探索 Go slog 標準庫：設計與應用

作者：DeepNoMind 2024-09-29 16:04:14

本文主要介紹了 Go 語言新引入的 log/slog 標準庫的設計理念、使用方法以及如何進行定制化開發，以提高日志操作的性能和靈活性。

在 Go1.21[2] 中引入的 log/slog[3] 軟件包試圖彌補原有日志軟件包的不足，即日志缺乏結構化和級別特性。正如提案[4]中提到的，log/slog 包旨在創建一個零依賴、易用、高性能、靈活高效的日志系統。如果你對它的概念感興趣，并想更好的利用它，那就請跟隨我深入了解它的設計、實現和應用。

slog設計

為實現其目的，slog 的設計具有高度靈活性。它支持結構化日志，能以 JSON 或其他格式輸出日志，以便后續分析和處理。出色的模塊化設計將日志功能分為多個組件，如日志級別管理、輸出格式化、日志傳輸等，每個組件都可以獨立配置和替換。其異步處理支持機制可確保日志操作不會阻礙主應用程序的執行。

// Logger contains all actions against a Log message
type Logger struct {
    New(h Handler) *Logger
    Debug(msg string, args ...any)
    Error(msg string, args ...any)
    Info(msg string, args ...any)
    //...
    With(args ...any) *Logger
}

// Handler defines how to 
type Handler interface {
    Handle(context.Context, Record) error
    WithAttrs(attrs []Attr) Handler
    WithGroup(name string) Handler
}

// Record defines a Log message with many info。
type Record struct {
 Time time.Time
 Message string
 Level Level
 PC uintptr
}

三個組件完成了整個流程。

Logger負責所有日志打印操作。Handler定義日志輸出格式，默認實現為 TextHandler 和 JSONHandler。Record定義日志的詳細信息，如時間、級別等。這些接口不僅能以多種方式擴展 slog（如添加新的處理程序），還能滿足不同日志框架的需求和配置。

slog用法

slog 的基本用法與 zap 或 Golang 的其他第三方日志框架類似。

1.日志打印

func main() {
    slog.Info("This is an informational message.")
    slog.Warn("This is a warning message with context.", slog.String("user", "slaise"))
    slog.Error("This is an error message with details.", slog.Int("code", 123))
}
// output(go-playground) https://go.dev/play/p/TLIur7rZFhi
2009/11/10 23:00:00 INFO This is an informational message.
2009/11/10 23:00:00 WARN This is a warning message with context. user=slaise
2009/11/10 23:00:00 ERROR This is an error message with details. code=123

slog 為不同級別的日志提供了不同的打印方式和相應的參數類型轉換。

2.Handler

通過下面的代碼，我們可以將默認打印方式修改為內置的 TextHandler 或 JSONHandler。

logger := slog.New(slog.NewJSONHandler(os.Stdout, nil))
// logger.Info/Debug/Error

請看輸出結果。

// JSONHandler
func main() {
 logger := slog.New(slog.NewJSONHandler(os.Stdout, nil))
 logger.Info("This is an informational message.")
 logger.Warn("This is a warning message with context.", slog.String("user", "slaise"))
 logger.Error("This is an error message with details.", slog.Int("code", 123))

}
// Output: https://go.dev/play/p/oCubHk77Sjw
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"INFO","msg":"This is an informational message."}
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"WARN","msg":"This is a warning message with context.","user":"slaise"}
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"ERROR","msg":"This is an error message with details.","code":123}

// TextHandler
logger := slog.New(slog.NewTextHandler(os.Stdout, nil))
// Output: https://go.dev/play/p/ewil9ziZpsk
time=2009-11-10T23:00:00.000Z level=INFO msg="This is an informational message."
time=2009-11-10T23:00:00.000Z level=WARN msg="This is a warning message with context." user=slaise
time=2009-11-10T23:00:00.000Z level=ERROR msg="This is an error message with details." code=123

可以通過 SetDefault[5] 方法創建 Logger 來替換 slog 中的默認 Logger，默認 slog.Info 和 slog.Debug 的 Logger 也將同時被修改。

func main() {
 logger := slog.New(slog.NewJSONHandler(os.Stdout, nil))
 slog.SetDefault(logger)
 slog.Info("This is an informational message.")
 slog.Warn("This is a warning message with context.", slog.String("user", "slaise"))
 slog.Error("This is an error message with details.", slog.Int("code", 123))
}
//output
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"INFO","msg":"This is an informational message."}
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"WARN","msg":"This is a warning message with context.","user":"slaise"}
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"ERROR","msg":"This is an error message with details.","code":123}

