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Spring Cloud 微服务实践 (7) - 日志

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xiaoboey
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发布于: 2020 年 10 月 09 日
Spring Cloud 微服务实践(7) - 日志

记录日志是应用程序的一项基本能力,从开发测试到运维调优,以及数据安全和数据挖掘,都离不开日志的记录。本文尝试把Spring Cloud中日志相关的一些处理都梳理一下,从通用日志框架,到Gateway的访问日志(Access Log),再到基于AOP和Stream来记录业务操作日志。



1、日志框架: 从print到slf4j

说到应用程序的日志,其实是很好理解的,就Java程序来说最简单的就是System.out.println。相信很多同学都是用它来跟Java世界打的第一声招呼:

System.out.println("Hello world!");

然后从此就爱上了println,经常在代码中用它来输出一些信息。再结合String.format对输出的信息进行格式化,调试也好,找bug也好,println成了开发的好帮手。



这其实在开发阶段是没什么问题的,当部署在生产环境进行运维的时候,会有新的需求或者问题产生。比如说运维人员可能在系统一切正常的时候不想看到那么多测试输出信息,只想关注一些关键的信息和错误信息;然后在跟踪某个问题的时候,可能只想看到某个package或者某个类的输出信息;还有println是输出到console的,虽然可以重定向到文件,但是长时间运行文件会越来越大甚至超出系统支持的文件最大容量,这就需要控制日志文件的大小。



这些需求归纳起来都是每个应用的共性需求,所以在Java世界里有日志框架来应对。按照“面向接口编程,解耦具体实现”的接口隔离原则(ISP),Java开源世界前后发展出了Commons Logging、SLF4J等日志框架。这些日志框架的区别和优劣,这里不去细说。



Spring Boot默认集成的日志框架是SLF4J,日志实现是Logback。在Spring Boot项目的代码里使用SLF4J记录日志,比较简单:

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
public class SomeClass {
private final Logger log = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
public SomeClass() {
log.info("Start at {}", new Date());
...
}
...
}
  • Logger是接口(interface),LoggerFactory是实例化Logger的工厂,具体实现由Spring根据应用的配置来“依赖注入”;

  • SLF4J把日志进行了分级(level),从低到高:trace(跟踪)、debug(调试)、info(信息)、warn(告警)、error(错误),可以根据日志的level来控制要输出哪些日志。比如代码里用log.trace输出的信息,在日志级别为debug时,就不会输出;

  • 上述代码里的log.info表示记录一个info级别的日志,"Start at {}"里的大括弧是占位符,实际输出时会被替换为new Date()的值;



如果开发团队用了lombok来简化代码,则是在类上加注解@Slf4j,然后代码里直接用log进行日志输出:

@Slf4j
public class SomeClass {
public SomeClass() {
log.info("Start at {}", new Date());
...
}
...
}
  • 从这里也可以看出来,为什么很多人会反对用lombok,上述代码里的log是直接蹦出来的,没有定义,影响了代码的“可读性”。



