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搞懂Java日誌級別,重複記錄、遺失日誌問題

coldplay.xixi
發布: 2020-12-11 17:26:34
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java基礎教學專欄介紹如何解決Java日誌等級等問題

搞懂Java日誌級別,重複記錄、遺失日誌問題

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1 日誌常見錯因

1.1 日誌框架繁多

不同類別庫可能使用不同日誌框架,相容是個難題

#1.2 配置複雜且容易出錯

日誌配置文件通常很繁雜,很多同學習慣從其他項目或網上博客直接複製份配置文件,但卻不仔細研究如何修改。常見錯誤發生於重複記錄日誌、同步日誌的效能、非同步記錄的錯誤配置。

1.3 日誌記錄本身就有些誤解

例如沒考慮到日誌內容取得的代價、胡亂使用日誌等級等。

2 SLF4J

Logback、Log4j、Log4j2、commons-logging、JDK自帶的java.util.logging等,都是Java系統的日誌框架,確實非常多。而不同的類別庫,也可能選擇使用不同的日誌框架。這樣一來,日誌的統一管理就變得非常困難。

  • SLF4J(Simple Logging Facade For Java)就為解決該問題

  • 提供統一的日誌門面API,即圖中紫色部分,實現中立的日誌記錄API
  • 橋接功能,藍色部分,把各種日誌框架API(綠色部分)橋接到SLF4J API。這樣即便你的程式中使用各種日誌API記錄日誌,最終都可以橋接到SLF4J門面API。
  • 適配功能,紅色部分,可實現SLF4J API和實際日誌框架(灰色部分)綁定。
    SLF4J只是日誌標準,還是需要實際日誌框架。日誌框架本身未實作SLF4J API,所以需前置轉換。 Logback就是以SLF4J API標準實現,所以才無需綁定模組做轉換。

雖然可用log4j-over-slf4j實作Log4j橋接到SLF4J,也可使用slf4j-log4j12實作SLF4J適配到Log4j,也把它們畫到了一列,但是它不能同時使用它們,否則就會產生死循環。 jcl和jul同理。

雖然圖中有4個灰色的日誌實作框架,但日常業務使用最多的還是Logback和Log4j,都是同一人開發的。 Logback可認為是Log4j改進版,更建議使用,基本上已是主流。

Spring Boot的日誌框架也是Logback。那為什麼我們沒有手動引進Logback包,就可以直接使用Logback?

spring-boot-starter模組依賴spring-boot-starter-logging模組
spring-boot-starter-logging模組自動引入logback -classic(包含SLF4J和Logback日誌框架)和SLF4J的一些適配器。其中,log4j-to-slf4j用來實作Log4j2 API到SLF4J的橋接,jul-to-slf4j則是實作java.util.logging API到SLF4J的橋接。

3 日誌重複記錄

日誌重複記錄不僅給查看日誌和統計工作帶來不必要的麻煩,還會增加磁碟和日誌收集系統的負擔。

logger配置繼承關係導致日誌重複記錄

  • 定義一個方法實作debug、info、warn和error四種日誌的記錄

  • Logback設定

  • 設定看沒啥問題,執行方法後出現日誌重複記錄

  • 分析
    CONSOLE這個Appender同時掛載到了兩個Logger,定義的<logger><root>,由於定義的<logger>繼承自<root>,所以同一日誌既會透過logger記錄,也會傳送到root記錄,因此應用package下日誌出現重複記錄。

如此配置的初衷是啥呢?
內心是想實現自訂logger配置,讓應用程式內的日誌暫時開啟DEBUG等級日誌記錄。其實,這無需重複掛載Appender,去掉<logger>下掛載的Appender即可:

<logger name="org.javaedge.time.commonmistakes.logging" level="DEBUG"/>
登入後複製

若自訂<logger>請把日誌輸出到不同Appender:
例如

  • 應用程式日誌輸出到檔案app.log
  • 其他框架日誌輸出到控制台

可設定<logger>additivity屬性為false,這就不會繼承<root>的Appender

錯誤配置LevelFilter造成日誌重複

  • 在記錄日誌到控制台的同時,把日誌記錄依照不同等級記錄到兩個檔案

  • 執行結果

  • info.log 檔案包含INFO、WARN和ERROR三級日誌,不符合預期

  • error.log包含WARN和ERROR兩個等級日誌,導致日誌重複收集

  • #事故問責
    有些公司使用自動化ELK方案收集日誌,日誌會同時輸出到控制台和文件,開發人員在本地測試不會關心文件中記錄的日誌,而在測試和生產環境又因為開發人員沒有伺服器存取權限,所以原始日誌文件中的重複問題難以發現。

日誌到底為何重複呢?

ThresholdFilter原始碼解析

  • 日誌等級≥ 設定等級 傳回NEUTRAL,繼續呼叫過濾器鏈上的下個篩選器
  • 否則回傳DENY,直接拒絕記錄日誌

#該案例我們將ThresholdFilter# WARN,因此可記錄WARNERROR等級日誌。

LevelFilter

用於比較日誌級別,然後進行相應處理。

  • 若符合就呼叫onMatch定義的處理方式:預設交給下一個篩選器處理(AbstractMatcherFilter基底類別中定義的預設值)
  • #否則呼叫onMismatch定義的處理方式:預設也是交給下一個過濾器


ThresholdFilter 不同,LevelFilter僅配置level無法真正運作

由於未配置onMatch和onMismatch屬性,所以該過濾器失效,導致INFO以上等級日誌都記錄了。

修正

配置LevelFilter的onMatch屬性為ACCEPT,表示接收INFO等級的日誌;配置onMismatch屬性為DENY,表示除了INFO等級都不記錄:

如此,_info.log檔案只會有INFO等級日誌,不會再出現日誌重複。

4 非同步日誌提高效能?

知道到底如何正確將日誌輸出到檔案後,就該考慮如何避免日誌記錄成為系統效能瓶頸。這可解決,磁碟(如機械磁碟)IO效能較差、日誌量又很大的情況下,如何記錄日誌問題。

定義如下的日誌配置,一共有兩個Appender:

FILE是一個FileAppender,用來記錄所有的日誌;
CONSOLE是一個ConsoleAppender,用來記錄帶有time標記的日誌。

把大量日誌輸出到檔案中,日誌檔案會非常大,如果效能測試結果也混在其中的話,就很難找到那個日誌。所以,這裡使用EvaluatorFilter對日誌按照標記進行過濾,並將過濾出的日誌單獨輸出到控制台上。在該案例中給輸出測試結果的那段日誌上做了time標記。

搭配使用標記和EvaluatorFilter,實作日誌的按標籤過濾

  • 測試程式碼:實現記錄指定次數的大日誌,每個日誌包含1MB位元組的模擬數據,最後記錄一條以time為標記的方法執行耗時日誌:

執行程式後可以看到,記錄1000次日誌和10000次日誌的呼叫耗時,分別是5.1秒和39秒

對只記錄檔案日誌的程式碼,這耗時過長。

原始碼解析

FileAppender繼承自OutputStreamAppender

在追加日誌時,是直接把日誌寫入OutputStream中,屬同步記錄日誌

所以日志大量写入才会旷日持久。如何才能实现大量日志写入时,不会过多影响业务逻辑执行耗时而影响吞吐量呢?