3.消息處理

對 Record 和 attr 的處理是 slog 核心功能的一部分。每條日志記錄都由時間、級別、消息等參數和一組鍵值對組成。處理這些參數的 API 提供了靈活性。使用 With 方法，用戶可以輕松添加固定屬性，這些屬性將出現在該日志記錄器生成的每條日志記錄中。通過 Group 方法，用戶可以匯總多個屬性，進行統一處理。請看下面的示例。

func main() {
 logger := slog.New(slog.NewTextHandler(os.Stdout, nil))

 // Build a group
 attrGroup := slog.Group("ops", slog.String("module", "authentication"), slog.String("method", "login"))

 logger.Info("User login attempt",
  slog.String("service", "login-service"), 
  slog.String("version", "1.0.2")，
  slog.String("status", "attempting"),
  attrGroup,
 )

 // login failed
 // failed, err := login(user, pass)
 err := errors.New("login password err")
 if err != nil {
  // error can only be printed with slog.Any
  logger.Error("User login failed",
    slog.String("service", "login-service"), 
    slog.String("version", "1.0.2")，
    slog.Any("error", err)) //output: service=login-service version=1.0.2 error="login password err
 }
}

Attr[6] 提供了在 slog 中處理參數的主要 API，例如上例中的 slog.String 和 slog.Any，以及 slog.Bool[7]、slog.Int[8]、slog.Float64[9]、slog.Duration[10]、slog.Time[11]等。

Level 通過實現 Leveler[12] 接口的 Level() 為 slog 提供默認日志級別設置。

const (
 LevelDebug Level = -4
 LevelInfo  Level = 0
 LevelWarn  Level = 4
 LevelError Level = 8
)
func (l Level) Level() Level { return l }

日志應用本地機器的默認時區設置，但也可以使用 slog.Time 添加特定時間到日志中。

loc, err := time.LoadLocation("America/New_York")
currentTime := time.Now().In(loc)
slog.Info("Log message with NewYork timezone",
  slog.Time("time", currentTime), 
 )

不過，如果我們需要在不同于本地機器的時區打印日志，就需要自定義處理程序，因為 slog 軟件包缺少用于全局修改的默認 API。

4.上下文處理

可以通過兩種方式將上下文添加到日志記錄中。

通過在日志處理中加入 context.Context，可以在函數和goroutine之間傳遞上下文信息。
Logger 提供了帶context的日志打印方法，如 DebugContext[13]、InfoContext[14]、WarnContext[15] 和 ErrorContext[16]。context.Context 被添加到之前的方法參數列表中，并將 ctx 放在首位，這符合上下文的使用原則。

func (l *Logger) DebugContext(ctx context.Context, msg string, args ...any)

但如果直接使用這些方法將context中的參數添加到日志中，就會像我一樣感到困惑，因為這樣做是行不通的。例如，在以下代碼中，userId 不會顯示在日志中。

func main() {
 ctx := context.WithValue(context.Background(), "userId", "123")
 slog.InfoContext(ctx, "reset password", slog.Time("time", time.Now()))
}
// output
2009/11/10 23:00:00 INFO reset password time=2009-11-10T23:00:00.000Z

閱讀源代碼后，你會驚訝的發現，默認 defaultHandler 只打印消息和參數列表，卻不處理傳入的 ctx。

func (h *defaultHandler) Handle(ctx context.Context, r Record) error {
 buf := buffer.New()
 buf.WriteString(r.Level.String())
 buf.WriteByte(' ')
 buf.WriteString(r.Message)
 state := h.ch.newHandleState(buf, true, " ")
 defer state.free()
 state.appendNonBuiltIns(r)
 return h.output(r.PC, *buf)
}

go 1.21 中正式發布的 slog 只提供了相關 API 而沒有提供實現，因此需要定制處理程序來實現相關功能。

可通過父日志記錄器構建具有層次關系的日志記錄器，這些日志記錄器繼承并擴展了基本日志記錄功能

例如，在前面的With和Group示例中，在打印 Info 和 Error 日志的過程中重復傳遞了服務和版本信息，而日志程序的繼承功能可以簡化這一過程。

// Define a new Logger with service & service info
logger = slog.With(logger, slog.String("service", "login-service"), slog.String("version", "1.0.2"))
// Print logs
logger.Info("User login attempt",
  slog.String("status", "attempting"),
  attrGroup,
 )

