一文肝掉 Logback 日志框架

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· 2021-08-19

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一、简介

Java 开源日志框架，以继承改善 log4j 为目的而生，是 log4j 创始人 Ceki Gülcü 的开源产品。
它声称有极佳的性能，占用空间更小，且提供其他日志系统缺失但很有用的特性。
其一大特色是，在 logback-classic 中本地(native)实现了 SLF4J API（也表示依赖 slf4j-api）

二、架构 / Logback知识

1. 项目分为三个模块：

logback-core：其他俩模块基础模块，作为通用模块其中没有 logger 的概念
logback-classic：日志模块，完整实现了 SLF4J API
logback-access：配合Servlet容器，提供 http 访问日志功能

2. 在 logback 中主要概念（Logger、Appender、Layout、Encoder）

· Logger

日志记录器，logback-classic 的部分
每个 Logger 都附加到一个 LoggerContext 上，该 Context 负责构造 Logger 以及将其安排在层级结构中。

命名及层级关系
Logger 名称区分大小写，并遵循层级命名规则。
层级关系用 "." 表示，如："com.foo" 是 "com.foo.Bar" 的父Logger
且所有 Logger 都可通过LoggerFactory#getlogger(String name)来获取，且相同名称返回的实例相同
根 Logger
是所有层级结构的顶部Logger，可通过名称检索获取
Logger rootLogger = LoggerFactory.getLogger(org.slf4j.Logger.ROOT_LOGGER_NAME);
Level 与继承关系
Logger 可以被分配级别（TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR），可在 ch.qos.logback.classic 中查看
若没有给 Logger 分配级别，则它将从最近的分配了等级的祖先处继承等级
例：
Logger name Assigned level Effective level
root DEBUG DEBUG
X INFO INFO
X.Y none INFO
X.Y.Z ERROR ERROR

Logger name	Assigned level	Effective level
root	DEBUG	DEBUG
X	INFO	INFO
X.Y	none	INFO
X.Y.Z	ERROR	ERROR

Level 与 log 规则（basic selection rule）
Logger 只会启用等级 ≥ Logger等级的日志请求
等级排序（严重程度，而非优先级）：TRACE < DEBUG < INFO < WARN < ERROR
如：

Logger logger = LoggerFactory.getLogger("com.foo");
logger.setLevel(Level. INFO);

// 启用，因为 WARN >= INFO
logger.warn("Low fuel level.");
// 禁用, 因为 DEBUG < INFO. 
logger.debug("Starting search for nearest gas station.");

· Appender

Logback 通过Appender#doAppend(E event)将日志事件打印到目的地（允许附加多个Appender即即多个目的地
目前官方已提供 console、文件、远程socket服务、JMS、远程UNIX Syslog进程、MySQL/PostgreSQL/Orcale等数据库的 appender 支持.
注意：

一个 Logger 可以通过Logger#addAppender方法可被附加多个 appender
appender 同样适用于继承结构，且是以追加的方式而非覆盖；
但继承行为可被 Logger 的 additivity 标志影响是否继承（通过Logger#setAdditive设置)
additivity 标志本身也是可继承的

继承示例如下：

Logger Name	Attached Appenders	Additivity Flag	Output Targets
root	A1	not applicable	A1
x	A-x1, A-x2	true	A1, A-x1, A-x2
x.y	none	true	A1, A-x1, A-x2
x.y.z	A-xyz1	true	A1, A-x1, A-x2, A-xyz1
security	A-sec	false	A-sec
security.access	none	true	A-sec

· Layout

表示日志输出格式，其通过接口ch.qos.logback.core#doLayout(E event): String将日志事件格式化为String 返回。
Logback 官方提供 PatternLayout，允许以类似c语言printf来指定输出格式。
可通过将 layout 与 appender 关联，来实现自定义输出格式和目的地；但并不是每个 appender 都需要 layout，比如负责序列化的 SocketAppender 自然不需要 doLayout 转字符串

· Encoder

Encoder的概念在 Logback 0.9.19 中被引入，通过Encoder#encode可将 LoggingEvent 转为 byte[]
目前 Logback 仅提供了 PatternLayoutEncoder 这一个可用的实现，其逻辑很简单：内部构造/包装了 PatternLayout 实例，调用PatternLayout#doLayout得到格式化字串后，再调用String#getBytes返回 byte[]