AsyncAppender

使用Logback的AsyncAppender

即可实现异步日志记录。AsyncAppender类似装饰模式,在不改变类原有基本功能情况下为其增添新功能。这便可把AsyncAppender附加在其他Appender,将其变为异步。

定义一个异步Appender ASYNCFILE,包装之前的同步文件日志记录的FileAppender, 即可实现异步记录日志到文件

  • 记录1000次日志和10000次日志的调用耗时,分别是537毫秒和1019毫秒

异步日志真的如此高性能?并不,因为这并没有记录下所有日志。

AsyncAppender异步日志坑

  • 记录异步日志撑爆内存
  • 记录异步日志出现日志丢失
  • 记录异步日志出现阻塞。

案例

模拟慢日志记录场景:
首先,自定义一个继承自ConsoleAppenderMySlowAppender,作为记录到控制台的输出器,写入日志时休眠1秒。

  • 配置文件中使用AsyncAppender,将MySlowAppender包装为异步日志记录

  • 测试代码

  • 耗时很短但出现日志丢失:要记录1000条日志,最终控制台只能搜索到215条日志,而且日志行号变问号。

  • 原因分析
    AsyncAppender提供了一些配置参数,而当前没用对。

源码解析

  • includeCallerData
    默认false:方法行号、方法名等信息不显示
  • queueSize
    控制阻塞队列大小,使用的ArrayBlockingQueue阻塞队列,默认容量256:内存中最多保存256条日志
  • discardingThreshold
    丢弃日志的阈值,为防止队列满后发生阻塞。默认队列剩余容量 < 队列长度的20%,就会丢弃TRACE、DEBUG和INFO级日志
  • neverBlock
    控制队列满时,加入的数据是否直接丢弃,不会阻塞等待,默认是false
    • 队列满时:offer不阻塞,而put会阻塞
    • neverBlock为true时,使用offer
public class AsyncAppender extends AsyncAppenderBase<ILoggingEvent> {
	// 是否收集调用方数据
    boolean includeCallerData = false;
    protected boolean isDiscardable(ILoggingEvent event) {
        Level level = event.getLevel();
        // 丢弃 ≤ INFO级日志
        return level.toInt() <= Level.INFO_INT;
    }
    protected void preprocess(ILoggingEvent eventObject) {
        eventObject.prepareForDeferredProcessing();
        if (includeCallerData)
            eventObject.getCallerData();
    }}public class AsyncAppenderBase<E> extends UnsynchronizedAppenderBase<E> implements AppenderAttachable<E> {

	// 阻塞队列:实现异步日志的核心
    BlockingQueue<E> blockingQueue;
    // 默认队列大小
    public static final int DEFAULT_QUEUE_SIZE = 256;
    int queueSize = DEFAULT_QUEUE_SIZE;
    static final int UNDEFINED = -1;
    int discardingThreshold = UNDEFINED;
    // 当队列满时:加入数据时是否直接丢弃,不会阻塞等待
    boolean neverBlock = false;

    @Override
    public void start() {
       	...
        blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<E>(queueSize);
        if (discardingThreshold == UNDEFINED)
        //默认丢弃阈值是队列剩余量低于队列长度的20%,参见isQueueBelowDiscardingThreshold方法
            discardingThreshold = queueSize / 5;
        ...
    }

    @Override
    protected void append(E eventObject) {
        if (isQueueBelowDiscardingThreshold() && isDiscardable(eventObject)) { //判断是否可以丢数据
            return;
        }
        preprocess(eventObject);
        put(eventObject);
    }

    private boolean isQueueBelowDiscardingThreshold() {
        return (blockingQueue.remainingCapacity() < discardingThreshold);
    }

    private void put(E eventObject) {
        if (neverBlock) { //根据neverBlock决定使用不阻塞的offer还是阻塞的put方法
            blockingQueue.offer(eventObject);
        } else {
            putUninterruptibly(eventObject);
        }
    }
    //以阻塞方式添加数据到队列
    private void putUninterruptibly(E eventObject) {
        boolean interrupted = false;
        try {
            while (true) {
                try {
                    blockingQueue.put(eventObject);
                    break;
                } catch (InterruptedException e) {
                    interrupted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (interrupted) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }}
登入後複製

