封裝SLF4J/Log4j，不再處處定義logger變量

作者：瘋狂的愛因斯坦 2016-10-21 13:10:18

我們打印的日志通暢都帶有調用方的信息，如類名、方法名、行數、時間等，其中類名、方法名、行數都是極其關鍵的信息，但是使用上述的方法來輸出日志的話，這三個信息都變成Logger這個類的信息，而不是調用方的信息，這顯然是無法忍受的事。

自從開始使用日志組件后，每個類都是這樣子的結構:

public class A { 
  public static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(A.class); 
 
}

這是一件相當煩人事，必須對他進行封裝，使得我們能夠通過這樣的方法來調用：

public class A { 
    public void methodA() { 
        Logger.debug("Nice!"); 
    } 
}

最簡單的版本

開始動手后，用最簡單的方法封裝出了***個版本:

// cn.hjktech.slf4j.Logger 
public class Logger { 
    private static final org.slf4j.Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Logger.class);; 
    ... 
    public static void debug(...) { 
        logger.debug(...); 
        ... 
    } 
    ... 
}

看起來很美好，但測試后發現這種方法會有一個很嚴重的問題：我們打印的日志通暢都帶有調用方的信息，如類名、方法名、行數、時間等，其中類名、方法名、行數都是極其關鍵的信息，但是使用上述的方法來輸出日志的話，這三個信息都變成Logger這個類的信息，而不是調用方的信息，這顯然是無法忍受的事。

當然不能就這樣了事，既然正常使用的方法能輸出正確的信息，那么肯定是有辦法可以實現的，我們希望最終的結果是調用Logger.debug(..)打印出來的信息都是完全正確的。

分析源碼

此時寫個demo來debug跟進一下：

public class TestLog { 
    @Test 
    public void logTest() { 
        // 在此處打斷點 
        LoggerFactory.getLogger(TestLog.class).debug("看看執行流程"); 
    } 
}

發現最終輸出的日志字符串是在PatternLayout.format方法(Logback則是PatternLayoutBase.writeLoopOnConverters方法)中生成的，方法代碼如下：

// Log4j 
public String format(LoggingEvent event) { 
    // Reset working stringbuffer 
    if(sbuf.capacity() > MAX_CAPACITY) { 
        sbuf = new StringBuffer(BUF_SIZE); 
    } else { 
        sbuf.setLength(0); 
    } 
 
    PatternConverter c = head; 
 
    while(c != null) { 
        c.format(sbuf, event); 
        c = c.next; 
    } 
    return sbuf.toString(); 
}

其中head指向一個類型為PatternConverter(Logback中是: Converter)的鏈表，這個鏈表的節點是在日志類初始化的時候，根據你日志配置文件里的ConversionPattern生成的，比如我的log4j.properties中是這樣配置的:

log4j.appender.SOUT_LOGGER.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd-HH-mm,SSS} %p [%c] [%t] (%F:%L) %l - %m%n

那么這個鏈表的結構就是(括號中代表存儲的信息):

DatePatternConverter(時間點)           -> LiteralPatternConverter(" ")   ->  
BasicPatternConverter(LEVEL)          -> LiteralPatternConverter("[")   ->  
CategoryPatternConverter(LoggerName)  -> LiteralPatternConverter("] [") ->  
BasicPatternConverter(線程名)          -> LiteralPatternConverter("] (") -> 
LocationPatternConverter(所在類)       -> LiteralPatternConverter(":")   ->  
LocationPatternConverter(所在行)       -> LiteralPatternConverter(") -") ->  
BasicPatternConverter(日志串)          -> LiteralPatternConverter("\n")  ->

根據這個鏈表生成日志字符串類似這樣:

2016-10-17-13-42,449 DEBUG [TestLog] [main] (TestLog.java:14) - Excuse me?

