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日志框架log4j

写在开篇

本文主要介绍了log4j、xml方式的配置以及插件的使用。

sl4j与log4j

关系

slf4j不是具体的日志解决方案，而是一种适配器的实现方式，为我们提供一个一致的API，开发者只需要关注slf4j的api接口，而不用关心具体日志是由log4j、log4j2还是logback等日志框架实现的。
log4j1

适配过程

上面讲到sl4j是适配层，那么它是怎么适配到日志框架的呢？我们一起通过源码来看一下。

package com.demo.log;
 
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
 
public class LogDemo {
    // 调用slf4j的api，首先我们需要获它的logger
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(LogDemo.class);
 
    public static void main(String[] args) {
        LOGGER.info("log4j2");
    }
}

LoggerFactory类中获取logger的方法。

public static Logger getLogger(Class<?> clazz) {
    Logger logger = getLogger(clazz.getName());
    // ...
    return logger;
}

public static Logger getLogger(String name) {
    ILoggerFactory iLoggerFactory = getILoggerFactory();
    return iLoggerFactory.getLogger(name);
}
 
// 获取ILoggerFactory
public static ILoggerFactory getILoggerFactory() {
    // 双重校验锁创建单例的LoggerFactory
    if (INITIALIZATION_STATE == UNINITIALIZED) {
        Class var0 = LoggerFactory.class;
        synchronized(LoggerFactory.class) {
            if (INITIALIZATION_STATE == UNINITIALIZED) {
                INITIALIZATION_STATE = ONGOING_INITIALIZATION;
                // 初始化ILoggerFactory的核心方法
                performInitialization();
            }
        }
    }

    switch (INITIALIZATION_STATE) {
        case ONGOING_INITIALIZATION:
            return SUBST_FACTORY;
        case FAILED_INITIALIZATION:
            throw new IllegalStateException("org.slf4j.LoggerFactory in failed state.");
        case SUCCESSFUL_INITIALIZATION:
            return StaticLoggerBinder.getSingleton().getLoggerFactory();
        case NOP_FALLBACK_INITIALIZATION:
            return NOP_FALLBACK_FACTORY;
        default:
            throw new IllegalStateException("Unreachable code");
    }
}

初始化ILoggerFactory。

private static final void performInitialization() {
    bind();
    if (INITIALIZATION_STATE == SUCCESSFUL_INITIALIZATION) {
        versionSanityCheck();
    }
}

private static final void bind() {
    String msg;
    try {
        Set<URL> staticLoggerBinderPathSet = null;
        if (!isAndroid()) {
            // 找出绑定的日志的path，即StaticLoggerBinder.class文件
            staticLoggerBinderPathSet = findPossibleStaticLoggerBinderPathSet();
            // 我们只需要一个实现的日志框架，如果有多个要上报
            reportMultipleBindingAmbiguity(staticLoggerBinderPathSet);
        }
		
        // 实例化StaticLoggerBinder
        StaticLoggerBinder.getSingleton();
        INITIALIZATION_STATE = SUCCESSFUL_INITIALIZATION;
        reportActualBinding(staticLoggerBinderPathSet);
        fixSubstituteLoggers();
        replayEvents();
        SUBST_FACTORY.clear();
    } catch (NoClassDefFoundError var2) {
        // ...
    } catch (Exception var4) {
        // ...
    }
}

// 找到所有的StaticLoggerBinder
static Set<URL> findPossibleStaticLoggerBinderPathSet() {
    Set<URL> staticLoggerBinderPathSet = new LinkedHashSet();

    try {
        // 获取LoggerFactory，即slf4j-api的类加载器
        ClassLoader loggerFactoryClassLoader = LoggerFactory.class.getClassLoader();
        Enumeration paths;
        if (loggerFactoryClassLoader == null) {
            // 说明是由Bootstrap Classloader加载的，则转为App Classloader去加载
            paths = ClassLoader.getSystemResources(STATIC_LOGGER_BINDER_PATH);
        } else {
            // 用slf4j的Classloader去加载
            paths = loggerFactoryClassLoader.getResources(STATIC_LOGGER_BINDER_PATH);
        }

        while(paths.hasMoreElements()) {
            URL path = (URL)paths.nextElement();
            staticLoggerBinderPathSet.add(path);
        }
    } catch (IOException var4) {
        Util.report("Error getting resources from path", var4);
    }

    return staticLoggerBinderPathSet;
}

看到这我们已经可以知道，各个日志框架是通过实现org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder来对sl4j进行适配的。下图是log4j2实现的StaticLoggerBinder。

log4j2

从类加载器的用法可以看出org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder.class要和slf4j-api.jar包在同一个类加载器中，一般来说即要求放在同一路径下比较稳妥。