引入原因：因为Layout#doLayout接口只能将 LoggingEvent 转为 String，这在某些情况下不太灵活，而现在 Encoder 能完全控制字节格式。
比如，在以前的版本中常在FileAppender中嵌套PatternLayout来使用，但现在仅需依赖Encoder

三、使用

1.logback 配置

Logback 初始化时，根据以下顺序尝试配置：

类路径下尝试寻找 logback-test.xml
若没有，类路径下尝试寻找 logback.groovy
若没有，类路径下尝试寻找 logback.xml
若没有，尝试基于 Java SPI 机制寻找 com.qos.logback.classic.spi.Configurator 接口的实现

若以上都没有，Logback 会使用最基本的 BasicConfigurator 配置自己。
这将使用 TTLLLayout（类似 PatternLayout）以"%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n"模式格式化日志，并将 ConsoleAppender 附加到 root Logger，这会输出到控制台，且 root 被指定为 DEBUG 等级。
默认配置等效为以下xml配置：

<configuration>
<appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
<!-- encoders are assigned the type
ch.qos.logback.classic.encoder.PatternLayoutEncoder by default -->
<encoder>
<pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n</pattern>
</encoder>
</appender>

<root level="debug">
<appender-ref ref="STDOUT" />
</root>
</configuration>

可通过以下代码打印当前配置：StatusPrinter.print((LoggerContext) LoggerFactory.getILoggerFactory())
输出：

15:25:46,635 |-INFO in ch.qos.logback.classic.LoggerContext[default] - Could NOT find resource [logback-test.xml]
15:25:46,635 |-INFO in ch.qos.logback.classic.LoggerContext[default] - Could NOT find resource [logback.groovy]
15:25:46,636 |-INFO in ch.qos.logback.classic.LoggerContext[default] - Could NOT find resource [logback.xml]
15:25:46,647 |-INFO in ch.qos.logback.classic.BasicConfigurator@5f16132a - Setting up default configuration.

2.log 整体流程

获取 filter 链决策
应用 basic selection rule
创建 LoggingEvent 对象
调用 appenders
调 Layout 格式化
输出到目的地

四、配置详解

1.配置文件

一些写法/背景知识：

可在值中以 ${KEY:-defaultValue} 的形式引入属性，查找顺序如下：
既支持名称(KEY)中的嵌套，也支持值/默认值的嵌套引用

首先在本地作用域查找（详见<property>）
若没有，在上下文作用域查找
若没有，在JVM系统属性查找
最后，在系统环境变量中查找

预定义属性：

HOSTNAME：系统hostname，是配置时在 context 域中被定义被定义
CONTEXT_NAME：上下文名

一些标签涉及到类的标签（如<definer>、<appender>、<encoder>），其子标签除了规定之外，还可定义与 JavaBean 属性同名，这将调用相应setter注入。

顶级标签

<configuration>
属性：

debug：获知 Logback 内部状态，官方推荐在<configuration>上设置debug属性，而非在代码中调用 StatusPrinter。例：<configuration debug="true">
这也等同于设置状态监听器 OnConsoleStatusListener
例：
```
<configuration>
 <statusListener class="ch.qos.logback.core.status.OnConsoleStatusListener" />  
 
</configuration>
```
scan / scanPeriod：可定期扫描配置文件的更改，并在更改时自动应用。默认每分钟一次
例：<configuration scan="true" scanPeriod="30 seconds" >

packagingData：可令每一行StackTrace输出其对应jar包。需注意，其计算成本高昂
例：<configuration packagingData="true">
输出示例：

14:28:48.835 [btpool0-7] INFO  c.q.l.demo.prime.PrimeAction - 99 is not a valid value
java.lang.Exception: 99 is invalid
at ch.qos.logback.demo.prime.PrimeAction.execute(PrimeAction.java:28) [classes/:na]
at org.apache.struts.action.RequestProcessor.processActionPerform(RequestProcessor.java:431) [struts-1.2.9.jar:1.2.9]
at org.apache.struts.action.RequestProcessor.process(RequestProcessor.java:236) [struts-1.2.9.jar:1.2.9]
at org.apache.struts.action.ActionServlet.doPost(ActionServlet.java:432) [struts-1.2.9.jar:1.2.9]