那么現在目標很明確了，我們要使LocationPatternConverter的輸出為我們真正打印紙日的類的信息，繼續跟進到PatternConverter.format(LocationPatternConverter的父類)方法，其內部生成了一個LocationInfo對象，該類的構造方法中如下：

for(int i = elements.length - 1; i >= 0; i--) { 
    // 獲取第i幀的類名 
    String thisClass = (String) getClassNameMethod.invoke(elements[i], noArgs); 
    if(fqnOfCallingClass.equals(thisClass)) { 
        // 如果類名和fqnOfCallingClass相等，則認為i + 1幀是代碼中實際調用方法的 
        int caller = i + 1; 
        if (caller < elements.length) { 
            // 記錄實際調用類的類名 
            className = prevClass; 
            // 記錄實際調用的方法名 
            methodName = (String) getMethodNameMethod.invoke(elements[caller], noArgs); 
            // 記錄實際調用類所在的文件名 
            fileName = (String) getFileNameMethod.invoke(elements[caller], noArgs); 
            if (fileName == null) { 
                fileName = NA; 
            } 
            // 記錄調用日志方法的行數 
            int line = ((Integer) getLineNumberMethod.invoke(elements[caller], noArgs)).intValue(); 
            if (line < 0) { 
                lineNumber = NA; 
            } else { 
                lineNumber = String.valueOf(line); 
            } 
            // 拼接成最終要輸出到日志的字符串， 如：TestLog.logTest(TestLog.java:14) 
            StringBuffer buf = new StringBuffer(); 
            buf.append(className); 
            buf.append("."); 
            buf.append(methodName); 
            buf.append("("); 
            buf.append(fileName); 
            buf.append(":"); 
            buf.append(lineNumber); 
            buf.append(")"); 
            this.fullInfo = buf.toString(); 
        } 
        return; 
    } 
    // 記錄上一幀的類名 
    prevClass = thisClass; 
}

其中elements是當前方法調用棧的堆棧軌跡，這段代碼通過遍歷堆棧軌跡每一幀的類名并和fqnOfCallingClass比較，如果相符的話，則認為它的上一幀是實際調用方法。

如下圖中，fqnOfCallingClass的值是org.slf4j.impl.Log4jLoggerAdapter，而在堆棧軌跡總可以發現類的上一個幀正好是我們的實際調用類TestLog.logTest：

因此，我們現在只需要讓fqnOfCallingClass的值變成我們封裝的日志類cn.hjktech.slf4j.Logger就大功告成了。fqnOfCallingClass是LoggingEvent.getLocationInformation創建LocationInfo時傳入的參數，而LoggingEvent又是在Category.forcedLog方法中創建的，并且繼續網上追蹤，會發現fqnOfCallingClass的值最終來源于org.slf4j.impl.Log4jLoggerAdapter這個類:

public final class Log4jLoggerAdapter extends MarkerIgnoringBase implements LocationAwareLogger, Serializable { 
    ... 
    static final String FQCN = Log4jLoggerAdapter.class.getName(); 
    ... 
}

而如果沒有配合SLF4J使用時，fqnOfCallingClass的值則來源于org.apache.log4j.Logger類：

public class Logger extends Category { 
    ... 
    private static final String FQCN = Logger.class.getName(); 
    .... 
}

代理Logger類來修改FQCN

好了，現在我們只需要修改這個值就行了。***反應是使用反射去掉final修飾符，然后修改它的值，這種方法雖然對我們自己的代碼可行，但是當引入其它框架，并且其它框架也使用的Log4j時，就會導致它們的日志信息出錯，因為它們并不是調用的我們封裝的Logger工具類，它們日志的堆棧軌跡中不會有我們工具類(如cn.hjktech.slf4j.Logger)，因此我們需要另尋它法。

既然通過反射行不通，那么我們可以通過動態代理的方式，在構造LoggingEvent對象之前將FQCN這個參數的值給替換掉，在跟蹤過程中發現Log4jLoggerAdapter最終都是調用的org.apache.log4j.Logger.log方法并將FQCN最為參數傳入，因此org.apache.log4j.Logger這個類就是我們要代理的類了。

了解JDK代理的人都知道，使用的條件是被代理類必須實現某一個接口，而org.apache.log4j.Logger.log這個方法并不是來自于某一個接口，所以我們選擇使用Cglib：

