探索Java日志的奥秘：底层日志系统-log4j2

Posted 2021-04-25 阿里云云栖号

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了探索Java日志的奥秘：底层日志系统-log4j2相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

log4j2是apache在log4j的基础上，参考logback架构实现的一套新的日志系统（我感觉是apache害怕logback了）。

log4j2的官方文档上写着一些它的优点：

在拥有全部logback特性的情况下，还修复了一些隐藏问题
API 分离：现在log4j2也是门面模式使用日志，默认的日志实现是log4j2，当然你也可以用logback（应该没有人会这么做）
性能提升：log4j2包含下一代基于LMAX Disruptor library的异步logger，在多线程场景下，拥有18倍于log4j和logback的性能
多API支持：log4j2提供
Log4j 1.2, SLF4J, Commons Logging and java.util.logging (JUL) 的API支持
避免锁定：使用Log4j2 API的应用程序始终可以选择使用任何符合SLF4J的库作为log4j-to-slf4j适配器的记录器实现
自动重新加载配置：与Logback一样，Log4j 2可以在修改时自动重新加载其配置。与Logback不同，它会在重新配置发生时不会丢失日志事件。
高级过滤：与Logback一样，Log4j 2支持基于Log事件中的上下文数据，标记，正则表达式和其他组件进行过滤。
插件架构： Log4j使用插件模式配置组件。因此，您无需编写代码来创建和配置Appender，Layout，Pattern Converter等。Log4j自动识别插件并在配置引用它们时使用它们。
属性支持：您可以在配置中引用属性，Log4j将直接替换它们，或者Log4j将它们传递给将动态解析它们的底层组件。
Java 8 Lambda支持
自定义日志级别
产生垃圾少：在稳态日志记录期间，Log4j 2 在独立应用程序中是无垃圾的，在Web应用程序中是低垃圾。这减少了垃圾收集器的压力，并且可以提供更好的响应时间性能。
和应用server集成：版本2.10.0引入了一个模块log4j-appserver，以改进与Apache Tomcat和Eclipse Jetty的集成。

Log4j2类图：

这次从四个地方去探索源码：启动，配置，异步，插件化

源码探索

启动

log4j2的关键组件

LogManager

根据配置指定LogContexFactory，初始化对应的LoggerContext

LoggerContext

1、解析配置文件，解析为对应的java对象。
2、通过LoggerRegisty缓存Logger配置
3、Configuration配置信息
4、start方法解析配置文件，转化为对应的java对象
5、通过getLogger获取logger对象

Logger

LogManaer

该组件是Log4J启动的入口，后续的LoggerContext以及Logger都是通过调用LogManager的静态方法获得。我们可以使用下面的代码获取Logger

Logger logger = LogManager.getLogger();

可以看出LogManager是十分关键的组件，因此在这个小节中我们详细分析LogManager的启动流程。

LogManager启动的入口是下面的static代码块：

这段静态代码段主要分为下面的几个步骤：

首先根据特定配置文件的配置信息获取loggerContextFactory
如果没有找到对应的Factory的实现类则通过ProviderUtil中的getProviders()方法载入providers，随后通过provider的loadLoggerContextFactory方法载入LoggerContextFactory的实现类
如果provider中没有获取到LoggerContextFactory的实现类或provider为空，则使用SimpleLoggerContextFactory作为LoggerContextFactory。

根据配置文件载入LoggerContextFactory

在这段逻辑中，LogManager优先通过配置文件”log4j2.component.properties”通过配置项”log4j2.loggerContextFactory”来获取LoggerContextFactory，如果用户做了对应的配置，通过newCheckedInstanceOf方法实例化LoggerContextFactory的对象，最终的实现方式为：