在代码里是面向接口编程,在部署时则可以用logback-spring.xml配置文件来控制日志的输出:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!-- scan: 表示运行时是否扫描配置文件的变更并重新加载,默认值为true -->
<!-- scanPeriod: scan为true时有效,表示扫描的时间间隔 -->
<!-- debug: 是否打印logback的日志信息,查看logback运行状态,默认值为false -->
<configuration scan="false" scanPeriod="60 seconds" debug="true">
< contextName>logback</contextName>
<!-- 设置变量log.home,后续配置里用${log.home}来引用 -->
<property name="log.home" value="/usr/local/spring-boot/someone/logs" />
<!--输出到控制台-->
<appender name="console" class="ch.qos.logback.core.ConsoleAppender">
<!-- 日志的输出格式 -->
<encoder>
<pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} %contextName [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n</pattern>
</encoder>
</appender>
<!--输出到文件-->
<appender name="file" class="ch.qos.logback.core.rolling.RollingFileAppender">
<file>${log.home}/logback.log</file>
<!-- 滚动输出,这里是每天一个文件 -->
<rollingPolicy class="ch.qos.logback.core.rolling.TimeBasedRollingPolicy">
<fileNamePattern>${log.home}/logback.%d{yyyy-MM-dd}.log</fileNamePattern>
</rollingPolicy>
<encoder>
<pattern>%d{HH:mm:ss.SSS} %contextName [%thread] %-5level %logger{36} - %msg%n</pattern>
</encoder>
</appender>
<!-- 将日志写入MySql数据库,涉及到了JDBC驱动和连接池,在pom.xml中要做依赖的相应调整 -->
<appender name="database" class="ch.qos.logback.classic.db.DBAppender">
<connectionSource class="ch.qos.logback.core.db.DataSourceConnectionSource">
<dataSource class="org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource">
<driverClassName>com.mysql.jdbc.Driver</driverClassName>
<url>jdbc:mysql://localhost:3306/some_log?characterEncoding=UTF-8</url>
<username>root</username>
<password>yourpwd</password>
</dataSource>
</connectionSource >
<!-- 设置日志级别 -->
<filter class="ch.qos.logback.classic.filter.LevelFilter">
<level>info</level>
<onMatch>ACCEPT</onMatch>
<onMismatch>DENY</onMismatch>
</filter>
</appender>
<!--
root节点配置基础的日志输出
level:用来设置日志级别,大小写无关:TRACE,DEBUG,INFO,WARN,ERROR,ALL和OFF
-->
<root level="info">
<appender-ref ref="console" />
<appender-ref ref="file" />
<appender-ref ref="database" />
</root>
<!-- 为具体的package指定日志级别 -->
<logger name="com.example.gateway" level="info"/>
</configuration>

从配置文件logback-spring.xml可以看出,日志方面的处理,SLF4J这个日志框架都帮我们解决了。这里没有罗列所有的配置,大家可以在有具体需求时再查资料进行配置。



2、Spring MVC的Access日志

软件系统部署上线后,为了运维调优或者数据安全和数据挖掘,需要记录外部访问系统资源的情况。



在Spring Boot的WEB项目里,要记录MVC的访问日志(Access Log),有比较简便的方法,做一个简单的配置打开Web容器的访问日志记录就可以(application.yml):

server:
tomcat:
accesslog:
enabled: true
directory: d:\\logs

这里是以Tomcat为例,其他的Undertow、Jetty等都可以进行类似的配置。



输出的日志记录如下所示:

192.168.18.231 - - [29/Sep/2020:16:36:41 +0800] "GET /hello HTTP/1.1" 200 6

可以看到IP地址、访问时间、协议、方法和状态等都有了,并且这些信息和格式还可以定制。



如果要把访问日志记录到数据库里去该怎么办呢?可以解析这些日志然后入库,事实上也有一些专门做日志处理的软件来做这个事情,这里就不展开了。微服务系统里有网关,我们重点关注如何在网关去统一记录访问日志。

3、Gateway的Access日志

Spring Cloud Gateway是基于WebFlux开发,WebFlux是反应式编程,主要应对高并发场景下的服务端编程需求,异步非阻塞,跟Spring MVC的同步阻塞机制不一样。除了机制不一样,在程序的编写上也是函数式编程,对习惯了Spring MVC方式的程序员来说,需要学习和适应,有难度。



就我个人的观点,除非业务场景需要解决高并发的问题,还是不要急着上WebFlux,开发人员不好找。



回到我们的主题“日志”,Spring Cloud Gateway由于是基于WebFlux开发,已经没有WEB容器的概念了,所以不支持前面针对Tomcat开启access日志记录的那个方式。