// cn.hjktech.slf4j.Logger 
public class Logger { 
    private static org.slf4j.Logger logger; 
    private static final String FQCN = Logger.class.getName(); 
 
    static { 
        try { 
            Enhancer eh = new Enhancer(); 
            eh.setSuperclass(org.apache.log4j.Logger.class); 
            eh.setCallbackType(LogInterceptor.class); 
            Class c = eh.createClass(); 
            Enhancer.registerCallbacks(c, new LogInterceptor[]{new LogInterceptor()}); 
            Constructor<org.apache.log4j.Logger> constructor = c.getConstructor(String.class); 
            org.apache.log4j.Logger loggerProxy= constructor.newInstance(Logger.class.getName()); 
            ... 
        } catch (...) { 
            throw new RuntimeException("初始化Logger失敗", e); 
        } 
    } 
 
    private static class LogInterceptor implements MethodInterceptor { 
        public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable { 
            // 只攔截log方法。 
            if (objects.length != 4 || !method.getName().equals("log")) 
                return methodProxy.invokeSuper(o, objects); 
            // 替換傳給log方法的***個參數為我們自定義的FQCN 
            objects[0] = FQCN; 
            return methodProxy.invokeSuper(o, objects); 
        } 
    } 
}

代理defaultFactory

現在我們已經有了被代理的loggerProxy對象了，我們還需要將這個對象賦值給Log4jLoggerAdapter的logger成員變量，

logger成員變量是在Log4jLoggerAdapter的構造方法中被作為參數傳入的，它的來源如下圖：

從上圖中可以看到，LogManager.getLoggerRepository方法返回的對象中持有defaultFactory對象，因此我還需要代理這個對象，將它產生的'logger'對象替換成我們的'logger'就大功告成了，并且makeNewLoggerInstance方法是在LoggerFactory接口中定義的，所以我們只需要使用JDK的動態代理就可以完成了。實現代碼如下：

static { 
    try { 
        ... 
        LoggerRepository loggerRepository = LogManager.getLoggerRepository(); 
        org.apache.log4j.spi.LoggerFactory lf = ReflectionUtil.getFieldValue(loggerRepository, "defaultFactory"); 
        Object loggerFactoryProxy = Proxy.newProxyInstance( 
            LoggerFactory.class.getClassLoader(), 
            new Class[]{LoggerFactory.class}, 
            new NewLoggerHandler(loggerProxy) 
        ); 
 
        ReflectionUtil.setFieldValue(loggerRepository, "defaultFactory", loggerFactoryProxy); 
            logger = org.slf4j.LoggerFactory.getLogger(Logger.class.getName()); 
        ReflectionUtil.setFieldValue(loggerRepository, "defaultFactory", lf); 
    } catch (...) { 
        throw new RuntimeException("初始化Logger失敗", e); 
    } 
} 
 
private static class NewLoggerHandler implements InvocationHandler { 
    private final org.apache.log4j.Logger proxyLogger; 
 
    public NewLoggerHandler(org.apache.log4j.Logger proxyLogger) { 
        this.proxyLogger = proxyLogger; 
    } 
 
    @Override 
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { 
        return proxyLogger; 
    } 
}

實現流程和最終代碼

我們最終實現方案如下：

Logger的代碼如下:

public class Logger { 
    private static org.slf4j.Logger logger; 
    private static final String FQCN = Logger.class.getName(); 
     
    static { 
        try { 
            Enhancer eh = new Enhancer(); 
            eh.setSuperclass(org.apache.log4j.Logger.class); 
            eh.setCallbackType(LogInterceptor.class); 
            Class c = eh.createClass(); 
            Enhancer.registerCallbacks(c, new LogInterceptor[]{new LogInterceptor()}); 
 
            Constructor<org.apache.log4j.Logger> constructor = c.getConstructor(String.class); 
            org.apache.log4j.Logger loggerProxy = constructor.newInstance(Logger.class.getName()); 
 
            LoggerRepository loggerRepository = LogManager.getLoggerRepository(); 
            org.apache.log4j.spi.LoggerFactory lf = ReflectionUtil.getFieldValue(loggerRepository, "defaultFactory"); 
            Object loggerFactoryProxy = Proxy.newProxyInstance( 
                LoggerFactory.class.getClassLoader(), 
                new Class[]{LoggerFactory.class}, 
                new NewLoggerHandler(loggerProxy) 
            ); 
 