在默认情况下，不存在初始的默认配置文件log4j2.component.properties，因此需要从其他途径获取LoggerContextFactory。

通过Provider实例化LoggerContextFactory对象

代码：

这里比较有意思的是hasProviders和getProviders都会通过线程安全的方式去懒加载ProviderUtil这个对象。跟进lazyInit方法：

再看构造方法：

这里的懒加载其实就是懒加载Provider对象。在创建新的providerUtil实例的过程中就会直接实例化provider对象，其过程是先通过getClassLoaders方法获取provider的类加载器，然后通过loadProviders(classLoader);加载类。在providerUtil实例化的最后，会统一查找”META-INF/log4j-provider.properties”文件中对应的provider的url，会考虑从远程加载provider。而loadProviders方法就是在ProviderUtil的PROVIDERS列表中添加对一个的provider。可以看到默认的provider是org.apache.logging.log4j.core.impl.Log4jContextFactory

很有意思的是这里懒加载加上了锁，而且使用的是
lockInterruptibly这个方法。lockInterruptibly和lock的区别如下：

lock 与 lockInterruptibly比较区别在于：

lock 优先考虑获取锁，待获取锁成功后，才响应中断。

lockInterruptibly 优先考虑响应中断，而不是响应锁的普通获取或重入获取。

ReentrantLock.lockInterruptibly允许在等待时由其它线程调用等待线程的。

Thread.interrupt 方法来中断等待线程的等待而直接返回，这时不用获取锁，而会抛出一个InterruptedException。 ReentrantLock.lock方法不允许Thread.interrupt中断,即使检测到Thread.isInterrupted,一样会继续尝试获取锁，失败则继续休眠。只是在最后获取锁成功后再把当前线程置为interrupted状态,然后再中断线程。

上面有一句注释值得注意：

原来这里是为了让osgi可以阻止启动。

再回到logManager：

可以看到在加载完Provider之后，会做factory的绑定：

到这里，logmanager的启动流程就结束了。

配置

在不使用slf4j的情况下，我们获取logger的方式是这样的：

Logger logger = logManager.getLogger(xx.class)

跟进getLogger方法：

这里有一个getContext方法，跟进，

上文提到factory的具体实现是Log4jContextFactory，跟进getContext

方法：

直接看start：

发现其中的核心方法是reconfigure方法，继续跟进：

可以看到每一个configuration都是从ConfigurationFactory拿出来的，我们先看看这个类的getInstance看看：

这里可以看到ConfigurationFactory中利用了PluginManager来进行初始化，PluginManager会将ConfigurationFactory的子类加载进来，默认使用的XmlConfigurationFactory，

JsonConfigurationFactory，YamlConfigurationFactory这三个子类，这里插件化加载暂时按下不表。

回到reconfigure这个方法，我们看到获取ConfigurationFactory实例之后会去调用getConfiguration方法：

跟进getConfiguration，这里值得注意的是有很多个getConfiguration，注意甄别，如果不确定的话可以通过debug的方式来确定。

这里就会根据之前加载进来的factory进行配置的获取，具体的不再解析。

回到reconfigure，之后的步骤就是setConfiguration，入参就是刚才获取的config

这个方法最重要的步骤就是config.start,这才是真正做配置解析的

这里面有如下步骤：

获取日志等级的插件
初始化
初始化Advertiser
配置

先看一下初始化，也就是setup这个方法，setup是一个需要被复写的方法，我们以XMLConfiguration作为例子，

发现这里面有一个比较重要的方法constructHierarchy，跟进：

发现这个就是一个树遍历的过程。诚然，配置文件是以xml的形式给出的，xml的结构就是一个树形结构。回到start方法，跟进doConfiguration：

发现就是对刚刚获取的configuration进行解析，然后塞进正确的地方。回到start方法，可以看到昨晚配置之后就是开启logger和appender了。

异步

AsyncAppender

log4j2突出于其他日志的优势，异步日志实现。我们先从日志打印看进去。找到Logger，随便找一个log日志的方法。

一路跟进

可以看出这个在打日志之前做了调用次数的记录。跟进tryLogMessage，

继续跟进：

这里可以看到在实际打日志的时候，会从config中获取打日志的策略，跟踪ReliabilityStrategy的创建，发现默认的实现类为DefaultReliabilityStrategy，跟进看实际打日志的方法

这里实际打日志的方法居然是交给一个config去实现的。。。感觉有点奇怪。。跟进看看

可以清楚的看到try之前是在创建LogEvent，try里面做的才是真正的log（好tm累），一路跟进。

接下来就是callAppender了，我们直接开始看AsyncAppender的append方法：

这里主要的步骤就是：

生成logEvent
将logEvent放入BlockingQueue，就是transfer方法
如果BlockingQueue满了则启用相应的策略

同样的，这里也有一个线程用来做异步消费的事情

直接看run方法：

阻塞获取logEvent
将logEvent分发出去
如果线程要退出了，将blockingQueue里面的event消费完在退出。

AsyncLogger

直接从AsyncLogger的logMessage看进去：

跟进logWithThreadLocalTranslator，

这里的逻辑很简单，就是将日志相关的信息转换成RingBufferLogEvent（RingBuffer是Disruptor的无所队列），然后将其发布到RingBuffer中。发布到RingBuffer中，那肯定也有消费逻辑。这时候有两种方式可以找到这个消费的逻辑。

找disruptor被使用的地方，然后查看，但是这样做会很容易迷惑
按照Log4j2的尿性，这种Logger都有对应的start方法，我们可以从start方法入手寻找

在start方法中，我们找到了一段代码：

直接看看这个RingBufferLogEventHandler的实现：

顺着接口找上去，发现一个接口：

通过注释可以发现，这个onEvent就是处理逻辑，回到RingBufferLogEventHandler的onEvent方法，发现里面有一个execute方法，跟进：

这个方法就是实际打日志了，AsyncLogger看起来还是比较简单的，只是使用了一个Disruptor。

插件化

之前在很多代码里面都可以看到

其实整个log4j2为了获得更好的扩展性，将自己的很多组件都做成了插件，然后在配置的时候去加载plugin。

跟进collectPlugins。

处理逻辑如下：

从Log4j2Plugin.dat中加载所有的内置的plugin
然后将OSGi Bundles中的Log4j2Plugin.dat中的plugin加载进来
再加载传入的package路径中的plugin
最后加载配置中的plugin

逻辑还是比较简单的，但是我在看源码的时候发现了一个很有意思的东西，就是在加载log4j2 core插件的时候，也就是

PluginRegistry.getInstance().loadFromMainClassLoader()

这个方法，跟进到decodeCacheFiles：

可以发现加载时候是从一个文件（PLUGIN_CACHE_FILE）获取所有要获取的plugin。看到这里的时候我有一个疑惑就是，为什么不用反射的方式直接去扫描，而是要从文件中加载进来，而且文件是写死的，很不容易扩展啊。然后我找了一下PLUGIN_CACHE_FILE这个静态变量的用处，发现了PluginProcessor这个类，这里用到了注解处理器。

（不太重要的方法省略）

我们可以看到在process方法中，PluginProcessor会先收集所有的Plugin，然后在写入文件。这样做的好处就是可以省去反射时候的开销。

然后我又看了一下Plugin这个注解，发现它的RetentionPolicy是RUNTIME，一般来说PluginProcessor是搭配

RetentionPolicy.SOURCE，CLASS使用的，而且既然你把自己的Plugin扫描之后写在文件中了，RetentionPolicy就没有必要是RUNTIME了吧，这个是一个很奇怪的地方。

小结

总算是把Log4j2的代码看完了，发现它的设计理念很值得借鉴，为了灵活性，所有的东西都设计成插件式。互联网技术日益发展，各种中间件层出不穷，而作为工程师的我们更需要做的是去思考代码与代码之间的关系，毫无疑问的是，解耦是最具有美感的关系。