Java日志框架logback剖析

Logback和log4j非常相似，优点如下：

       1、更快的实现

       Logback的内核重写，在一些关键执行路径上性能提升10倍以上。同时，初始化内存加载也更小。

       2、非常充分的测试

       Logback经过数年的测试，这是简单重要的原因选择logback而不是log4j。

       3、Logback-classic非常自然实现了SLF4j

       因为logback-classic非常自然地实现了SLF4J，所以切换到log4j非常容易，只需要提供另一个jar包就OK，不需要去动通过SLF4JAPI实现的代码。

      4、非常充分的文档

      官方网站有两百多页的文档。

      5、自动重新加载配置文件

      当配置文件修改了，Logback-classic能自动重新加载配置文件。扫描过程快且安全，它并不需要另外创建一个扫描线程。

      6、Lilith

      Lilith是log事件的观察者，和log4j的chainsaw类似。而lilith还能处理大数量的log数据 。 

      7、谨慎的模式和非常友好的恢复

      在谨慎模式下，多个FileAppender实例跑在多个JVM下，能够安全地写到同一个日志文件。RollingFileAppender会有些限制。Logback的FileAppender和它的子类包括 RollingFileAppender能够非常友好地从I/O异常中恢复。

      8、配置文件可以处理不同的情况

      开发人员经常需要判断不同的Logback配置文件在不同的环境下（开发，测试，生产）。而这些配置文件仅仅只有一些很小的不同，可以通过,来实现，这样一个配置文件就可以适应多个环境。

      9、Filters（过滤器）

      有些时候，需要诊断一个问题，需要打出日志。在log4j，只有降低日志级别，不过这样会打出大量的日志，会影响应用性能。在Logback，你可以继续保持那个日志级别而除掉某种特殊情况，如alice这个用户登录，它的日志将打在DEBUG级别而其他用户可以继续打在WARN级别。要实现这个功能只需加4行XML配置。可以参考MDCFIlter 。

      10、SiftingAppender（一个非常多功能的Appender）

       它可以用来分割日志文件根据任何一个给定的运行参数。如，SiftingAppender能够区别日志事件跟进用户的Session，然后每个用户会有一个日志文件。

       11、自动压缩已经打出来的log

       RollingFileAppender在产生新文件的时候，会自动压缩已经打出来的日志文件。压缩是个异步过程，在压缩过程中应用不会受任何影响。 

       12、堆栈树带有包版本

       Logback在打出堆栈树日志时，会带上包的数据。

       13、自动去除旧的日志文件

       通过设置TimeBasedRollingPolicy或者SizeAndTimeBasedFNATP的maxHistory属性，你可以控制已经产生日志文件的最大数量。

总而言之，如果大家的项目里面需要选择一个日志框架，那么我个人非常建议使用logback。

logback的加载

我们简单分析一下logback加载过程，当我们使用logback-classic.jar时，应用启动，那么logback会按照如下顺序进行扫描：

• 在系统配置文件System Properties中寻找是否有logback.configurationFile对应的value
• 在classpath下寻找是否有logback.groovy（即logback支持groovy与xml两种配置方式）
• 在classpath下寻找是否有logback-test.xml
• 在classpath下寻找是否有logback.xml

以上任何一项找到了，就不进行后续扫描，按照对应的配置进行logback的初始化，具体代码实现可见ch.qos.logback.classic.util.ContextInitializer类的findURLOfDefaultConfigurationFile方法。当所有以上四项都找不到的情况下，logback会调用ch.qos.logback.classic.BasicConfigurator的configure方法，构造一个ConsoleAppender用于向控制台输出日志，默认日志输出格式为"%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n"。

logback的configuration

logback的重点应当是Appender、Logger、Pattern，在这之前先简单了解一下logback的<configuration>，<configuration>只有三个属性：

scan：当scan被设置为true时，当配置文件发生改变，将会被重新加载，默认为true
scanPeriod：检测配置文件是否有修改的时间间隔，如果没有给出时间单位，默认为毫秒，当scan=true时这个值生效，默认时间间隔为1分钟
debug：当被设置为true时，将打印出logback内部日志信息，实时查看logback运行信息，默认为false