slog定制

Slog 的設計非常靈活，便于定制日志。

自定義日志級別

與官方 LogLevel 一樣，可以通過實現 Logeler 接口來定制 LogLevel，而 slog.Level 本身也會返回 Level 類型。

const (
 LevelTrace = slog.Level(-99)
 LevelFatal = slog.Level(99)
)

func main() {
 ctx := context.Background()
 // This will be hidden because default Log level is above trace
 slog.Log(ctx, LevelTrace, "Trace message")
 slog.Log(ctx, LevelFatal, "Fatal level")
}
// output
2009/11/10 23:00:00 ERROR+91 Fatal level

跟蹤級別日志在未修改相應HandlerOptions時是隱藏的，可通過修改默認日志級別打開。

slog.SetLogLoggerLevel(LevelTrace)

自定義HandlerOptions HandlerOptions[17]提供三種修改日志的方法。

顯示源代碼。使用 AddSource:true，可以在日志中添加文件、行號和方法名稱等信息。
修改日志級別。LevelTrace 的作用與上述 SetLogLoggerLevel 相同。
定義 ReplaceAttr 可調用函數，用于修改日志中的 Attr 鍵值對。

對于缺少默認格式化支持的錯誤，可以通過實現 ReplaceAttr 來加以改進。

func replaceAttr(_ []string, a slog.Attr) slog.Attr {
    switch a.Value.Kind() {
    case slog.KindAny:
        switch v := a.Value.Any().(type) {
        case error:
            a.Value = fmtErr(v) // provide error log format
        }
    }
    return a
}

自定義Handler 自定義日志的最后一種方法是實現自己的Handler。下面的 ContextHandler 提供了將上下文中的參數整合到日志中的功能。

const (
 UserId string = "userId"
)

type ContextHandler struct {
 slog.Handler
}

func (h ContextHandler) Handle(ctx context.Context, r slog.Record) error {
 if id, ok := ctx.Value(UserId).(string); ok {
  r.AddAttrs(slog.String(UserId, id))
 }
 return h.Handler.Handle(ctx, r)
}

func main() {
 ctxHandler := &ContextHandler{slog.NewJSONHandler(os.Stdout, nil)}
 logger := slog.New(ctxHandler)
 ctx := context.WithValue(context.Background(), "userId", "123")
 logger.InfoContext(ctx, "User ops", slog.String("op", "login"))
}

//output
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"INFO","msg":"User ops","op":"login","userId":"123"}

性能

slog 支持通過延遲計算優化參數處理，只在實際需要日志信息時才執行參數的高性能字符串操作，以減少不必要的性能開銷。

在默認日志方法中，只打印默認級別以上的日志。Attrs 將被添加到打印前創建的Record中。

func (l *Logger) log(ctx context.Context, level Level, msg string, args ...any) {
 if !l.Enabled(ctx, level) {
  return
 }
 var pc uintptr
 if !internal.IgnorePC {
  var pcs [1]uintptr
  // skip [runtime.Callers, this function, this function's caller]
  runtime.Callers(3, pcs[:])
  pc = pcs[0]
 }
 r := NewRecord(time.Now(), level, msg, pc)
 r.Add(args...)
 if ctx == nil {
  ctx = context.Background()
 }
 _ = l.Handler().Handle(ctx, r)
}

slog 利用內置 buffer.go[18] 中的對象池技術重復使用日志條目對象，減少了內存應用和釋放以及垃圾回收的頻率，從而提高了應用性能。

slog實踐

到目前為止，我們已經做好了在項目中使用slog的準備，但要牢記以下幾點。

(1) 對敏感數據脫敏

數據安全在日志處理中至關重要。在將對象對象打印到日志時，應及時屏蔽或模糊敏感信息，以避免數據泄漏，這可以通過相應結構體中的 LogValue 接口來實現。下面我們來看一個包含電子郵件和密碼的用戶類型示例。

type User struct {
 ID       string `json:"id"`
 Email    string `json:"email"`
 Password string `json:"password"`
}

func (u User) LogValue() slog.Value {
 return slog.StringValue(u.ID)
}

func main() {
 h := slog.NewJSONHandler(os.Stdout, nil)
 logger := slog.New(h)
 u := &User{
  ID:       "1",
  Email:    "slaise@gmail.com",
  Password: "111111",
 }
 logger.Info("info", "user", u)

