Tomcat的日志框架及实战

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于Tomcat的日志框架及实战。

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。

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：

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。

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。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。

一、Java 日志系统

Java 的日志包在java.util.logging路径下，包含了几个比较重要的组件，一张图来理解一下：

从图上我们看到这样几个重要的组件：

• Logger：用来记录日志的类。
• Handler：规定了日志的输出方式，如控制台输出、写入文件。
• Level：定义了日志的不同等级。
• Formatter：将日志信息格式化，比如纯文本、XML。

我们可以通过下面的代码来使用这些组件：

public static void main(String[] args) {
  Logger logger = Logger.getLogger("com.mycompany.myapp");
  logger.setLevel(Level.FINE);
  logger.setUseParentHandlers(false);
  Handler hd = new ConsoleHandler();
  hd.setLevel(Level.FINE);
  logger.addHandler(hd);
  logger.info("start log"); 
}

二、JULI

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。

一个tomcat进程就是一个JVM，老师的意思是一个tomcat下，如果有多个应用，但是这些应用共享一份日志的配置文件，所以JULI 重新实现了一些日志接口。

1、DirectJDKLog

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。

2、LogFactory

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。

private LogFactory() {
    // 通过ServiceLoader尝试加载Log的实现类
    ServiceLoader<Log> logLoader = ServiceLoader.load(Log.class);
    Constructor<? extends Log> m=null;
    
    for (Log log: logLoader) {
        Class<? extends Log> c=log.getClass();
        try {
            m=c.getConstructor(String.class);
            break;
        }
        catch (NoSuchMethodException | SecurityException e) {
            throw new Error(e);
        }
    }
    
    //如何没有定义Log的实现类，discoveredLogConstructor为null
    discoveredLogConstructor = m;
}

下面的代码是 LogFactory 的 getInstance 方法：

public Log getInstance(String name) throws LogConfigurationException {
    //如果discoveredLogConstructor为null，也就没有定义Log类，默认用DirectJDKLog
    if (discoveredLogConstructor == null) {
        return DirectJDKLog.getInstance(name);
    }

    try {
        return discoveredLogConstructor.newInstance(name);
    } catch (ReflectiveOperationException | IllegalArgumentException e) {
        throw new LogConfigurationException(e);
    }
}

3、Handler

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。

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：

OVERFLOW_DROP_LAST：丢弃栈顶的元素 
OVERFLOW_DROP_FIRSH：丢弃栈底的元素 
OVERFLOW_DROP_FLUSH：等待一定时间并重试，不会丢失元素 
OVERFLOW_DROP_CURRENT：丢弃放入的元素

4、Formatter

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。

• 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。
• VerbatimFormatter：只记录了日志信息，没有任何额外的信息。
• JdkLoggerFormatter：格式化了一个轻量级的日志信息。

5、日志配置

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：

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
.handlers = 1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler, java.util.logging.ConsoleHandler

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。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:

1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.level = FINE
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.directory = ${catalina.base}/logs
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.prefix = catalina.
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.maxDays = 90
1catalina.org.apache.juli.AsyncFileHandler.encoding = UTF-8

三、Tomcat + SLF4J + Logback

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。

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。

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：

1. 根据你的 Tomcat 版本，从这里下载所需要文件。解压后你会看到一个类似于 Tomcat 目录结构的文件夹。
2. 替换或拷贝下列这些文件到 Tomcat 的安装目录：
3. 删除/conf/logging.properties
4. 启动 Tomcat

四、总结

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。

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？

打印在控制台。如果有配置logging.path logging.file就输出到文件上