<configuration>子标签

<include>：从另外的文件引入配置，目标文件必须将其标签放入<included>下。（SpringBoot基础配置便是如此，可参考spring-boot:2.4.0包中base.xml）

file
resource
url
optional：[true | false]，默认若找不到目标文件，将输出警告；可设置为可选避免该行为

<contextName>：设置上下文名称，可作为区分不同多个应用程序到同一target的区分，默认为"default"
示例：

<contextName>myAppName</contextName>
<appender name="STDOUT" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
 <encoder>
 <pattern>%d %contextName [%t] %level %logger{36} - %msg%n</pattern>
</encoder>
</appender>

<property>：配置或引入外部属性，别名

local：默认，会在配置解释时定义，并在结束后清除。
context：上下文作用域，属性将插入到LoggerContext中直到LoggerContext被清除，因此在所有日志事件中都可用。
system：系统作用域，属性将插入到JVM系统属性中
name
value
file：引用文件系统的 .properties 文件
resource：引用类路径上的 variables.properties 文件
scope：

<define>：代码动态定义属性，以 PropertyDefiner#getPropertyValue 方法返回其值

name
class：PropertyDefiner实现全类名

<conversionRule>：自定义转换词

conversionWord：转换词
converterClass：ClassicConverter 实现类全类名

<appender>

<layout>：0或1个
<encoder>：0或多个
<filter>：0或多个
class：若未声明，表示 PatternLayout
class：若未声明，表示 PatternLayoutEncoder
*name：声明Appender名称
*class：要使用的Appender的完全限定名
<appender>、<layout>子标签：

<logger>：0或多个，配置 Logger

<appender-ref> ：0或多个，表附加appender
ref：指定先前
的名称
name（必须）
level：[TRACE | DEBUG | INFO | WARN | ERROR | ALL | OFF]，或者 INHERITED / NULL 表示从上级继承。
additivity：[true | false]
子标签：

<root>：配置根Logger

<appender-ref>
level：根Logger级别不能设置为 INHERITED / NULL
子标签：

2.JVM系统属性

logback.configurationFile：指定配置文件位置，可以是 URL、类路径资源或外部文件系统。也可以在代码中设置（System#setProperty），但必须在创建任意Logger实例之前。
文件扩展名必须是 .xml 或 .groovy
logback.statusListenerClass：可设置为希望注册的 StatusListener 名称

3. PatternLayout 的格式化消息编写规则

基础规则

转换符 '%' 可后跟规定的word，来获取数据字段，如 logger名称，日期，线程名等
转换符可后接格式修饰符(Format modifiers)来指定每个字段最小、最大宽度以及是否左对齐
示例：
写法左对齐最小宽度最大宽度
%20logger false 20 none
%.30logger NA none 30
%-20.30logger true 20 30

写法	左对齐	最小宽度	最大宽度
%20logger	false	20	none
%.30logger	NA	none	30
%-20.30logger	true	20	30

括号"()" 可将部分内容分组，常配合格式修饰符使用
如:
%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread]

输出：
13:09:30 [main] DEBUG c.q.logback.demo.ContextListener - Trying platform Mbean server
13:09:30 [pool-1-thread-1] INFO  ch.qos.logback.demo.LoggingTask - Howdydy-diddly-ho - 0

%-30(%d{HH:mm:ss.SSS} [%thread])

一些关键词可使用转义符\来输出

常用转换词

日志事件的消息：m / msg / messages
日志级别：p / le / level

Logger 名
语法：

c{length}
lo{length}
logger{length}

含义/示例：length表示推荐最大长度，logback会根据该长度适当缩写Logger名，但始终会保证最右段不会缩写

示例	Logger原名称	打印结果
%logger	mainPackage.sub.sample.Bar	mainPackage.sub.sample.Bar
%logger{0}	mainPackage.sub.sample.Bar	Bar
%logger{5}	mainPackage.sub.sample.Bar	m.s.s.Bar
%logger{16}	mainPackage.sub.sample.Bar	m.sub.sample.Bar