我们来浅窥下log4j2中对于StaticLoggerBinder的具体实现。

package org.slf4j.impl;

import org.apache.logging.slf4j.Log4jLoggerFactory;
import org.slf4j.ILoggerFactory;
import org.slf4j.spi.LoggerFactoryBinder;

public final class StaticLoggerBinder implements LoggerFactoryBinder {
    public static String REQUESTED_API_VERSION = "1.6";
    private static final String LOGGER_FACTORY_CLASS_STR = Log4jLoggerFactory.class.getName();
    private static final StaticLoggerBinder SINGLETON = new StaticLoggerBinder();
    private final ILoggerFactory loggerFactory = new Log4jLoggerFactory();

    private StaticLoggerBinder() {
    }

    public static StaticLoggerBinder getSingleton() {
        return SINGLETON;
    }

    public ILoggerFactory getLoggerFactory() {
        return this.loggerFactory;
    }

    public String getLoggerFactoryClassStr() {
        return LOGGER_FACTORY_CLASS_STR;
    }
}

我们只需要关心，log4j2是通过Log4jLoggerFactory继承了ILoggerFactory、以及Log4jLogger继承了Logger，来实现适配到slf4j的即可。

log4j2配置

关于日志我们一开始不免会关心两个问题：
1、开发时日志是怎么输出到控制台，生产环境的日志是怎么输出的磁盘文件中的？
2、日志输出的格式为什么是这样的？

那我们就需要介绍下log4j2的配置了。

log4j2.xml

log4j2支持xml、json、yaml、properties四种配置方式，不过本文将通过大家常用的xml方式来介绍。

我们通过这个简单的xml配置来介绍。

<Configuration name="ConfigTest" status="ERROR" monitorInterval="5">
    <Appenders>
        <SystemPropertyArbiter propertyName="env" propertyValue="dev">
            <Console name="Out">
                <PatternLayout pattern="%m%n"/>
            </Console>
        </SystemPropertyArbiter>
        <SystemPropertyArbiter propertyName="env" propertyValue="prod">
            <List name="Out">
            </List>
        </SystemPropertyArbiter>
    </Appenders>
    
    <Loggers>
        <Logger name="org.apache.test" level="trace" additivity="false">
            <AppenderRef ref="Out"/>
        </Logger>
        <Root level="error">
            <AppenderRef ref="Out"/>
        </Root>
    </Loggers>
</Configuration>

可以看到，同体上来说，主要Configuration构成分为两个部分。

Appender

通过appender指定一个日志的输出方式，目前支持的Appender主要有Console、File、RollingFile、Async、Routing等

  • Console
    • 将日志打印到控制台
    • name 指定Appender的名字
    • target SYSTEM_OUT或SYSTEM_ERR
    • PatternLayout pattern指定输出格式，不设置默认为:%m%n
  • File
    • 将日志打印到文件
    • name 指定Appender的名字
    • filename 指定输出日志的目的文件带全路径的文件名
    • PatternLayout pattern指定输出格式，不设置默认为:%m%n
  • RollingFile
    • 将日志打印到文件，文件可以滚动保存
    • name 指定Appender的名字
    • filename 指定输出日志的目的文件带全路径的文件名
    • filepattern 指定新建日志文件的名称格式
    • filePermissions 指定日志文件权限
    • PatternLayout pattern指定输出格式，不设置默认为:%m%n
    • Policies 指定滚动日志的策略（支持基于时间、指定文件大小等滚动策略）
  • Routing
    • 指定日志路由，可以指定规则与Appender进行绑定
    • name 指定Appender的名字
    • pattern 根据所有注册的Lookups进行评估并将结果用于选择路由

Logger

指定logger与appeder进行关联，将logger中的日志输出到appender，由appender实现日志的控制台输出或者文件记录。

  • Root
    • 用来指定项目的根日志
    • level 日志输出级别
    • AppenderRef 用来指定该日志输出到哪个Appender
  • Logger
    • 自定义的子日志
    • level 日志输出级别
    • name 用来指定该Logger所适用的类或者类所在的包全路径,继承自Root节点
    • additivity 日志是否在父Logger中输出，如果为false，只在自定义的Appender中进行输出
    • AppenderRef 用来指定该日志输出到哪个Appender,如果没有指定，就会默认继承自Root

log4j2插件

在我们的自定义插件上需要使用@Plugin表明此时一个log4j2的插件，定义插件的名称和属性。

@Plugin(name = "MyAppender", category = "Core", elementType = "layout", printObject = true)

log4j为我们提供了Core、Converters、KeyProviders、Lookups、TypeConverters、Developer Notes等几种插件方式，我们下面将选取几个有代表性的为大家详细说明。

