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  • 一个高效的异步日志

    假如让你自己去写一个日志程序,我想最原始且简单的想法因该是,首先将要写入日志文件的内容转化为字符串,然后调用write系统调用将其写入文件。这种实现方法的确就是我们程序最原始的日志方法。这种做法无疑是十分低效的,那么如何让我们的日志能够高效起来呢?本篇博文就是要给大家分享一种高效的日志–异步日志

    1.异步日志要实现什么?

    前言中我有告诉打下那种最原始且简单的日志方法很低效,那么它低效在什么地方了呢? 主要有如下几点

    1.其每条日志内容都会调用write,我们都知道write为系统调用,每一条就调一次它,势必系统开销会很大
    2.当我们在关键的地方调用write会不会导致关键部分的代码不能即使的执行?
    

    上述俩个导致我们原始日志低效的主要原因的解决方案分别为: (1)既然每条日志调用一次write会导致系统开销变大,那么我们就设计一个buffer将日志内容保存在buffer中,待buffer满之后在一次性调用write将其写入即可 (2)由于write可能会阻塞在当前位置,导致紧随其后的关键代码可能不能马上执行,那么我们就单独开个线程专门来执行write调用不就可以了么 根据我们的解决方案,我们可以总结出异步日志的基本流程因该为:

    前段线程(我们的程序)负责将日志写入buffer中,当buffer写满之后,将buffer转交给后端线程(我们的负责专门调用write来写日志的线程),也就是一个典型的多生产者单消费者模式
    

    2.异步日志的代码实现

    接下来为大家介绍一下我用C++实现的的异步日志代码

    (1)buffer类的实现

    #ifndef FIX_BUFFER_H_
    #define FIX_BUFFER_H_
    
    #include <vector>
    #include <string>
    #include <assert.h>
    #include <fcntl.h>
    
    
    namespace netlib
    {
        class FixBuffer
        {
            public:
                FixBuffer()
                    :buffer_(1024*1024*4)   //初始化大小为4M
                {
                    readableIndex_ = 0;
                    writeableIndex_ = 0;
                }
                ~FixBuffer()
                {
    
                }
                int readableSize(void)  //可读字节数
                {
                    return writeableIndex_ - readableIndex_;    
                }
    
                int writeableSize(void) //可写字节数
                {
                    return buffer_.size() - writeableIndex_;
                }
    
                void append(const char *data,int len) //添加数据到buffer中
                {
                    std::copy(data,data + len,getWritePeek());
                    moveWriteIndex(len);
                }
    
                char *getReadPeek(void) //获得读位置的指针
                {
                    return begin() + readableIndex_;
                }
    
                char *getWritePeek(void)    //获得写位置的指针
                {
                    return begin() + writeableIndex_;
                }
    
    
                void moveWriteIndex(int len)    //移动可写下标
                {
                    writeableIndex_ = writeableIndex_ + len;
                }
    
                void resetBuffer(void)  //重置buffer
                {
                    readableIndex_ = 0;
                    writeableIndex_ = 0;
                }
    
            private:
                char *begin()
                {
                    return &*buffer_.begin();
                }
    
    
                std::vector<char> buffer_;
                int readableIndex_;
                int writeableIndex_;
    
       };
    }
    
    #endif
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    buffer用std::vector来实现,主要提供的对外接口为获取buffer的读写位置指针,可读可写的大小,往buffer中添加数据等,buffer为固定大小4M

    (2)用于将日志写如文件的类

    logfile.h

    #ifndef LOG_FILE_H_
    #define LOG_FILE_H_
    namespace netlib
    {
        class LogFile
        {
            public:
                LogFile(int rollSize);
                ~LogFile();
                //往磁盘里添加消息
                void append(char *log,int len);
                //滚动文件
                void rollFile(int curLen);
    
            private:
             int rollSize_;      //文件滚动大小
             int fd_;
             int fillSize_;      //当前文件填充大小
             int fileNumbers_;    //已有文件数量   
        };
    }
    
    #endif
    
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    logfile类的实现

    #include "logFile.h"
    #include <stdio.h>
    #include <assert.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/stat.h>
    
    using namespace netlib;
    
    LogFile::LogFile(int rollSize)
        :rollSize_(rollSize),
        fillSize_(0),
        fileNumbers_(1)
    {
        fd_ = open("/home/shreck/log/mylog.log",O_WRONLY | O_APPEND | O_CREAT,S_IWUSR | S_IRUSR | S_IXUSR);
        assert(fd_ > 0);
    }
    
    LogFile::~LogFile()
    {
        close(fd_);
    }
    
    void LogFile::append(char *log,int len)
    {
        int ret = write(fd_,log,len);
        rollFile(ret);
        assert(ret == len);
    }
    
    void LogFile::rollFile(int curLen)
    {
        fillSize_ += curLen;
        if(fillSize_ >= rollSize_)
        {
            printf("1G满了
    ");
            //置0fillSize_
            fillSize_ = 0;
            char command[80];
            snprintf(command,sizeof(command),"mv /home/shreck/log/mylog.log /home/shreck/log/mylog%d.log",fileNumbers_);
            fileNumbers_++;
            //改当前文件名为fileName
            system(command);
            //重新创建一个mylog.log文件
            fd_ = open("/home/shreck/log/mylog.log",O_WRONLY | O_APPEND | O_CREAT,S_IWUSR | S_IRUSR | S_IXUSR);
            assert(fd_ > 0); 
        }    
    }
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    (3)时间戳类的实现

    #ifndef TIMESTAMP_H_
    #define TIMESTAMP_H_
    
    #include <time.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string>
    
    namespace netlib
    {
        class Timestamp
        {
            public:
                Timestamp()
                {
    
                }
                ~Timestamp()
                {
    
                }
    
                static struct tm now(void)  //获取当前tm格式的时间
                {
                    struct timeval tv;
                    struct tm time;
                    gettimeofday(&tv,NULL);    //获取微妙,秒值
                    gmtime_r(&tv.tv_sec,&time);   //将s转换为tm格式
                    time.tm_year += 1900;
                    return time;
                }
    
                static timeval getTime(void)
                {
                    struct timeval tv;
                    gettimeofday(&tv,NULL);
                    return tv;
                }
    
                char *toStringTime(void) //将时间转化为字符串并返回
                {
                    struct tm time;
                    bzero(str_,sizeof(str_));
                    time = now();
                    snprintf(str_,sizeof(str_),"%d-%d-%d %d:%d:%d ",time.tm_year,time.tm_mon,time.tm_mday,time.tm_hour,time.tm_min,time.tm_sec);
                    printf("%s",str_);
                    return str_;
                }
    
                static int getTimeDiff(timeval v1,timeval v2)    //获得俩时间的时间差,返回值为微妙
                {
                    int t;
                    t = v1.tv_sec*1000000 + v1.tv_usec - v2.tv_sec*1000000 - v2.tv_usec;
                    t = abs(t);               
                    return t;
                }
    
            private:
              char str_[100]; 
        };
    }
    
    #endif
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    (4)异步日志类的实现

    异步日志类的定义

    #ifndef ASYNLOG_H_
    #define ASYNLOG_H_
    
    #include <memory>
    #include "fixBuffer.h"
    #include "timestamp.h"
    #include <vector>
    #include <thread>
    #include <string>
    #include <mutex>
    #include <condition_variable>
    
    namespace netlib
    {
        enum LogLevel
        {
            OFF,    //关闭所有日志记录
            FATAL,  //导致程序退出的错误
            ERROE,  //发生了错误但不影响系统运行
            WARN,   //会出现潜在的错误情形
            INFO,   //系统发生了那些事情
            DEBUG,  //调试程序有关的信息
            ALL,    //输出所有日志记录
        };
        class AsynLog
        {
            public:
                AsynLog(int roolSize);
                ~AsynLog();
                void append(char *logline,int len,LogLevel level); //添加日志行
                void setLevel(LogLevel level);                     //设置日志的水平
                void stop(void);                                   //关闭日志
            private:
                void threadFunc(void);                             //线程函数
                bool aboveLevel(LogLevel level);                   //判断某条日志等级是否超过我们所设的level 
                void writeBuffer(const char* logline,int len);     //将日志内容写入buffer中
                std::string toStringForLevel(LogLevel level);      //将对应的level转化为字符串           
    
                int rollSize_;                                     //文件达到多大时滚动 
                bool running_;
                std::unique_ptr<FixBuffer> currentBuffer_;         //当前buffer
                std::unique_ptr<FixBuffer> nextBuffer_;            //备用buffer
                std::vector<std::unique_ptr<FixBuffer>> buffers_;  //保存buffer的vector
                std::thread acceptThread_;                         //后台接受数据的线程
                std::mutex mutex_;                                 //互斥变量
                std::condition_variable_any condition_;            //条件变量
                Timestamp timestamp_;                              //时间戳
                LogLevel currentLevel_;                            //当前日志等级
        };
    }
    
    #endif
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    异步日志类的实现

    #include "asynLog.h"
    #include "logFile.h"
    #include "timestamp.h"
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <memory>
    #include "fixBuffer.h"
    #include <mutex>
    #include <condition_variable>
    #include <functional>
    #include <pthread.h>
    
    using namespace netlib;
    
    AsynLog::AsynLog(int rollSize)
        :rollSize_(rollSize),
        running_(true),
        currentBuffer_(new FixBuffer()),
        nextBuffer_(new FixBuffer()),
        acceptThread_(std::bind(&AsynLog::threadFunc,this))
    {
    }
    