<logger>与<root>

先从最基本的<logger>与<root>开始。

<logger>用来设置某一个包或者具体某一个类的日志打印级别、以及指定<appender>。

<logger>可以包含零个或者多个<appender-ref>元素，标识这个appender将会添加到这个logger。

<logger>仅有一个name属性、一个可选的level属性和一个可选的additivity属性：

• name：用来指定受此logger约束的某一个包或者具体的某一个类
• level：用来设置打印级别，五个常用打印级别从低至高依次为TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR，如果未设置此级别，那么当前logger会继承上级的级别
• additivity：是否向上级logger传递打印信息，默认为true

<root>也是<logger>元素，但是它是根logger，只有一个level属性，因为它的name就是ROOT，源码在LoggerContext中：

public LoggerContext() {
    super();
    this.loggerCache = new ConcurrentHashMap<String, Logger>();

    this.loggerContextRemoteView = new LoggerContextVO(this);
    this.root = new Logger(Logger.ROOT_LOGGER_NAME, null, this);
    this.root.setLevel(Level.DEBUG);
    loggerCache.put(Logger.ROOT_LOGGER_NAME, root);
    initEvaluatorMap();
    size = 1;
    this.frameworkPackages = new ArrayList<String>();
}

Logger的构造函数为：

Logger(String name, Logger parent, LoggerContext loggerContext) {
    this.name = name;
    this.parent = parent;
    this.loggerContext = loggerContext;
}

看到第一个参数就是Root的name，而这个Logger.ROOT_LOGGER_NAME的定义为final public String ROOT_LOGGER_NAME = "ROOT"，由此可以看出<root>节点的name就是"ROOT"。

接着写一段代码来测试一下：

public class Slf4jTest {

    @Test
    public void testSlf4j() {
        Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Object.class);
        logger.trace("=====trace=====");  
        logger.debug("=====debug=====");  
        logger.info("=====info=====");  
        logger.warn("=====warn=====");  
        logger.error("=====error=====");  
    }
    
}

logback.xml的配置为：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<configuration scan="false" scanPeriod="60000" debug="false">
    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <layout class="ch.qos.logback.classic.PatternLayout">
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
        </layout>
    </appender>
    
    <root level="info">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
    
</configuration>

root将打印级别设置为"info"级别，<appender>暂时不管，控制台的输出为：

2018-03-26 22:57:48.779 [main] INFO  java.lang.Object - =====info=====
2018-03-26 22:57:48.782 [main] WARN  java.lang.Object - =====warn=====
2018-03-26 22:57:48.782 [main] ERROR java.lang.Object - =====error=====

logback.xml的意思是，当Test方法运行时，root节点将日志级别大于等于info的交给已经配置好的名为"STDOUT"的<appender>进行处理，"STDOUT"将信息打印到控制台上。

接着理解一下<logger>节点的作用，logback.xml修改一下，加入一个只有name属性的<logger>：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<configuration scan="false" scanPeriod="60000" debug="false">

    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <layout class="ch.qos.logback.classic.PatternLayout">
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
        </layout>
    </appender>
     
    <logger name="java" />
      
     <root level="debug">
         <appender-ref ref="STDOUT" />
     </root>
      
</configuration>

注意这个name表示的是LoggerFactory.getLogger(XXX.class)，XXX的包路径，包路径越少越是父级，我们测试代码里面是Object.class，即name="java"是name="java.lang"的父级，root是所有<logger>的父级。看一下输出为：

2018-03-27 23:02:02.963 [main] DEBUG java.lang.Object - =====debug=====
2018-03-27 23:02:02.965 [main] INFO  java.lang.Object - =====info=====
2018-03-27 23:02:02.966 [main] WARN  java.lang.Object - =====warn=====
2018-03-27 23:02:02.966 [main] ERROR java.lang.Object - =====error=====

出现这样的结果是因为：

• <logger>中没有配置level，即继承父级的level，<logger>的父级为<root>，那么level=debug
• 没有配置additivity，那么additivity=true，表示此<logger>的打印信息向父级<root>传递
• 没有配置<appender-ref>，表示此<logger>不会打印出任何信息

由此可知，<logger>的打印信息向<root>传递，<root>使用"STDOUT"这个<appender>打印出所有大于等于debug级别的日志。举一反三，我们将<logger>的additivity配置为false，那么控制台应该不会打印出任何日志，因为<logger>的打印信息不会向父级<root>传递且<logger>没有配置任何<appender>，大家可以自己试验一下。

