一個著名的日志系統是怎么設計出來的？
前言
Java帝國在誕生之初就提供了集合、線程、IO、網絡等常用功能，從C和C++領地那里吸引了大量程序員過來加盟，但是卻有意無意地忽略了一個重要的功能： 輸出日志。
對于這一點，IO大臣其實非常清楚， 日志是個很重要的東西， 因為程序運行起來以后， 基本上就是一個黑盒子，如果程序的行為和預料的不一致，那就是出現Bug了，如何去定位這個Bug 呢?
臣民們能用的工具有兩個，第一個就是單步調試，一步步地跟蹤，查看代碼中變量的值， 這種辦法費時費力， 并且只能在程序員的機器上才能用。
第二種就是在特定的地方打印日志， 通過日志的輸出，幫助快速定位。尤其是當代碼在生產環境上跑起來以后， 日志信息更是必不可少，要不然出了狀況兩眼一抹黑，上哪兒找問題去? 總不能讓臣民們把自己變成一個線程進入系統來執行吧?
但是IO大臣也有自己的小算盤： 日志嘛， 用我的System.out.println(…..) 不就可以了?! 我還提供了System.err.println不是?
在IO大臣的阻撓下， 從帝國的第一代國王到第三代國王， 都沒有在JDK中提供日志相關的工具包， 臣民們只好忍受著去使用System.out.println去輸出日志，把所有的信息都輸出到控制臺， 讓那里變成一堆垃圾。
張家村
張家村的電子商務系統也不能幸免，自然也遇到了日志的問題。經驗豐富的老村長已經煩透了System.out.println所輸出的大量難于理解的無用信息，看著村民民整天苦逼地和這些System.out做斗爭，他找來了小張，命令他設計一個通用的處理日志的系統。
小張在消息隊列和JMS的設計上花了不少功夫， 積累了豐富的經驗，從那以后一直都是實現業務代碼，一直都是CRUD， 張二妮整天笑話自己是HTML填空人員，這一回一定要讓她看看自己的設計功力!
老村長給小張下達的需求是這樣的：
1. 日志消息除了能打印到控制臺， 還可以輸出到文件，甚至可以通過郵件發送出去(例如生成環境出錯的消息)
2. 日志內容應該可以做格式化， 例如變成純文本，XML, HTML格式等等
3. 對于不同的Java class，不同的 package ， 還有不同級別的日志，應該可以靈活地輸出到不同的文件中。
- 例如對于com.foo 這個package，所有的日志都輸出到 foo.log 文件中
- 對于com.bar 這個package ，所有文件都輸出到bar. log文件中
- 對于所有的ERROR級別的日志，都輸出到 errors.log文件中
4. 能對日志進行分級， 有些日志純屬debug ， 在本機或者測試環境使用， 方便程序員的調試， 生產環境完全不需要。有些日志是描述錯誤(error)的， 在生產環境下出錯的話必須要記錄下來，幫助后續的分析。
小張仔細看了看，拍著胸脯對老村長說：“沒問題， 明天一定讓您老看到結果。”
小張的設計
老村長走了以后，小張開始分析需求， 祭出“面向對象設計大法”，試圖從村長的需求中抽象出一點概念。
首先要記錄日志，肯定需要一個類來表達日志的概念，這個類至少應該有兩個屬性，一個是時間戳，一個是消息本身，把它叫做 LoggingEvent 吧，記錄日志就像記錄一個事件嘛。
其次是日志可以輸出到不同的地方，控制臺、文件、郵件等等， 這個可以抽象一下，不就是寫到不同的目的地嗎? 可以叫做LogDestination?
嗯， 還是簡單一點，叫做 Appender 吧， 暗含了可以不斷追加日志的意思。
至于第二條的日志內容可以格式化，完全可以比葫蘆畫瓢， 定義一個Formatter接口去格式化消息。
對了， Appender 應該引用Formatter ，這樣以來就可以對LoggingEvent記錄格式化以后再發送。
第三條需求把小張給難住了，不同的class, package 輸出的目的地不同? “目的地”這個概念是由Appender來表達的， 難道讓不同的class, package 和Appender關聯? 不不， 不能這樣 !
還需要一個新的概念 ， 這個概念是什么?
從用戶角度想一下， 村民們要想獲取日志，必須得先獲取個什么東西，這個東西是不是可以稱為Logger啊? 靈感的火花就閃了那么一下就被小張抓住了： 獲取Logger的時候要傳入類名或者包名!
這樣一來，不同的class, package就區分開了， 然后讓Logger 和Appender關聯，靈活地設置日志的目的地， 并且一個Logger可以擁有多個Appender，同一條日志消息可以輸出到多個地方， 完美!