Core

Core插件是指那些由配置文件中的元素直接表示的插件，例如Appender、Layout、Logger或Filter。

在介绍core插件之前，先需要了解以下三个注解。

  • @PluginFactory用于提供所有选项作为方法参数的静态工厂方法，即可以将xml中配置属性传递进方法中
  • @PluginAttribute 插件的属性
  • @PluginElement 插件的子元素

自定义appender插件

支持自定义appender：即指定日志输出目的地。

1、需要用@PluginFactory声明createAppender方法，创建一个Appender，
2、继承AbstractAppender，实现append方法，处理日志

在使用场景上，可以应用至将分布式服务的单机上日志输出到统一的机器上。

@Log4j2
@Plugin(name = "TestLogAppender", category = Node.CATEGORY, elementType = Appender.ELEMENT_TYPE, printObject = true)
public class TestLogAppender extends AbstractAppender {

    public TestLogAppender(String name, Filter filter, Layout<? extends Serializable> layout, boolean ignoreExceptions) {
        super(name, filter, layout, ignoreExceptions);
    }

    @Override
    public void append(LogEvent logEvent) {
        if (logEvent == null) {
            return;
        }
        final byte[] bytes = getLayout().toByteArray(logEvent);
        String log = new String(bytes);
        rpcService.doLog(log);
    }

    // 下面这个方法可以接收配置文件中的参数信息
    @PluginFactory
    public static TestLogAppender createAppender(
            @PluginAttribute("name") String name,
            @PluginElement("Filter") final Filter filter,
            @PluginElement("Layout") Layout<? extends Serializable> layout,
            @PluginAttribute("ignoreExceptions") boolean ignoreExceptions) {
        if (StringUtils.isBlank(name)) {
            log.error("No name provided for TestLogAppender");
            return null;
        }
        if (layout == null) {
            layout = PatternLayout.createDefaultLayout();
        }
        return new TestLogAppender(name, filter, layout, ignoreExceptions);
    }
}


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<Configuration status="WARN" monitorInterval="3600">
    <Appenders>
        <!-- 控制台输出 -->
        <Console name="console" target="SYSTEM_OUT">
            <ThresholdFilter level="debug" onMatch="ACCEPT" onMismatch="DENY"/>
            <!-- 输出日志的格式 -->
            <PatternLayout pattern="%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread]] %-5level %logger{36} %F:%L - %msg %ex%n"/>
        </Console>>

        <TestLogAppender name="testLogAppender" append="true" >
            <ThresholdFilter level="info" onMatch="ACCEPT" onMismatch="DENY"/>
            <PatternLayout pattern="%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS}[%-5level]%m[%C.%M:%L]" />
        </TestLogAppender>
    </Appenders>

    <Loggers>
        <!-- 配置日志的根节点 -->
        <root level="info">
            <appender-ref ref="console"/>
            <appender-ref ref="testLogAppender" />
        </root>
    </Loggers>
</Configuration>

自定义layout插件

支持自定义layout：即负责对输出日志格式化。

1、需要用@PluginFactory声明createAppender方法，创建一个Appender
2、继承AbstractAppender，实现toSerializable方法，处理日志

在使用场景上，可以替换日志中的敏感信息。

@Plugin(name = "Log4jEncodeLayout", category = Node.CATEGORY, elementType = Layout.ELEMENT_TYPE, printObject = true)
public class Log4jEncodeLayout extends AbstractStringLayout {

    /**
     * 手机号正则匹配式
     */
    private final static Pattern PHONE_PATTERN = Pattern.compile("(?<![0-9a-zA-Z])1[345789]\d{9}(?![0-9a-zA-Z])");
    
    private PatternLayout patternLayout;

    protected Log4jEncodeLayout(Charset charset, String pattern) {
        //调用父类设置基本参数
        super(charset);
        //PatternLayout 是原本的输出对象，用来获取到原本要输出的日志字符串
        patternLayout = PatternLayout.newBuilder().withPattern(pattern).build();
    }

    @Override
    public String toSerializable(LogEvent event) {
        // 调用原本的 toSerializable 方法，获取到原本要输出的日志
        String message = patternLayout.toSerializable(event);
        // 在原本输出的字符串上做正则匹配过滤
        Matcher match = PHONE_PATTERN.matcher(message);

        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        while (match.find()) {
            match.appendReplacement(sb, "***");
        }
        match.appendTail(sb);// 增加

        // 将脱敏后的日志输出
        return sb.toString();
    }

    //定义插件传入的参数
    @PluginFactory
    public static Layout createLayout(
            @PluginAttribute(value = "pattern") final String pattern,
            @PluginAttribute(value = "charset") final Charset charset) {
        return new Log4jEncodeLayout(charset, pattern);
    }
}