上下文名：contextName
日志事件的线程名：t / thread
从"应用启动"到"产生该日志事件"经过的毫秒数：r / relative
日期
语法：
```
d{pattern}
date{pattern}
d{pattern, timezone}
date{pattern, timezone}
```
含义/示例：输出日志事件的日期，其 pattern 语法与 java.text.SimpleDateFormat 格式兼容
在没有 timezone 的情况下，使用 Java 平台默认时区
示例结果
%d 2006-10-20 14:06:49,812
%date{HH:mm:ss.SSS} 14:06:49.812
%date{dd MMM yyyy;HH:mm:ss.SSS} 20 oct. 2006;14:06:49.812
%date{HH:mm:ss.SSS, Australia/Perth}
换行符：n

示例	结果
%d	2006-10-20 14:06:49,812
%date{HH:mm:ss.SSS}	14:06:49.812
%date{dd MMM yyyy;HH:mm:ss.SSS}	20 oct. 2006;14:06:49.812
%date{HH:mm:ss.SSS, Australia/Perth}

异常：
语法：

ex{depth}
exception{depth}
throwable{depth}

ex{depth, evaluator-1, ..., evaluator-n}
exception{depth, evaluator-1, ..., evaluator-n}
throwable{depth, evaluator-1, ..., evaluator-n}

含义/示例：输出与日志事件关联的异常的stacktrace信息，默认输出完整的stacktrace

属性：property{key}
正则替换：replace(p){r,t} 将消息模式p中的r替换为t
如：%replace(%logger %msg){'\.', '/'}将所有"."替换为"/"
MDC（Mapped Diagnostic Contex）字段：%X{filedName}
自定义转换词：

自定义实现 ClassicConverter，重写 convert(ILoggingEvent) 方法

public class MySampleConverter extends ClassicConverter {
 long start = System.nanoTime();

 @Override
 public String convert(ILoggingEvent event) {
  long nowInNanos = System.nanoTime();
  return Long.toString(nowInNanos-start);
 }
}

声明转换词

<configuration>
 <conversionRule conversionWord="nanos" converterClass="chapters.layouts.MySampleConverter" />
 <!-- … -->
</configuration>

性能考虑，应避免使用的转换词

类名：C{length} / class{length}
文件名：F / file
行号：L / line
方法名：M / method
包含jar包信息的异常stacktrace：xEx{depth} / xException{depth}…
及root异常顺序反转的 rEx{depth} / rootException{depth}…

4. 着色（Coloring）

基于ANSI颜色代码，Logback可使用颜色关键词来为分组设置颜色。内置了："%highlight","%black", "%red", "%green","%yellow","%blue", "%magenta","%cyan", "%white", "%gray", "%boldRed","%boldGreen", "%boldYellow", "%boldBlue", "%boldMagenta""%boldCyan", "%boldWhite"
例：
<pattern>%d ${HOSTNAME} [%t] %highlight(%level) %logger{36} - %msg%n %ex{full}</pattern>

踩坑：官方说明使用 jansi 可以做到兼容不兼容ANSI的终端，但 Windows 下始终报错，即便引入了推荐版本仍然报错

<dependency>
 <groupId>org.fusesource.jansi</groupId>
 <artifactId>jansi</artifactId>
 <version>1.17</version>
</dependency>

5.异步Appender

可通过声明AsyncAppender来执行异步日志打印，它只进行日志事件分发，因此必须引用另一个实际Appender才有意义

五、常见需求

根据环境变量动态附加Appender
参考：How to select Logback appender based on property file or environment variable

使用 logback 官方支持的
语法，但同样需要引入 Janino library。参考：configuration
为 Appender 设置 <filter>，并使用环境变量语法动态配置Filter的Level【有些曲线救国，应该仍有性能损耗
使用 SpringProfile

例：

application.yaml
spring:
  profiles:
 active:
   - ${ENV:classiclogs}


<configuration>
 <!-- appender conf…-->
 <springProfile name="jsonlogs">
  <root level="info">
   <appender-ref ref="stdout-json" />
  </root>
 </springProfile>
 <springProfile name="classiclogs">
  <root level="info">
   <appender-ref ref="stdout-classic" />
  </root>
 </springProfile>
</configuration>
六、踩坑