默认队列大小256,达到80%后开始丢弃<=INFO级日志后,即可理解日志中为什么只有两百多条INFO日志了。

queueSize 过大

可能导致OOM

queueSize 较小

默认值256就已经算很小了,且discardingThreshold设置为大于0(或为默认值),队列剩余容量少于discardingThreshold的配置就会丢弃<=INFO日志。这里的坑点有两个:

  1. 因为discardingThreshold,所以设置queueSize时容易踩坑。
    比如本案例最大日志并发1000,即便置queueSize为1000,同样会导致日志丢失
  2. discardingThreshold参数容易有歧义,它不是百分比,而是日志条数。对于总容量10000队列,若希望队列剩余容量少于1000时丢弃,需配置为1000

neverBlock 默认false

意味总可能会出现阻塞。

  • discardingThreshold = 0,那么队列满时再有日志写入就会阻塞
  • discardingThreshold != 0,也只丢弃≤INFO级日志,出现大量错误日志时,还是会阻塞

queueSize、discardingThreshold和neverBlock三参密不可分,务必按业务需求设置:

  • 若优先绝对性能,设置neverBlock = true,永不阻塞
  • 若优先绝不丢数据,设置discardingThreshold = 0,即使≤INFO级日志也不会丢。但最好把queueSize设置大一点,毕竟默认的queueSize显然太小,太容易阻塞。
  • 若兼顾,可丢弃不重要日志,把queueSize设置大点,再设置合理的discardingThreshold

以上日志配置最常见两个误区

再看日誌記錄本身的誤解。

使用日誌佔位符就無需判斷日誌等級?

SLF4J的{}佔位符語法,到真正記錄日誌時才會取得實際參數,因此解決了日誌數據獲取的效能問題。
這說法對嗎?

  • 驗證程式碼:傳回結果耗時1秒

#若記錄DEBUG日誌,並設定只記錄>=INFO等級日誌,程式是否也會耗時1秒?
三種方法測試:

  • 拼接字串方式記錄slowString
  • 使用佔位符號方式記錄slowString
  • 先判斷日誌等級是否啟用DEBUG。


前兩個方式都會呼叫slowString,所以都耗時1s。且方式二就是使用佔位符記錄slowString,這種方式雖允許傳Object,不顯式拼接String,但也只是延遲(若日誌不記錄那就是省去)日誌參數物件.toString()字串拼接的耗時。

本案例除非事先判斷日誌級別,否則必定會呼叫slowString。
所以使用{}佔位符不能透過延遲參數值來獲取,來解決日誌資料所取得的效能問題。

除事先判斷日誌級別,還可透過lambda表達式延遲參數內容取得。但SLF4J的API還不支援lambda,因此需使用Log4j2日誌API,把Lombok的@Slf4j註解替換為**@Log4j2**註解,即可提供lambda表達式參數的方法:

這樣呼叫debug,簽章Supplier,參數就會延遲到真正需要記錄日誌時再取得:



##所以debug4並不會呼叫slowString方法


只是換成

Log4j2 API,真正的日誌記錄還是走的Logback,這就是SLF4J適配的好處。

總結

    SLF4J統一了Java日誌框架。在使用SLF4J時,要理清楚其橋接API和綁定。若程式啟動時出現SLF4J錯誤提示,那可能是設定問題,可使用Maven的dependency:tree指令來梳理依賴關係。
  • 非同步日誌解決效能問題,是用空間換時間。但空間畢竟有限,當空間滿,要考慮阻塞等待or丟棄日誌。如果更希望不丟棄重要日誌,那麼選擇阻塞等待;如果更希望程式不要因為日誌記錄而阻塞,那麼就需要丟棄日誌。
  • 日誌框架提供的參數化日誌記錄方式不能完全取代日誌等級判斷。若你的日誌量很大,取得日誌參數代價也很大,就要判斷日誌級別,避免不記錄日誌也要耗時取得日誌參數。

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