走進JavaWeb技術世界9:Java日誌系統的誕生與發展

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該系列博文會告訴你如何從入門到進階,從servlet到框架,從ssm再到SpringBoot,一步步地學習JavaWeb基礎知識,並上手進行實戰,接着瞭解JavaWeb項目中經常要使用的技術和組件,包括日誌組件、Maven、Junit,等等內容,以便讓你更完整地瞭解整個JavaWeb技術體系,形成自己的知識框架。

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Java日誌系統的演變史

我們先看一個故事。項目經理A帶着一幫兄弟開發了一套複雜的企業ERP系統,這個系統一連開發了好幾年,開發人員也換了好幾撥。

階段一

最開始的時候,項目經理A安排小B在系統中添加日誌功能,在控制檯上打印一些必要的信息。最開始的時候,由於項目的功能比較少,於是小B就是用System.out.println的方式打印日誌信息。經理A感覺這樣使用比較方便,也便於項目小組人員的使用,於是就沿用了下來。

階段二

此時小B被借調到其他項目,小C加入到了項目組中。此時項目經理A要求改造日誌系統,要求能把日誌寫到一個文件中,方便以後分析用戶行爲。小C在查看了以前的日誌方式之後,感覺特別low,於是自己寫了一個日誌框架,命名爲xiaoC-logging.jar,此舉收到了項目經理A的好評。

走進JavaWeb技術世界9:Java日誌系統的誕生與發展

階段三

項目組中加入了一個大牛老D,老D發現xiaoC-logging.jar這個日誌框架雖然可以滿足基本的日誌要求,但是還不夠高大上,沒有一些諸如自動歸檔,異步寫入文件,把日誌文件寫入NoSQL數據庫中等功能。於是老D開發了一個更高級的日誌框架叫oldD-logging.jar。

階段四

oldD-logging.jar開發完成之後,需要把原來的xiaoC-logging.jar中的日誌API做修改,把之前的日誌實現寫下來,換上高大上的oldD-logging.jar。

階段五

在這個卸載與上新的過程中,老D的工作量陡增,他感覺很累。不過薑還是老的辣,他參考了JDBC和spring中面向接口的編程方式,制定了一個日誌的門面(一系列的接口),以後所有的日誌的記錄,都只面向接口編程,至於今後怎麼去實現,都要遵循這個接口就可以了。 

那麼在JAVA開發中,這正的日誌系統是怎麼演變的呢?簡短地描述下日誌發展,最先出現的是apache開源社區的log4j,這個日誌確實是應用最廣泛的日誌工具,成爲了java日誌的事實上的標準。然而,當時Sun公司在jdk1.4中增加了JUL日誌實現,企圖對抗log4j,但是卻造成了混亂,這個也是被人詬病的一點。當然也有其他日誌工具的出現,這樣必然造成開發者的混亂,因爲這些日誌系統互相沒有關聯,替換和統一也就變成了比較棘手的一件事。想象下你的應用使用log4j,然後使用了一個其他團隊的庫,他們使用了JUL,你的應用就得使用兩個日誌系統了,然後又有第二個庫出現了,使用了simplelog。

走進JavaWeb技術世界9:Java日誌系統的誕生與發展

這個時候估計讓你崩潰了,這是要鬧哪樣?這個狀況交給你來想想辦法,你該如何解決呢?進行抽象,抽象出一個接口層,對每個日誌實現都適配或者轉接,這樣這些提供給別人的庫都直接使用抽象層即可。不錯,開源社區提供了commons-logging抽象,被稱爲JCL,也就是日誌框架了,確實出色地完成了兼容主流的日誌實現(log4j、JUL、simplelog),基本一統江湖,就連頂頂大名的spring也是依賴了JCL。

看起來事物確實是美好,但是美好的日子不長,接下來另一個優秀的日誌框架slf4j的加入導致了更加混亂的場面。比較巧的是slf4j的作者(Ceki Gülcü)就是log4j的作者,他覺得JCL不夠優秀,所以他要自己搞一套更優雅的出來,於是slf4j日誌體系誕生了,併爲slf4j實現了一個親子——logback,確實更加優雅,但是由於之前很多代碼庫已經使用JCL,雖然出現slf4j和JCL之間的橋接轉換,但是集成的時候問題依然多多,對很多新手來說確實會很懊惱,因爲比單獨的log4j時代“複雜”多了,抱怨聲確實很多。