小張迅速地畫出了核心類的類圖：
還算漂亮，小張陶醉著自我欣賞了一下。
再接再厲， 把第四條需求也設計一下，日志要分級，這個簡單， 定義一個Priority的類，里邊定義5個常量DEBUG, INFO, WARN, ERROR, FATAL， 表示5個不同的級別就OK了。當然這我5個級別有高低之分， DEBUG級別最低， FATAL級別最高。
還可以給Logger增加一些輔助編程的方法，如Logger.debug(….) , Logger.info(…) , Logger.warn(…) 等等， 這樣村民們將來就可以輕松地輸出各種級別的日志了。
等一下， 老村長還說過“對于所有的ERROR級別的日志，都輸出到 errors.log文件中” 類似這樣的需求， 好像給忽略了。
這也好辦嘛， 只要在Appender上增加一個屬性，就叫做Priority， 如果用戶要輸出的日志是DEBUG級別， 但是有個FileAppender的Priority是 ERROR級別，那這個日志就不用在這個FileAppender中輸出了 ，因為ERROR級別比DEBUG級別高嘛。
同理， 在Logger類上也可以增加一個Priority的屬性，用戶可以去設置， 如果一個Logger的Priority是ERROR， 而用戶調用了這個Logger的debug方法， 那這個debug 的消息也不會輸出。
小張全心全意地投入到設計當中，一看時間， 都快半夜了， 趕緊休息， 明天向村長匯報去。
正交性
第二天， 小張給老村長展示了自己設計的LoggerEvent, Logger , Appender, Formatter, Priority 等類和接口， 老村長捻著胡子滿意地點點頭：“不錯不錯，與上一次相比有巨大的進步。你知不知道我在需求中其實給了你引導?”
“引導? 什么引導? ”
“就是讓你朝著正交的方向去努力啊”
“正交? ”
‘“如果你把Logger, Appender, Formatter看成坐標系中的X軸，Y軸，Z軸， 你看看，這三者是不是可以獨立變化而不互相影響啊?”
“我賽，果然如此，我可以任意擴展Appender接口而影響不到Logger和Formatter， 無論有多少個Logger 都影響不了Appender和Formatter ， 這就是正交了?”
“是啊，當你從系統中提取出正交的概念的時候，那就威力無比了，因為變化被封裝在了一個維度上，你可以把這些概念任意組合，而不會變成意大利面條似的代碼。 ”
聽到村長做了理論的升華， 小張興奮得直搓手。
“好吧，你把這個設計實現了吧，對了，你打算叫什么名字? ” 村長問道
“我打算把他叫做Log4j , 意思是Log for Java”
“不錯，就這么定了吧”
Log4j
小張又花了兩個月的時間把Log4j 開發了出來， 由于Log4j有著良好的設計，優異的性能， 不僅僅是張家村的人在用， Java帝國的很多村鎮、部落都愛上了它。
后來張家村把Log4j 在Apache部落開源了， 這下子吸引了無數的人無償幫助測試它，擴展它，改進它， 很快就成了帝國最流行的日志工具。
張家村建議帝國把Log4j 納入到JDK 中， 帝國那效率低下的官僚機構竟然拒絕了。 消息傳到了IO大臣的耳朵里，他不由的扼腕嘆息： 唉，失去了一次極好的招安機會啊。 現在唯一的辦法就是趕緊上奏皇上，在官方也提供一套，爭取讓臣民們使用官方版本。
到了第四代國王(JDK1.4)，臣民們終于看到了帝國提供的java.util.logging包，也是用來記錄日志的，并且其中的核心概念Logger, Formatter, Handler 和 Log4j非常相似，只是為時已晚， Log4j早已深入人心了， 不可撼動了。
尾聲
Log4j 在Apache開源以后， 小張也逐漸地有點落寞，他閑不住又寫了一個工具，叫做logback, 有了之前的經驗，這logback 比log4j 還要快。
如今的日志世界有了很多的選擇 ，除了java.util.logging, log4j 之外，還有logback，tinylog 等其他工具。
小張想了想， 這么多日志工具，用戶如果想切換了怎么辦?不想用log4j了，能換到logback嗎?
我還是提供一個抽象層吧， 用戶用這個抽象層的API來寫日志， 底層具體用什么日志工具不用關心，這樣就可以移植了。
小張把這抽象層就叫做Simple Logging Facade for Java，簡稱SLF4J。
對于Log4j , JDK logging, tinylog 等工具， 需要一個適配層， 把SLF4J 的API轉化成具體工具的調用接口。
由于Logback這個工具也是出自小張之手， 直接實現了SLF4J的API，所以連適配層都不需要了， 用起來速度飛快，效率最高，SLFJ4+Logback 成為了很多人的最愛， 大有超越Apache Common Logging + Log4j 之勢。
后記： 本文主要想講一下日志工具的歷史和現狀， 尤其是Log4j核心的設計理念。
文中的小張其實就是Ceki Gülcü，他開發了Log4j , logback,以及slfj4， 為Java的日志事業做出了卓越的貢獻。
【本文為51CTO專欄作者“劉欣”的原創稿件，轉載請通過作者微信公眾號coderising獲取授權】