}
// output
{"time":"2009-11-10T23:00:00Z","level":"INFO","msg":"info","user":"1"}

(2) 將slog級別提取為配置項，并為不同環境配置不同級別

項目通常部署在多個環境中，如 dev、staging、prod 等。通過將日志級別提取為環境參數，并通過 Kubernetes 的 configMap 注入，可以在不同環境中應用不同日志級別，從而減少開銷。

(3) 處理上下文信息

上例中的上下文實現是一個明智的選擇，可以通過優化來動態加載上下文參數列表。在我們實現的代碼及許多第三方日志框架中，Context 被廣泛用于傳遞上下文信息，從而簡化了從第三方庫升級到 slog 的過程。

(4) 正確配置日志輸出目的地

根據需要配置日志輸出，如輸出到控制臺、文件、網絡服務等，或輸出到多個輸出目的地，以確保日志的可靠存儲。

通過自定義處理程序的寫入器，可以輕松修改日志輸出地址。

file, err := os.OpenFile("app.log", os.O_CREATE|os.O_WRONLY|os.O_APPEND, 0666)
 if err != nil {
  panic("cannot open log file: " + err.Error())
 }
 defer file.Close()

logger := slog.New(slog.JSONHandler(file))

升級第三方庫

活躍的Golang社區有許多為 slog 定制的升級框架，以下是一些常用框架：

slog-multi[19]：處理器鏈，如流水線、路由器、扇出等。
slog-sampling[20]：丟棄重復的日志條目。
slog-shim[21] 為 1.21 以下的 Go 版本提供向后兼容的 slog 支持。
sloggen[22] 生成各種輔助工具。
sloglint[23] 可確保代碼的一致性。

結論

slog 軟件包為管理應用程序日志提供了強大而靈活的解決方案。其設計確保了高性能和多功能性，使開發人員能夠自定義日志級別、Handler配置以及Handler本身。使用 slog 不僅能加強消息處理和上下文信息集成，還能簡化日志記錄流程。為了有效實施，仔細考慮自定義日志級別和Handler以滿足特定項目要求至關重要。通過明智利用 slog 的功能，開發人員可以顯著提高日志實踐的效率和清晰度，確保代碼具有更好的可維護性和可讀性。

參考資料：

[1]Explore the Go slog Standard Library: Design and Usage: https://blog.stackademic.com/explore-the-go-slog-standard-library-design-and-usage-6baf14c03299
[2]Go1.21: https://tip.golang.org/doc/go1.21#slog
[3]log/slog: https://pkg.go.dev/log/slog
[4]structured, leveled logging #54763: https://github.com/golang/go/discussions/54763
[5]SetDefault: https://pkg.go.dev/log/slog#SetDefault
[6]Attr: https://pkg.go.dev/log/slog#Attr
[7]slog.Bool: https://pkg.go.dev/log/slog#Bool
[8]slog.Int: https://pkg.go.dev/log/slog#Int
[9]slog.Float64: https://pkg.go.dev/log/slog#Float64
[10]slog.Duration: https://pkg.go.dev/log/slog#Duration
[11]slog.Time: https://pkg.go.dev/log/slog#Time
[12]Leveler: https://pkg.go.dev/log/slog#Leveler
[13]DebugContext: https://pkg.go.dev/log/slog#Logger.DebugContext
[14]InfoContext: https://pkg.go.dev/log/slog#Logger.InfoContext
[15]WarnContext: https://pkg.go.dev/log/slog#Logger.WarnContext
[16]ErrorContext: https://pkg.go.dev/log/slog#Logger.ErrorContext
[17]HandlerOptions: https://pkg.go.dev/log/slog#HandlerOptions
[18]buffer.go: https://cs.opensource.google/go/go/+/master:src/log/slog/internal/buffer/buffer.go;bpv=0;bpt=1
[19]slog-multi: https://github.com/samber/slog-multi
[20]slog-sampling: https://github.com/samber/slog-sampling
[21]slog-shim: https://github.com/sagikazarmark/slog-shim
[22]sloggen: https://github.com/go-simpler/sloggen
[23]sloglint: https://github.com/go-simpler/sloglint

責任編輯：趙寧寧來源： DeepNoMind

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