还好Spring在设计WebFlux的时候,也延续了Spring MVC里比较好的设计模式,比如Filter。也就是有一部分概念跟Spring MVC是类似的,只是实现方式变了。所以要记录访问日志,基本的方式也是自定义一个Filter来记录:



import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;
import com.fasterxml.jackson.databind.node.ObjectNode;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.cloud.gateway.filter.GlobalFilter;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.core.annotation.Order;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpRequest;
import org.springframework.http.server.reactive.ServerHttpResponse;
@Configuration
public class GatewayGlobalFilterConfig {
private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
private final ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();
@Bean
@Order(0)
public GlobalFilter accessLogGlobalFilter() {
return (exchange, chain) -> {
long startTime = System.currentTimeMillis();
return chain.filter(exchange).doFinally((signalType) -> {
long endTime = System.currentTimeMillis();
ServerHttpRequest request = exchange.getRequest();
try {
ObjectNode node = objectMapper.createObjectNode();
node.put("path", request.getPath().value());
node.put("queryParams", objectMapper.writeValueAsString(request.getQueryParams()));
node.put("remoteAddress", request.getRemoteAddress().getHostString());
HttpStatus httpStatus = exchange.getResponse().getStatusCode();
node.put("statusName", httpStatus.name());
node.put("statusValue", httpStatus.value());
node.put("elapsedMillisecond", endTime - startTime);
logger.info(node.toString());
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
}
});
};
}
}
  • doFinally:在整个链式处理的最后执行,记录返回的状态和消耗的时间;

  • 这里的日志信息是用logger.info进行输出,从前面日志框架(SLF4J+logback)的学习我们知道:通过在logback-spring.xml里进行配置,日志信息最后可以保存到控制台、文件或者数据库。



从上面这个Filter实现的日志记录来看,我们也可以自定义日志的记录,直接往文件或者数据库写日志数据。但是要考虑性能问题,比如写数据库的话,数据库会成为瓶颈,特别是并发访问量大的时候。logback是进行的异步处理,logger.info()这样的日志输出的耗时很少,只是把日志缓存起来,具体怎么格式化、输出到哪里,都由另外的模块来异步完成。(logback的名称原来是这么来的吗?^_^)



4、业务操作日志(Operation Log)

前面讲的都是访问日志(access log),可以记录访问了哪个URL带了什么参数。比如访问/user/delete,携带参数userId=123,结果(response)里的HttpStatus是200。这样的日志对运维等专业技术人员来说,在熟悉系统的情况下,知道是什么意思。但这样的日志如果给非专业的人看会怎么样?那肯定是看不懂的,一脸懵逼,对你这个系统的使用体验会变得极差。



所以这里提一个业务操作日志的说法,用更易懂的描述来记录日志。比如刚才那个/user/delete的例子,业务日志就记录为“删除了编号为123的用户”。记录业务操作日志比记录访问日志要麻烦,访问日志(Access Log)我们在Gateway上统一记录就可以了,业务操作日志记录的内容则是跟具体的业务有关,所以要在业务实现的地方去记录。



业务日志的记录分散到了系统的各个地方,但是跟具体的业务实现又无关,所以非常适合用AOP来实现。AOP(Aspect Oriented Programming,面向切面编程)在不改变程序原有逻辑的基础上,增加一些额外的功能,是对OOP(Object Oriented Programming,面向对象编程)的补充和完善。OOP的封装、继承、多态建立了对象的层次机构,AOP则是“横切”对象,把一些分散到各处的公共调用逻辑封装起来,减少了重复代码,降低了模块之间的耦合度,方便开发和维护。



AOP是Spring的主要特性之一,我们平常的Spring开发中也大量用到了用AOP开发的功能,比如数据库事务管理,可以在类上添加注解@Transactional来声明式地管理事务,而具体的事务处理则是统一由Spring框架去完成。所以说AOP只是一种编程思想,具体到Java语言最后还是落在注解(Annotation)和反射(Reflection)上来实现AOP的思想。



现在我们就用AOP的思想来实现业务操作日志的记录,先实现一个自定义注解:

package com.example.serviceone.log;
import java.lang.annotation.*;
@Target(ElementType.METHOD) //注解位置,METHOD表示注解在方法上
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) //运行时执行
@Documented
public @interface OperationLog {
String module() default "";
String operation() default "";
String details() default "";
}

再创建一个切面类来执行业务日志的记录: