muduo日志库分析

一、前言 在服务端编程中，日志是必不可少的。

开发过程中，日志的存在能方便我们调试错误和更好地理解程序；运行过程中，日志能帮助我们诊断系统故障并处理、记录系统运行状态。

二、muduo日志类封装细节 (1)日志消息有多种级别(level)，如TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR、FATAL。日志的输出级别在运行时可调。

[code]代码片段1：返回当前日志级别
文件名：Logging.cc

Logger::LogLevel initLogLevel()
{
  if (::getenv("MUDUO_LOG_TRACE")) //获取环境变量MUDUO_LOG_TRACE
    return Logger::TRACE;
  else if (::getenv("MUDUO_LOG_DEBUG"))
    return Logger::DEBUG;
  else
    return Logger::INFO;
}

(2)日志类Logger的使用流程

Logger使用时序图如下：

Logger类主要负责日志的级别等，它的内部嵌套类Impl则负责实际的实现。使用时，首先构造一个匿名的Logger对象，然后调用stream()函数返回一个LogStream对象，LogStream对象再调用重载的<<运算符来输出日志。事实上，日志先输出到缓冲区，然后才输出到标准输出或文件。匿名的Logger对象在销毁时调用析构函数，析构函数调用g_output和g_flush输出到日志对应的设备。

[code]代码片段2：Logger的析构函数
文件名：Logging.cc

Logger::~Logger()
{
  impl_.finish();
  const LogStream::Buffer& buf(stream().buffer()); //获取缓冲区
  g_output(buf.data(), buf.length()); //默认输出到stdout

  //当日志级别为FATAL时，flush设备缓冲区中并终止程序
  if (impl_.level_ == FATAL) 
  {
    g_flush();
    abort();
  }
}

Logger类的使用示例：

[code]#define LOG_INFO if (muduo::Logger::logLevel() <= muduo::Logger::INFO) 
  muduo::Logger(__FILE__, __LINE__).stream()

LOG_INFO<<“info ...”;   // 使用方式
muduo::Logger(__FILE__, __LINE__).stream()<<“info”; //传递代码所在的文件名和行号参数

(3)重载<<运算符

以输出int类型的<<运算符为例，它并不是直接存放int类型的数据，而是转换为string类型后再存放到buffer：

[code]代码片段3：重载<<运算符
文件名：LogStream.cc

......

//通过调用convert函数将整数转换为字符串
template<typename T>
size_t convert(char buf[], T value)
{
  T i = value;
  char* p = buf;

  do
  {
    int lsd = static_cast<int>(i % 10); //得到最后一个数字，last digit
    i /= 10;
    /**
     * const char digits[] = "9876543210123456789";
     * const char* zero = digits + 9;
     * 
     * 假如此时获取的lsd值为5，指针zero指向digits[]中的'0'
     * zero[lsd]再偏移lsd即5个位置，便获取到了字符'5'，保存到了buf中
     */
    *p++ = zero[lsd];
  } while (i != 0);

  //为负数则添加负号
  if (value < 0)
  {
    *p++ = '-';
  }
  *p = '';
  std::reverse(buf, p); //将字符串逆转

  return p - buf;
}

......

template<typename T>
void LogStream::formatInteger(T v)
{
  //kMaxNumericSize的值为32，即如果buffer的空间足够大
  if (buffer_.avail() >= kMaxNumericSize)
  {
    size_t len = convert(buffer_.current(), v);
    buffer_.add(len);
  }
}

......

LogStream& LogStream::operator<<(int v)
{
  formatInteger(v); //调用formatInteger()函数
  return *this; //返回LogStream对象的指针
}

(4)FixedBuffer的设计

FixedBuffer的实现为一个模板类，传入一个非类型参数SIZE表示缓冲区的大小。通过对data_首地址、cur_指针、end()函数的组合调用完成缓冲区的各操作，例如：

[code]代码片段4：模版类FixedBuffer的成员函数avail()返回当前可用的空间
文件名：LogStream.h

int avail() const 
{ 
    return static_cast<int>(end() - cur_); 
}

(5)日志滚动

muduo库日志滚动的条件通常有两个：

文件大小 - 例如每写满1G换下一个文件

时间 - 例如每天零点新建一个文件，不管前一个文件是否写满

I.日志文件文件名的设计

例：logfile_test.20120603-144022.hostname.3605.log

第一部分如“logfile_test”是日志文件的basename；

第二部分如“20120603-144022”是日志的创建时间(UTC时间)；

第三部分如“hostname”是主机名称；

第四部分如“3605”是进程id；

最后是日志后缀名“.log”。

[code]代码片段5：获取日志文件名
文件名：LogFile.cc

string LogFile::getLogFileName(const string& basename, time_t* now)
{
  string filename;
  //预留basename的size加上64字节的空间
  filename.reserve(basename.size() + 64);
  filename = basename;

  char timebuf[32];
  char pidbuf[32];
  struct tm tm;
  *now = time(NULL);
  gmtime_r(now, &tm); // 线程安全，获取日志创建时间
  strftime(timebuf, sizeof timebuf, ".%Y%m%d-%H%M%S.", &tm); //将时间格式化
  filename += timebuf;
  filename += ProcessInfo::hostname(); //用到了gethostname()返回主机名
  snprintf(pidbuf, sizeof pidbuf, ".%d", ProcessInfo::pid());
  filename += pidbuf;
  filename += ".log";

  return filename;
}

II.日志的滚动实现

[code]代码片段6：日志的滚动
文件名：LogFile.cc

void LogFile::rollFile()
{
  time_t now = 0;
  string filename = getLogFileName(basename_, &now);

  //注意，这里先除以kRollPerSeconds_ 后乘kRollPerSeconds_表示
  //对齐至kRollPerSeconds_(24*60*60)整数倍，也就是时间调整到当天零点。
  time_t start = now / kRollPerSeconds_ * kRollPerSeconds_;

  //如果now大于上一次滚动日志文件时间就滚动
  if (now > lastRoll_)
  {
    lastRoll_ = now; //lastRoll_是上一次滚动日志文件时间
    lastFlush_ = now; //lastFlush_是上一次日志写入文件时间
    startOfPeriod_ = start; //startOfPeriod_是开始记录日志时间（调整至零点的时间）
    file_.reset(new File(filename));
  }
}

[code]代码片段7：写入日志时，判断是否需要滚动日志
文件名：LogFile.cc

void LogFile::append_unlocked(const char* logline, int len)
{
  file_->append(logline, len);

  //写入的字节数大于rollSize_时要滚动
  if (file_->writtenBytes() > rollSize_)
  {
    rollFile();
  }
  else
  { 
    //计数值count_超过kCheckTimeRoll_时也要判断是否需要滚动
    if (count_ > kCheckTimeRoll_)
    {
      count_ = 0;
      time_t now = ::time(NULL);
      time_t thisPeriod_ = now / kRollPerSeconds_ * kRollPerSeconds_;
      if (thisPeriod_ != startOfPeriod_)
      {
        rollFile();
      }
      //大于flush的间隔时间时则写入日志，不滚动
      else if (now - lastFlush_ > flushInterval_)
      {
        lastFlush_ = now;
        file_->flush();
      }
    }
    else
    {
      ++count_;
    }
  }
}