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# 31 | Logger组件：Tomcat的日志框架及实战
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每一个系统都有一些通用的模块，比如日志模块、异常处理模块、工具类等，对于Tomcat来说，比较重要的通用模块有日志、Session管理和集群管理。从今天开始我会分三期来介绍通用模块，今天这一期先来讲日志模块。
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日志模块作为一个通用的功能，在系统里通常会使用第三方的日志框架。Java的日志框架有很多，比如：JUL（Java Util Logging）、Log4j、Logback、Log4j2、Tinylog等。除此之外，还有JCL（Apache Commons Logging）和SLF4J这样的“门面日志”。下面是SLF4J与日志框架Logback、Log4j的关系图：
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我先来解释一下什么是“门面日志”。“门面日志”利用了设计模式中的门面模式思想，对外提供一套通用的日志记录的API，而不提供具体的日志输出服务，如果要实现日志输出，需要集成其他的日志框架，比如Log4j、Logback、Log4j2等。
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这种门面模式的好处在于，记录日志的API和日志输出的服务分离开，代码里面只需要关注记录日志的API，通过SLF4J指定的接口记录日志；而日志输出通过引入JAR包的方式即可指定其他的日志框架。当我们需要改变系统的日志输出服务时，不用修改代码，只需要改变引入日志输出框架JAR包。
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今天我们就来看看Tomcat的日志模块是如何实现的。默认情况下，Tomcat使用自身的JULI作为Tomcat内部的日志处理系统。JULI的日志门面采用了JCL；而JULI的具体实现是构建在Java原生的日志系统`java.util.logging`之上的，所以在看JULI的日志系统之前，我先简单介绍一下Java的日志系统。
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## Java日志系统
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Java的日志包在`java.util.logging`路径下，包含了几个比较重要的组件，我们通过一张图来理解一下：
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从图上我们看到这样几个重要的组件：
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* Logger：用来记录日志的类。
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* Handler：规定了日志的输出方式，如控制台输出、写入文件。
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* Level：定义了日志的不同等级。
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* Formatter：将日志信息格式化，比如纯文本、XML。
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我们可以通过下面的代码来使用这些组件：
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```
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public static void main(String[] args) {
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Logger logger = Logger.getLogger("com.mycompany.myapp");
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logger.setLevel(Level.FINE);
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logger.setUseParentHandlers(false);
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Handler hd = new ConsoleHandler();
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hd.setLevel(Level.FINE);
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logger.addHandler(hd);
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logger.info("start log");
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}
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```
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## JULI
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JULI对日志的处理方式与Java自带的基本一致，但是Tomcat中可以包含多个应用，而每个应用的日志系统应该相互独立。Java的原生日志系统是每个JVM有一份日志的配置文件，这不符合Tomcat多应用的场景，所以JULI重新实现了一些日志接口。
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**DirectJDKLog**
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Log的基础实现类是DirectJDKLog，这个类相对简单，就包装了一下Java的Logger类。但是它也在原来的基础上进行了一些修改，比如修改默认的格式化方式。
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**LogFactory**
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Log使用了工厂模式来向外提供实例，LogFactory是一个单例，可以通过SeviceLoader为Log提供自定义的实现版本，如果没有配置，就默认使用DirectJDKLog。
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private LogFactory() {
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// 通过ServiceLoader尝试加载Log的实现类
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ServiceLoader<Log> logLoader = ServiceLoader.load(Log.class);
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Constructor<? extends Log> m=null;
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for (Log log: logLoader) {
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Class<? extends Log> c=log.getClass();
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try {
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m=c.getConstructor(String.class);
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break;
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}
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catch (NoSuchMethodException | SecurityException e) {
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throw new Error(e);
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}
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}
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//如何没有定义Log的实现类，discoveredLogConstructor为null
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discoveredLogConstructor = m;
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}
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下面的代码是LogFactory的getInstance方法：
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public Log getInstance(String name) throws LogConfigurationException {
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//如果discoveredLogConstructor为null，也就没有定义Log类，默认用DirectJDKLog
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if (discoveredLogConstructor == null) {
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return DirectJDKLog.getInstance(name);
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}
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try {
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return discoveredLogConstructor.newInstance(name);