接着，我们再配置一个<logger>：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<configuration scan="false" scanPeriod="60000" debug="false">
 
    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <layout class="ch.qos.logback.classic.PatternLayout">
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
        </layout>
    </appender>
     
    <logger name="java" additivity="false" />
    <logger name="java.lang" level="warn">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </logger>
    
    <root level="debug">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
     
</configuration>

如果读懂了上面的例子，那么这个例子应当很好理解：

• LoggerFactory.getLogger(Object.class)，首先找到name="java.lang"这个<logger>，将日志级别大于等于warn的使用"STDOUT"这个<appender>打印出来
• name="java.lang"这个<logger>没有配置additivity，那么additivity=true，打印信息向上传递，传递给父级name="java"这个<logger>
• name="java"这个<logger>的additivity=false且不关联任何<appender>，那么name="java"这个<appender>不会打印任何信息

由此分析，得出最终的打印结果为：

2018-03-27 23:12:16.147 [main] WARN  java.lang.Object - =====warn=====
2018-03-27 23:12:16.150 [main] ERROR java.lang.Object - =====error=====

举一反三，上面的name="java"这个<appender>可以把additivity设置为true试试看是什么结果，如果对前面的分析理解的朋友应该很容易想到，有两部分日志输出，一部分是日志级别大于等于warn的、一部分是日志级别大于等于debug的。

<appender>

接着看一下<appender>，<appender>是<configuration>的子节点，是负责写日志的组件。<appender>有两个必要属性name和class：

• name指定<appender>的名称
• class指定<appender>的全限定名

<appender>有好几种，上面我们演示过的是ConsoleAppender，ConsoleAppender的作用是将日志输出到控制台，配置示例为：

 <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
     <encoder>
         <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
     </encoder>
 </appender>

其中，encoder表示对参数进行格式化。我们和上一部分的例子对比一下，发现这里是有所区别的，上面使用了<layout>定义<pattern>，这里使用了<encoder>定义<pattern>，简单说一下：

• <encoder>是0.9.19版本之后引进的，以前的版本使用<layout>，logback极力推荐的是使用<encoder>而不是<layout>
• 最常用的FileAppender和它的子类的期望是使用<encoder>而不再使用<layout>

关于<encoder>中的格式下一部分再说。接着我们看一下FileAppender，FileAppender的作用是将日志写到文件中，配置示例为：

<appender name="FILE" class="ch.qos.logback.core.FileAppender">  
    <file>D:/123.log</file>  
    <append>true</append>  
    <encoder>  
        <pattern>%-4relative [%thread] %-5level %logger{35} - %msg%n</pattern>  
    </encoder>  
</appender>

它的几个节点为：

• <file>表示写入的文件名，可以使相对目录也可以是绝对目录，如果上级目录不存在则自动创建
• <appender>如果为true表示日志被追加到文件结尾，如果是false表示清空文件
• <encoder>表示输出格式，后面说
• <prudent>如果为true表示日志会被安全地写入文件，即使其他的FileAppender也在向此文件做写入操作，效率低，默认为false

接着来看一下RollingFileAppender，RollingFileAppender的作用是滚动记录文件，先将日志记录到指定文件，当符合某个条件时再将日志记录到其他文件，RollingFileAppender配置比较灵活，因此使用得更多，示例为：

<appender name="ROLLING-FILE-1" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">   
    <rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.TimeBasedRollingPolicy">   
        <fileNamePattern>rolling-file-%d{yyyy-MM-dd}.log</fileNamePattern>   
        <maxHistory>30</maxHistory>    
    </rollingPolicy>   
    <encoder>   
        <pattern>%-4relative [%thread] %-5level %logger{35} - %msg%n</pattern>   
    </encoder>   
</appender>

这种是仅仅指定了<rollingPolicy>的写法，<rollingPolicy>的作用是当发生滚动时，定义RollingFileAppender的行为，其中上面的TimeBasedRollingPolicy是最常用的滚动策略，它根据时间指定滚动策略，既负责滚动也负责触发滚动，有以下节点：