            ReflectionUtil.setFieldValue(loggerRepository, "defaultFactory", loggerFactoryProxy); 
            logger = org.slf4j.LoggerFactory.getLogger(Logger.class.getName()); 
            ReflectionUtil.setFieldValue(loggerRepository, "defaultFactory", lf); 
        } catch ( 
            IllegalAccessException | 
                NoSuchMethodException | 
                InvocationTargetException | 
                InstantiationException e) { 
            throw new RuntimeException("初始化Logger失敗", e); 
        } 
    } 
 
    private static class LogInterceptor implements MethodInterceptor { 
        public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable { 
            // 只攔截log方法。 
            if (objects.length != 4 || !method.getName().equals("log")) 
                return methodProxy.invokeSuper(o, objects); 
            objects[0] = FQCN; 
            return methodProxy.invokeSuper(o, objects); 
        } 
    } 
 
    private static class NewLoggerHandler implements InvocationHandler { 
        private final org.apache.log4j.Logger proxyLogger; 
 
        public NewLoggerHandler(org.apache.log4j.Logger proxyLogger) { 
            this.proxyLogger = proxyLogger; 
        } 
 
        @Override 
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { 
            return proxyLogger; 
        } 
    } 
 
    // 剩下的Logger需要封裝的方法可以根據自己的需要來實現 
    // 我個人認為slf4j的api足夠好用了，所以大部分只是寫了一些類似下面的代碼 
    public static void debug(String msg) { 
        logger.debug(msg); 
    } 
}

ReflectionUtil的代碼如下：

public class ReflectionUtil { 
    public static <T> T getFieldValue(@NotNull Object object, 
                                      @NotNull String fullName) throws IllegalAccessException { 
        return getFieldValue(object, fullName, false); 
    } 
 
    public static <T> T getFieldValue(@NotNull Object object, 
                                      @NotNull String fieldName, 
                                      boolean traceable) throws IllegalAccessException { 
        Field field; 
        String[] fieldNames = fieldName.split("\\."); 
        for (String targetField : fieldNames) { 
            field = searchField(object.getClass(), targetField, traceable); 
            if (field == null) 
                return null; 
 
            object = getValue(object, field); 
        } 
 
        return (T) object; 
    } 
 
    private static Field searchField(Class c, String targetField, boolean traceable) { 
        do { 
            Field[] fields = c.getDeclaredFields(); 
            for (Field f : fields) { 
                if (f.getName().equals(targetField)) { 
                    return f; 
                } 
            } 
            c = c.getSuperclass(); 
            traceable = traceable && c != Object.class; 
        } while (traceable); 
 
        return null; 
    } 
 
    private static <T> T getValue(Object target, Field field) throws IllegalAccessException { 
        if (!field.isAccessible()) 
            field.setAccessible(true); 
        return (T) field.get(target); 
    } 
 
    public static boolean setFieldValue(@NotNull Object target, 
                                        @NotNull String fieldName, 
                                        @NotNull Object value) throws IllegalAccessException { 
        return setFieldValue(target, fieldName, value, false); 
    } 
 
    public static boolean setFieldValue(@NotNull Object target, 
                                        @NotNull String fieldName, 
                                        @NotNull Object value, 
                                        boolean traceable) throws IllegalAccessException { 
        Field field = searchField(target.getClass(), fieldName, traceable); 
        if (field != null) 
            return setValue(field, target, value); 
        return false; 
    } 
 
    private static boolean setValue(Field field, Object target, Object value) throws IllegalAccessException { 
        if (!field.isAccessible()) 
            field.setAccessible(true); 
        field.set(target, value); 
        return true; 
    } 
}

測試

public class TestLog { 
 
    @Test 
    public void logTest() { 
        Logger.debug((Marker)null, "這是調用封裝的Logger輸出日志"); 
        LoggerFactory.getLogger(TestLog.class).info("常規方法輸出日志"); 
    } 
}

輸出結果：

2016-10-19-15-00,308 DEBUG [cn.hjktech.slf4j.Logger] [main] (TestLog.java:13) TestLog.logTest(TestLog.java:13) - 這是調用封裝的Logger輸出日志  
2016-10-19-15-00,311 INFO [TestLog] [main] (TestLog.java:14) TestLog.logTest(TestLog.java:14) - 常規方法輸出日志

責任編輯：龐桂玉來源： segmentfault

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封裝SLF4J/Log4j，不再處處定義logger變量