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} catch (ReflectiveOperationException | IllegalArgumentException e) {
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throw new LogConfigurationException(e);
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}
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}
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**Handler**
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在JULI中就自定义了两个Handler：FileHandler和AsyncFileHandler。FileHandler可以简单地理解为一个在特定位置写文件的工具类，有一些写操作常用的方法，如open、write(publish)、close、flush等，使用了读写锁。其中的日志信息通过Formatter来格式化。
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AsyncFileHandler继承自FileHandler，实现了异步的写操作。其中缓存存储是通过阻塞双端队列LinkedBlockingDeque来实现的。当应用要通过这个Handler来记录一条消息时，消息会先被存储到队列中，而在后台会有一个专门的线程来处理队列中的消息，取出的消息会通过父类的publish方法写入相应文件内。这样就可以在大量日志需要写入的时候起到缓冲作用，防止都阻塞在写日志这个动作上。需要注意的是，我们可以为阻塞双端队列设置不同的模式，在不同模式下，对新进入的消息有不同的处理方式，有些模式下会直接丢弃一些日志：
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```
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OVERFLOW_DROP_LAST：丢弃栈顶的元素
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OVERFLOW_DROP_FIRSH：丢弃栈底的元素
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OVERFLOW_DROP_FLUSH：等待一定时间并重试，不会丢失元素
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OVERFLOW_DROP_CURRENT：丢弃放入的元素
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**Formatter**
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Formatter通过一个format方法将日志记录LogRecord转化成格式化的字符串，JULI提供了三个新的Formatter。
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* OnlineFormatter：基本与Java自带的SimpleFormatter格式相同，不过把所有内容都写到了一行中。
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* VerbatimFormatter：只记录了日志信息，没有任何额外的信息。
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* JdkLoggerFormatter：格式化了一个轻量级的日志信息。
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**日志配置**
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Tomcat的日志配置文件为Tomcat文件夹下`conf/logging.properties`。我来拆解一下这个配置文件，首先可以看到各种Handler的配置：
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```
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handlers = 1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler, 2localhost.org.apache.juli.AsyncFileHandler, 3manager.org.apache.juli.AsyncFileHandler, 4host-manager.org.apache.juli.AsyncFileHandler, java.util.logging.ConsoleHandler
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.handlers = 1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler, java.util.logging.ConsoleHandler
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```
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以`1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler`为例，数字是为了区分同一个类的不同实例；catalina、localhost、manager和host-manager是Tomcat用来区分不同系统日志的标志；后面的字符串表示了Handler具体类型，如果要添加Tomcat服务器的自定义Handler，需要在字符串里添加。
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接下来是每个Handler设置日志等级、目录和文件前缀，自定义的Handler也要在这里配置详细信息:
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```
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1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.level = FINE
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1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.directory = ${catalina.base}/logs
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1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.prefix = catalina.
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1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.maxDays = 90
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1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.encoding = UTF-8
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## Tomcat + SLF4J + Logback
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在今天文章开头我提到，SLF4J和JCL都是日志门面，那它们有什么区别呢？它们的区别主要体现在日志服务类的绑定机制上。JCL采用运行时动态绑定的机制，在运行时动态寻找和加载日志框架实现。
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SLF4J日志输出服务绑定则相对简单很多，在编译时就静态绑定日志框架，只需要提前引入需要的日志框架。另外Logback可以说Log4j的进化版，在性能和可用性方面都有所提升。你可以参考官网上这篇[文章](https://logback.qos.ch/reasonsToSwitch.html)来了解Logback的优势。
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基于此我们来实战一下如何将Tomcat默认的日志框架切换成为“SLF4J + Logback”。具体的步骤是：
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1.根据你的Tomcat版本，从[这里](https://github.com/tomcat-slf4j-logback/tomcat-slf4j-logback/releases)下载所需要文件。解压后你会看到一个类似于Tomcat目录结构的文件夹。
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2.替换或拷贝下列这些文件到Tomcat的安装目录：
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3.删除`<Tomcat>/conf/logging.properties`
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4.启动Tomcat
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## 本期精华
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今天我们谈了日志框架与日志门面的区别，以及Tomcat的日志模块是如何实现的。默认情况下，Tomcat的日志模板叫作JULI，JULI的日志门面采用了JCL，而具体实现是基于Java默认的日志框架Java Util Logging，Tomcat在Java Util Logging基础上进行了改造，使得它自身的日志框架不会影响Web应用，并且可以分模板配置日志的输出文件和格式。最后我分享了如何将Tomcat的日志模块切换到时下流行的“SLF4J + Logback”，希望对你有所帮助。
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## 课后思考
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Tomcat独立部署时，各种日志都输出到了相应的日志文件，假如Spring Boot以内嵌式的方式运行Tomcat，这种情况下Tomcat的日志都输出到哪里去了？
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不知道今天的内容你消化得如何？如果还有疑问，请大胆的在留言区提问，也欢迎你把你的课后思考和心得记录下来，与我和其他同学一起讨论。如果你觉得今天有所收获，欢迎你把它分享给你的朋友。
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