• <fileNamePattern>，必要节点，包含文件名及"%d"转换符，"%d"可以包含一个Java.text.SimpleDateFormat指定的时间格式，如%d{yyyy-MM}，如果直接使用%d那么格式为yyyy-MM-dd。RollingFileAppender的file子节点可有可无，通过设置file可以为活动文件和归档文件指定不同的位置
• <maxHistory>，可选节点，控制保留的归档文件的最大数量，如果超出数量就删除旧文件，假设设置每个月滚动且<maxHistory>是6，则只保存最近6个月的文件

向其他还有SizeBasedTriggeringPolicy，用于按照文件大小进行滚动，可以自己查阅一下资料。

异步写日志

日志通常来说都以文件形式记录到磁盘，例如使用<RollingFileAppender>，这样的话一次写日志就会发生一次磁盘IO，这对于性能是一种损耗，因此更多的，对于每次请求必打的日志（例如请求日志，记录请求API、参数、请求时间），我们会采取异步写日志的方式而不让此次写日志发生磁盘IO，阻塞线程从而造成不必要的性能损耗。（不要小看这个点，可以网上查一下服务端性能优化的文章，只是因为将日志改为异步写，整个QPS就有了大幅的提高）。

接着我们看下如何使用logback进行异步写日志配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<configuration scan="false" scanPeriod="60000" debug="false">

    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <encoder>
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
        </encoder>
    </appender>
    
    <appender name="ROLLING-FILE-1" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">   
        <rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.TimeBasedRollingPolicy">   
              <fileNamePattern>D:/rolling-file-%d{yyyy-MM-dd}.log</fileNamePattern>   
              <maxHistory>30</maxHistory>    
        </rollingPolicy>   
        <encoder>
              <pattern>%-4relative [%thread] %-5level %lo{35} - %msg%n</pattern>   
        </encoder>   
    </appender>
    
    <!-- 异步输出 -->  
    <appender name ="ASYNC" class= "ch.qos.logback.classic.AsyncAppender">  
        <!-- 不丢失日志.默认的,如果队列的80%已满,则会丢弃TRACT、DEBUG、INFO级别的日志 -->  
        <discardingThreshold>0</discardingThreshold>  
        <!-- 更改默认的队列的深度,该值会影响性能.默认值为256 -->  
        <queueSize>256</queueSize>  
        <!-- 添加附加的appender,最多只能添加一个 -->  
        <appender-ref ref ="ROLLING-FILE-1"/>  
    </appender>
    
    <logger name="java" additivity="false" />
    <logger name="java.lang" level="DEBUG">
        <appender-ref ref="ASYNC" />
    </logger>
    
    <root level="INFO">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
    
</configuration>

即，我们引入了一个AsyncAppender，先说一下AsyncAppender的原理，再说一下几个参数：

当我们配置了AsyncAppender，系统启动时会初始化一条名为"AsyncAppender-Worker-ASYNC"的线程

当Logging Event进入AsyncAppender后，AsyncAppender会调用appender方法，appender方法中再将event填入Buffer（使用的Buffer为BlockingQueue，具体实现为ArrayBlockingQueye）前，会先判断当前Buffer的容量以及丢弃日志特性是否开启，当消费能力不如生产能力时，AsyncAppender会将超出Buffer容量的Logging Event的级别进行丢弃，作为消费速度一旦跟不上生产速度导致Buffer溢出处理的一种方式。

上面的线程的作用，就是从Buffer中取出Event，交给对应的appender进行后面的日志推送

从上面的描述我们可以看出，AsyncAppender并不处理日志，只是将日志缓冲到一个BlockingQueue里面去，并在内部创建一个工作线程从队列头部获取日志，之后将获取的日志循环记录到附加的其他appender上去，从而达到不阻塞主线程的效果。因此AsyncAppender仅仅充当的是事件转发器，必须引用另外一个appender来做事。

从上述原理，我们就能比较清晰地理解几个参数的作用了：

• discardingThreshold，假如等于20则表示，表示当还剩20%容量时，将丢弃TRACE、DEBUG、INFO级别的Event，只保留WARN与ERROR级别的Event，为了保留所有的events，可以将这个值设置为0，默认值为queueSize/5
• queueSize比较好理解，BlockingQueue的最大容量，默认为256
• includeCallerData表示是否提取调用者数据，这个值被设置为true的代价是相当昂贵的，为了提升性能，默认当event被加入BlockingQueue时，event关联的调用者数据不会被提取，只有线程名这些比较简单的数据
• appender-ref表示AsyncAppender使用哪个具体的<appender>进行日志输出