到此本來應該完了,但是Ceki Gülcü覺得還是得回頭拯救下自己的“大阿哥”——log4j,於是log4j2誕生了,同樣log4j2也參與到了slf4j日誌體系中,想必將來會更加混亂。接下來詳細解讀日誌系統的配合使用問題。slf4j的設計確實比較優雅,採用比較熟悉的方式——接口和實現分離,有個純粹的接口層——slf4j-api工程,這個裏邊基本完全定義了日誌的接口,所以對於開發來說,只需要使用這個即可。

有接口就要有實現,比較推崇的實現是logback,logback完全實現了slf4j-api的接口,並且性能也比log4j更好,同時實現了變參佔位符日誌輸出方式等等新特性。剛剛也提到log4j的使用比較普遍,所以支持這批用戶依然是必須的,slf4j-log4j12也實現了slf4j-api,這個算是對log4j的適配器。同樣推理,也會有對JUL的適配器slf4j-jdk14等等。爲了使使用JCL等等其他日誌系統後者實現的用戶可以很簡單地切換到slf4j上來,給出了各種橋接工程,比如:jcl-over-slf4j會把對JCL的調用都橋接到slf4j上來,可以看出jcl-over-slf4j的api和JCL是相同的,所以這兩個jar是不能共存的。jul-to-slf4j是把對jul的調用橋接到slf4j上,log4j-over-slf4j是把對log4j的調用橋接到slf4j。

一、日誌框架的分類

  • 門面型日誌框架:
  1. JCL:  Apache基金會所屬的項目,是一套Java日誌接口,之前叫Jakarta Commons Logging,後更名爲Commons Logging
  2. SLF4J:  是一套簡易Java日誌門面,本身並無日誌的實現。(Simple Logging Facade for Java,縮寫Slf4j)
  • 記錄型日誌框架:
  1. JUL:  JDK中的日誌記錄工具,也常稱爲JDKLog、jdk-logging,自Java1.4以來的官方日誌實現。
  2. Log4j:  一個具體的日誌實現框架。
  3. Log4j2:   一個具體的日誌實現框架,是LOG4J1的下一個版本,與Log4j 1發生了很大的變化,Log4j 2不兼容Log4j 1。
  4. Logback:一個具體的日誌實現框架,和Slf4j是同一個作者,但其性能更好。

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二、發展歷程

要搞清楚它們的關係,就要從它們是在什麼情況下產生的說起。我們按照時間的先後順序來介紹。

Log4j

在JDK 1.3及以前,Java打日誌依賴System.out.println(), System.err.println()或者e.printStackTrace(),Debug日誌被寫到STDOUT流,錯誤日誌被寫到STDERR流。這樣打日誌有一個非常大的缺陷,即無法定製化,且日誌粒度不夠細。
於是, Gülcü 於2001年發佈了Log4j,後來成爲Apache 基金會的頂級項目。Log4j 在設計上非常優秀,對後續的 Java Log 框架有長久而深遠的影響,它定義的Logger、Appender、Level等概念如今已經被廣泛使用。Log4j 的短板在於性能,在Logback 和 Log4j2 出來之後,Log4j的使用也減少了。

J.U.L

受Logj啓發,Sun在Java1.4版本中引入了java.util.logging,但是j.u.l功能遠不如log4j完善,開發者需要自己編寫Appenders(Sun稱之爲Handlers),且只有兩個Handlers可用(Console和File),j.u.l在Java1.5以後性能和可用性纔有所提升。

JCL(commons-logging)

由於項目的日誌打印必然選擇兩個框架中至少一個,這時候,Apache的JCL(commons-logging)誕生了。JCL 是一個Log Facade,只提供 Log API,不提供實現,然後有 Adapter 來使用 Log4j 或者 JUL 作爲Log Implementation。
在程序中日誌創建和記錄都是用JCL中的接口,在真正運行時,會看當前ClassPath中有什麼實現,如果有Log4j 就是用 Log4j, 如果啥都沒有就是用 JDK 的 JUL。
這樣,在你的項目中,還有第三方的項目中,大家記錄日誌都使用 JCL 的接口,然後最終運行程序時,可以按照自己的需求(或者喜好)來選擇使用合適的Log Implementation。如果用Log4j, 就添加 Log4j 的jar包進去,然後寫一個 Log4j 的配置文件;如果喜歡用JUL,就只需要寫個 JUL 的配置文件。如果有其他的新的日誌庫出現,也只需要它提供一個Adapter,運行的時候把這個日誌庫的 jar 包加進去。
不過,commons-logging對Log4j和j.u.l的配置問題兼容的並不好,使用commons-loggings還可能會遇到類加載問題,導致NoClassDefFoundError的錯誤出現。