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration status="INFO" name="XMLConfigTest" packages="org.apache.logging.log4j.test,com.zyx.demo">
    <Properties>
        <Property name="PATTERN">
            %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS} [%p] [c=%c{1}] [%thread] %m%n
        </Property>
        <property name="MODULE_NAME">log4j2-demo</property>
        <property name="LOG_HOME">/data</property>
    </Properties>

    <Appenders>
        <Console name="STDOUT">
            <!--<PatternLayout>-->
            <!--    <pattern>${PATTERN}</pattern>-->
            <!--</PatternLayout>-->
            <!--将原先的日志输出替换为自定义的日志输出appender插件-->
            <Log4jEncodeLayout pattern="${PATTERN}" charset="UTF-8"/>
        </Console>
        <RollingFile name="ROLLINGFILE" fileName="${LOG_HOME}/${MODULE_NAME}.log"
                     filePattern="${LOG_HOME}/log/${MODULE_NAME}-%d{yyyy-MM-dd}-%i.log.gz">
            <!--<PatternLayout-->
                    <!--pattern="[${MODULE_NAME}] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS} [%p] [c=%c{1}] [%thread] %m%n"/>-->
            <!--将原先的日志输出替换为自定义的日志输出appender插件-->
            <Log4jEncodeLayout pattern="[${MODULE_NAME}] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS} [%p] [c=%c{1}] [%thread] %m%n" charset="UTF-8"/>
            <Policies>
                <TimeBasedTriggeringPolicy modulate="true"
                                           interval="1" />
                <SizeBasedTriggeringPolicy size="100MB"/>
                <CronTriggeringPolicy schedule="0 0 * * * ?"/> 
            </Policies>
            <DefaultRolloverStrategy max="100">
                <Delete basePath="${LOG_HOME}" maxDepth="3">
                    <IfFileName glob="*/${MODULE_NAME}-*.log.gz"/>
                    <IfLastModified age="30d"/>
                </Delete>
            </DefaultRolloverStrategy>
        </RollingFile>
    </Appenders>

    <Loggers>
        <Root level="INFO">
            <AppenderRef ref="STDOUT"/>
            <AppenderRef ref="ROLLINGFILE"/>
        </Root>
    </Loggers>
</Configuration>

Lookups

Lookups自定义插件支持对属性的key进行查找功能。而且自定义操作过程也很简单，只需要实现StrLookup，实现lookup方法。

在下面这个不同线程打印日志例子中我们看到Lookups的简单应用。

@Plugin(name = "threadName", category = StrLookup.CATEGORY)
public class ThreadName implements StrLookup {
	// 插件的功能即根据key值获取相应结果，这里我们直接返回线程名字
    @Override
    public String lookup(String key) {
        return Thread.currentThread().getName();
    }

    @Override
    public String lookup(LogEvent event, String key) {
        return event.getThreadName() == null ? Thread.currentThread().getName()
                : event.getThreadName();
    }
}


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Configuration name="log-demo-config" status="error" monitorInterval="10">
    <Appenders>
        <!--  默认保留Console,用于控制台日志输出 -->
        <Console name="Console" target="SYSTEM_OUT">
            <PatternLayout pattern="[%d{yyyy-MM-dd;HH:mm:ss.SSS Z}] [%-5p] [%t] [%c] %m%n"></PatternLayout>
        </Console>
        <Routing name="Routing">
            <Routes pattern="$${threadName:threadName}">
                <Route>
                    <RollingFile name="RollingFile-${threadName:threadName}"
                                 fileName="export\log\thread-${threadName:threadName}.log"
                                 filePattern="export\log\thread-${threadName:threadName}-%i.log">
                        <PatternLayout pattern="[%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS Z}] [%-5p] [%t] [%c %L] %m%n"/>
                        <Policies>
                            <SizeBasedTriggeringPolicy size="10 MB" />
                        </Policies>
                        <DefaultRolloverStrategy max="10"/>
                    </RollingFile>
                </Route>
            </Routes>
        </Routing>
    </Appenders>
    <Loggers>
        <Logger name="com.demo.log" level="INFO" additivity="false">
            <AppenderRef ref="Routing"></AppenderRef>
        </Logger>
    </Loggers>
</Configuration>

巨人的肩膀：
https://logging.apache.org/log4j/2.x/
https://blog.csdn.net/numb_zl/category_11244831.html
https://blog.csdn.net/huangjinjin520/article/details/120600251
https://blog.csdn.net/zyx1260168395/article/details/126539475


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本文作者：Mamba4Life
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