<encoder>

<encoder>节点负责两件事情：

• 把日志信息转换为字节数组
• 把字节数组写到输出流

目前PatternLayoutEncoder是唯一有用的且默认的encoder，有一个<pattern>节点，就像上面演示的，用来设置日志的输入格式，使用“%+转换符"的方式，如果要输出"%"则必须使用"\%"对"%"进行转义。

<encoder>的一些可用参数用表格表示一下：

转换符	作  用	是否避免使用
c{length} lo{length} logger{length}	输出日志的logger名称，可有一个整型参数来缩短<logger>名称，有几种情况： 1、不输入表示输出完整的<logger>名称 2、输入0表示只输出<logger>最右边点号之后的字符串 3、输入其他数字表示输出小数点最后边点号之前的字符数量	否
C{length} class{length}	输出指定记录的请求的调用者的全限定名，length同上	是
d{pattern} date{pattern}	输出时间格式，模式语法同java.text.SimpleDateFormat兼容	否
caller{depth}	输出生成日志的调用者的位置信息，整数选项表示输出信息深度	否
L	输出执行日志的请求行号	是
m msg message	输出应用程序提供的信息	否
m	输入执行日志请求的方法名	是
n	输出平台相关的分行符" "或者" "，即换行	否
p le level	输出日志级别	否
r relative	输出从程序启动到创建日志记录的时间，单位为毫秒	否
t thread	输出产生日志的线程名称	否

看到最后一列是"是否避免使用"，这是因为这些信息是无法直接拿到的（比如请求行号、调用方法名），logback必须通过一些特殊手段去获取这些数据（比如在日志打印出产生一个堆栈信息），这种操作会比较影响效率，因此除非必要，否则不建议打印这些数据。

Filter

最后来看一下<filter>，<filter>是<appender>的一个子节点，表示在当前给到的日志级别下再进行一次过滤，最基本的Filter有ch.qos.logback.classic.filter.LevelFilter和ch.qos.logback.classic.filter.ThresholdFilter，首先看一下LevelFilter：

<configuration scan="false" scanPeriod="60000" debug="false">

    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <encoder>
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
        </encoder>
        <filter class="ch.qos.logback.classic.filter.LevelFilter">
            <level>WARN</level>
            <onMatch>ACCEPT</onMatch>
            <onMismatch>DENY</onMismatch>
        </filter>
    </appender>
    
    <logger name="java" additivity="false" />
    <logger name="java.lang" level="DEBUG">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </logger>
    
    <root level="INFO">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
    
</configuration>

看一下输出：

2020-03-18 22:22:58.843 [main] WARN  java.lang.Object - =====warn=====

看到尽管<logger>配置的是DEBUG，但是输出的只有warn，因为在<filter>中对匹配到WARN级别时做了ACCEPT（接受），对未匹配到WARN级别时做了DENY（拒绝），当然只能打印出WARN级别的日志。

再看一下ThresholdFilter，配置为：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<configuration scan="false" scanPeriod="60000" debug="false">

    <appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
        <encoder>
            <pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger - %msg%n</pattern>
        </encoder>
        <filter class="ch.qos.logback.classic.filter.ThresholdFilter">
            <level>INFO</level>
        </filter>
    </appender>
    
    <logger name="java" additivity="false" />
    <logger name="java.lang" level="DEBUG">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </logger>
    
    <root level="INFO">
        <appender-ref ref="STDOUT" />
    </root>
    
</configuration>

看一下输出为：

2020-03-18 22:41:32.353 [main] INFO  java.lang.Object - =====info=====
2020-03-18 22:41:32.358 [main] WARN  java.lang.Object - =====warn=====
2020-03-18 22:41:32.359 [main] ERROR java.lang.Object - =====error=====

因为ThresholdFilter的策略是，会将日志级别小于<level>的全部进行过滤，因此虽然指定了DEBUG级别，但是只有INFO及以上级别的才能被打印出来。