以下日志输出：

2018-02-17 14:05:43.487 {requestId=e6099c85-72be-4986-8a28-de6bb2e52b01} [main] DEBUG cn.wudashan.Main - log in main thread
2018-02-17 14:05:43.490 {} [Thread-1] DEBUG cn.wudashan.Main - log in other thread 

不幸的是，请求ID在异步线程里不打印了。这是怎么回事呢？要解决这个问题，我们就得知道MDC的实现原理。

由于篇幅有限，这里就暂不详细介绍，MDC之所以在异步线程中不生效是因为底层采用ThreadLocal作为数据结构，我们调用MDC.put()方法传入的请求ID只在当前线程有效。感兴趣的小伙伴可以自己深入一下代码细节。

知道了原理那么解决这个问题就轻而易举了，我们可以使用装饰器模式，新写一个MDCRunnable类对Runnable接口进行一层装饰。在创建MDCRunnable类时保存当前线程的MDC值，在执行run()方法时再将保存的MDC值拷贝到异步线程中去。

代码实现如下：

public class MDCRunnable implements Runnable {

    private final Runnable runnable;

    private final Map<String, String> map;

    public MDCRunnable(Runnable runnable) {
        this.runnable = runnable;
        // 保存当前线程的MDC值
        this.map = MDC.getCopyOfContextMap();
    }

    @Override
    public void run() {
        // 传入已保存的MDC值
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            MDC.put(entry.getKey(), entry.getValue());
        }
        // 装饰器模式，执行run方法
        runnable.run();
        // 移除已保存的MDC值
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            MDC.remove(entry.getKey());
        }
    }
} 

 

import org.slf4j.MDC;

import java.util.Collections;
import java.util.Map;
import java.util.UUID;

/**
 * MDC工具类，屏蔽异常和空指针
 */
public class MDCUtil {

    private static final String REQUEST_ID = "requestId";

    public static Map<String, String> getCopyOfContextMap() {
        Map<String, String> result;
        try {
            result = MDC.getCopyOfContextMap();
        } catch (RuntimeException ignored) {
            result = Collections.emptyMap();
        }
        if (result == null) {
            result = Collections.emptyMap();
        }
        return result;
    }

    public static void put(String key, String value) {
        try {
            MDC.put(key, value);
        } catch (RuntimeException ignored) {}
    }

    public static void remove(String key) {
        try {
            MDC.remove(key);
        } catch (RuntimeException ignored) {}
    }

    public static void putRequestId() {
        try {
            MDC.put(REQUEST_ID, UUID.randomUUID().toString());
        } catch (RuntimeException ignored) {}
    }

    public static void removeRequestId() {
        try {
            MDC.remove(REQUEST_ID);
        } catch (RuntimeException ignored) {}
    }

}

 

接着，我们需要对main函数里创建的Runnable实现类进行装饰：

public class Main {

    private static final String KEY = "requestId";
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Main.class);
    private static final ExecutorService EXECUTOR = Executors.newSingleThreadExecutor();

    public static void main(String[] args) {

        // 入口传入请求ID
        MDC.put(KEY, UUID.randomUUID().toString());

        // 主线程打印日志
        logger.debug("log in main thread");

        // 异步线程打印日志，用MDCRunnable装饰Runnable
        new Thread(new MDCRunnable(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                logger.debug("log in other thread");
            }
        })).start();

        // 异步线程池打印日志，用MDCRunnable装饰Runnable
        EXECUTOR.execute(new MDCRunnable(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                logger.debug("log in other thread pool");
            }
        }));
        EXECUTOR.shutdown();

        // 出口移除请求ID
        MDC.remove(KEY);
    }
}

 

执行main函数，将会输出以下日志：

2018-03-04 23:44:05.343 {requestId=5ee2a117-e090-41d8-977b-cef5dea09d34} [main] DEBUG cn.wudashan.Main - log in main thread
2018-03-04 23:44:05.346 {requestId=5ee2a117-e090-41d8-977b-cef5dea09d34} [Thread-1] DEBUG cn.wudashan.Main - log in other thread
2018-03-04 23:44:05.347 {requestId=5ee2a117-e090-41d8-977b-cef5dea09d34} [pool-2-thread-1] DEBUG cn.wudashan.Main - log in other thread pool 

Congratulations！经过我们的努力，最终在异步线程和线程池中都有requestId打印了！

总结

本文讲述了如何使用MDC工具来快速过滤一次请求的所有日志，并通过装饰器模式使得MDC工具在异步线程里也能生效。有了MDC，再通过AOP技术对所有的切面植入requestId，就可以将整个系统的任意流程的日志过滤出来。

使用MDC工具，在开发自测阶段，可以极大地节省定位问题的时间，提升开发效率；在运维维护阶段，可以快速地收集相关日志信息，加快分析速度。