    AsynLog::~AsynLog()
    {
        stop();
    }
    
    void AsynLog::setLevel(LogLevel level)
    {
        currentLevel_ = level;   
    }
    
    bool AsynLog::aboveLevel(LogLevel level)
    {
        return level <= currentLevel_;
    }
    
    
    void AsynLog::append(char *logline,int len,LogLevel level)
    {
        if(aboveLevel(level))   //如果level超过所设等级
        {
            std::lock_guard<std::mutex> guard(mutex_);
            //与时间以及线程id等字符串连接
            std::string log1(logline);  //日志内容
            std::string log2(timestamp_.toStringTime());//获得时间戳的字符串
            char log3[30];
            snprintf(log3,sizeof(log3),"threadid[%lu]: ",pthread_self());//获得线程id的字符串
            std::string log4(toStringForLevel(level));  //获得等级对应的字符串
            log2 = log2 + log3 + log4 + log1;
            writeBuffer(log2.c_str(),log2.size());  //写入buffer
        }
    }
    
    
    void AsynLog::writeBuffer(const char *logline,int len)
    {
        if(currentBuffer_->writeableSize() >= len)  //如果当前buffer空间足
        {
            currentBuffer_->append(logline,len);
        }
        else
        {
            buffers_.push_back(std::move(currentBuffer_)); //返回指针,自己变为空
    
            if(nextBuffer_)
            {
                currentBuffer_ = std::move(nextBuffer_);    //将nextBuffer_的控制权交给currentBuffer_
            }
            else
            {
                currentBuffer_.reset(new FixBuffer());  //申请一块新的buffer
            }
    
            currentBuffer_->append(logline,len);
            condition_.notify_one();    //唤醒后台线程
        }
    }
    
    std::string AsynLog::toStringForLevel(LogLevel level)
    {
        switch(level)
        {
            case LogLevel::OFF:
                return std::string("OFF ");break;
            case LogLevel::FATAL:
                return std::string("FATAL ");break;
            case LogLevel::ERROE:
                return std::string("ERROE ");break;
            case LogLevel::WARN:
                return std::string("WARN ");break;
            case LogLevel::INFO:
                return std::string("INFO ");break;
            case LogLevel::DEBUG:
                return std::string("DEBUG ");break;
            case LogLevel::ALL:
                return std::string("ALL ");break;
            default:return std::string("UNKNOWN ");
        }
        return NULL;
    }
    
    void AsynLog::stop(void)
    {
        if(running_)
        {
            running_ = false;
            acceptThread_.join();   //等待后台进程退出
            printf("日志系统已关闭
    ");
        }
    }
    
    void AsynLog::threadFunc(void)
    {
        std::unique_ptr<FixBuffer> newBuffer1(new FixBuffer);
        std::unique_ptr<FixBuffer> newBuffer2(new FixBuffer); 
        std::vector<std::unique_ptr<FixBuffer>> buffersToWrite;
        LogFile output(rollSize_);
        buffersToWrite.reserve(16);
        while(running_)
        {
            {
                std::lock_guard<std::mutex> guard(mutex_);  //临界区加锁
                if(buffers_.empty())    //如果buffers_为空
                {
                    condition_.wait_for(mutex_,std::chrono::seconds(3));
                }
                buffers_.push_back(std::move(currentBuffer_));
                currentBuffer_ = std::move(newBuffer1);
                buffersToWrite.swap(buffers_);  //交换俩个容器
                if(!nextBuffer_)
                {
                    nextBuffer_ = std::move(newBuffer2);
                }
    
            }
            assert(!buffersToWrite.empty());
    
            if(buffersToWrite.size() > 25)
            {
                //日志异常
            }
    
            //将buffer中的内容写进文件中
            for(int i = 0; i < buffersToWrite.size(); i++)
            {
                output.append(buffersToWrite[i]->getReadPeek(),buffersToWrite[i]->readableSize());        
            }
    
            if(buffersToWrite.size() > 2)
            {
                buffersToWrite.resize(2);
            }
    
            if(!newBuffer1)
            {
                assert(!buffersToWrite.empty());
                newBuffer1 = std::move(buffersToWrite[0]);
                newBuffer1->resetBuffer();  //重置buffer
            }
    
            if(!newBuffer2)
            {
                assert(!buffersToWrite.empty());
                newBuffer2 = std::move(buffersToWrite[1]);
                newBuffer2->resetBuffer();
            }
    
            buffersToWrite.clear();
        }   
    }
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    测试代码

    #include<iostream>
    #include "asynLog.h"
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #include <thread>
    
    netlib::AsynLog log(1024*1024*1024);
    
    void func(void)
    {
        char s[100] = "hello
    ";
        log.setLevel(netlib::LogLevel::ALL);
        while(true)
        {
            log.append(s,strlen(s),netlib::LogLevel::INFO);
        }
    }
    
    int main(int argc,char **argv)
    {
      std::thread t1(func);
      std::thread t2(func);
      std::thread t3(func);
      std::thread t4(func);
      t1.join();
      t2.join();
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      t4.join();
      return 0;
    }
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    github:https://github.com/Miaoshuai/LogLibrary/tree/master/LogLibrary

    写在日志的功能还在完善中,希望大家能给出意见!

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    HTML5 20180919
    HTML5 20180918
    HTTP协议
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/firstdream/p/6807706.html
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