                        走進JavaWeb技術世界9:Java日誌系統的誕生與發展

到這個時候一切看起來都很簡單,很美好。接口和實現做了良好的分離,在統一的JCL之下,不改變任何代碼,就可以通過配置就換用功能更強大,或者性能更好的日誌庫實現。

這種簡單美好一直持續到SLF4J出現。

SLF4J & Logback

SLF4J(Simple Logging Facade for Java)和 Logback 也是Gülcü 創立的項目,目的是爲了提供更高性能的實現。
從設計模式的角度說,SLF4J 是用來在log和代碼層之間起到門面作用,類似於 JCL 的 Log Facade。對於用戶來說只要使用SLF4J提供的接口,即可隱藏日誌的具體實現,SLF4J提供的核心API是一些接口和一個LoggerFactory的工廠類,用戶只需按照它提供的統一紀錄日誌接口,最終日誌的格式、紀錄級別、輸出方式等可通過具體日誌系統的配置來實現,因此可以靈活的切換日誌系統。

Logback是log4j的升級版,當前分爲三個目標模塊:

  • logback-core:核心模塊,是其它兩個模塊的基礎模塊
  • logback-classic:是log4j的一個改良版本,同時完整實現 SLF4J API 使你可以很方便地更換成其它日記系統如log4j 或 JDK14 Logging
  • logback-access:訪問模塊與Servlet容器集成提供通過Http來訪問日記的功能,是logback不可或缺的組成部分

Logback相較於log4j有更多的優點:

  • 更快的執行速度
  • 更充分的測試
  • logback-classic 非常自然的實現了SLF4J
  • 使用XML配置文件或者Groovy
  • 自動重新載入配置文件
  • 優雅地從I/O錯誤中恢復
  • 自動清除舊的日誌歸檔文件
  • 自動壓縮歸檔日誌文件
  • 謹慎模式
  • Lilith
  • 配置文件中的條件處理
  • 更豐富的過濾

更詳細的解釋參見官網:https://logback.qos.ch/reasonsToSwitch.html

到這裏,你可能會問:Apache 已經有了個JCL,用來做各種Log lib統一的接口,如果 Gülcü 要搞一個更好的 Log 實現的話,直接寫一個實現就好了,爲啥還要搞一個和SLF4J呢?

原因是Gülcü 認爲 JCL 的 API 設計得不好,容易讓使用者寫出性能有問題的代碼。關於這點,你可以參考這篇文章獲得更詳細的介紹:https://zhuanlan.zhihu.com/p/24272450

現在事情就變複雜了。我們有了兩個流行的 Log Facade,以及三個流行的 Log Implementation。Gülcü 是個追求完美的人,他決定讓這些Log之間都能夠方便的互相替換,所以做了各種 Adapter 和 Bridge 來連接:

              走進JavaWeb技術世界9:Java日誌系統的誕生與發展

可以看到甚至 Log4j 和 JUL 都可以橋接到SLF4J,再通過 SLF4J 適配到到 Logback!需要注意的是不能有循環的橋接,比如下面這些依賴就不能同時存在:

  • jcl-over-slf4j 和 slf4j-jcl
  • log4j-over-slf4j 和 slf4j-log4j12
  • jul-to-slf4j 和 slf4j-jdk14

然而,事情在變得更麻煩!

Log4j2

現在有了更好的 SLF4J 和 Logback,慢慢取代JCL 和 Log4j ,事情到這裏總該大統一圓滿結束了吧。然而維護 Log4j 的人不這樣想,他們不想坐視用戶一點點被 SLF4J / Logback 蠶食,繼而搞出了 Log4j2。

Log4j2 和 Log4j1.x 並不兼容,設計上很大程度上模仿了 SLF4J/Logback,性能上也獲得了很大的提升。Log4j2 也做了 Facade/Implementation 分離的設計,分成了 log4j-api 和 log4j-core。

現在好了,我們有了三個流行的Log 接口和四個流行的Log實現,如果畫出橋接關係的圖來回事什麼樣子呢?

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看到這裏是不是感覺有點暈呢?是的,我也有這種感覺。同樣,在添加依賴的時候,要小心不要有循環依賴。

參考文章

<https://segmentfault.com/a/1190000009707894&gt;

<https://www.cnblogs.com/hysum/p/7100874.html&gt;

<http://c.biancheng.net/view/939.html&gt;

<https://www.runoob.com/&gt;

https://blog.csdn.net/android_hl/article/details/53228348

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