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Java調(diào)試的變遷：從System.out.println到log4j【zz】

jungleford如是說

用慣了VC的人剛接觸Java大概很不習(xí)慣代碼的調(diào)試，的確，在M$的大部分IDE都做得相當(dāng)出色，包括像VJ++這樣一直被Java程序員稱為是“垃圾”的類庫（記得以前在瀚海星云的Java版提有關(guān)VJ問題的人是有可能被封的，^_^），它的開發(fā)工具在調(diào)試上都相當(dāng)容易。Java也有命令行方式的調(diào)試和IDE的調(diào)試，但現(xiàn)在的像JB這樣的玩意又是個龐然大物，低配置的機(jī)器可能就是個奢望，不像VC那樣。怎么辦呢，高手們說，“我的jdb用得賊熟練”，那我會報以景仰的目光，像我這樣的菜鳥基本上就沒使過jdb，還是老老實實在代碼里面System.out.println(...)。直到1996年一個叫做“歐洲安全電子市場”（E.U. SEMPER）的項目啟動，“調(diào)試”不再是一件“體力活”，而是一種軟件設(shè)計的藝術(shù)，這個項目組開發(fā)的日志管理接口后來成為Apache Jakarta項目中的一員，它就是現(xiàn)在我們所熟悉的log4j。下面的文字將概要介紹與Java日志記錄相關(guān)的一些技術(shù)，目的不是讓您放棄老土的System.out.println(...)，而是說，在Java的世界里可以有許多種選擇，你今天覺得掌握了一件高級武器，明天可能就是“過時”的了，呵呵。

始祖：System.out.println(...)

為什么還是要一再提到它？畢竟我們的習(xí)慣不是那么容易改變的，而且System.out（別忘了還有System.err）是一個直接和控制臺打交道的PrintStream對象，是終端顯示的基礎(chǔ)，高級的Logger要在終端顯示日志內(nèi)容，就必然會用到這個。一個小規(guī)模的程序調(diào)試，恰當(dāng)?shù)厥褂肧ystem.out.println(...)我認(rèn)為仍然是一種最方便最有效的方法，所以我們?nèi)园阉旁谧铋_始，以示不能“數(shù)典忘祖” :)

不常用的關(guān)鍵字：assert

assert對多數(shù)人來講可能還比較陌生，它也是一個調(diào)試工具，好像是J2SE 1.4才加進(jìn)來的東東，一種常見的用法是：

assert (布爾表達(dá)式);

當(dāng)表達(dá)式為true時沒有任何反映，如果為false系統(tǒng)將會拋出一個AssertionError。如果你要使用assert，在編譯時必須加上“-source 1.4”的選項，在運(yùn)行時則要加上“-ea”選項。

后生可畏：Java Logging API一瞥

System.out.println(...)對于較高要求的用戶是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它還不是一個日志系統(tǒng)，一個比較完善的日志系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有輸出媒介、優(yōu)先級、格式化、日志過濾、日志管理、參數(shù)配置等功能。伴隨J2SE 1.4一起發(fā)布的Java日志包java.util.logging適時地滿足了我們的初步需求，在程序中按一定格式顯示和記錄豐富的調(diào)試信息已經(jīng)是一件相當(dāng)easy的事情。

1. 日志記錄器：Logger
    Logger是一個直接面向用戶的日志功能調(diào)用接口，從用戶的角度上看，它完成大部分日志記錄工作，通常你得到一個Logger對象，只需要使用一些簡單方法，譬如info，warning，log，logp，logrb等就能完成任務(wù)，簡單到和System.out.println(...)一樣只用一條語句，但后臺可能在向控制臺，向文件，向數(shù)據(jù)庫，甚至向網(wǎng)絡(luò)同時輸出該信息，而這個過程對用戶是完全透明的。
    在使用Logger之前，首先需要通過getLogger()或getAnonymousLogger()靜態(tài)方法得到一個Logger對象（想想看，這里是不是設(shè)計模式當(dāng)中的“工廠方法”的一個實實在在的應(yīng)用？可以參考一下Logger的源代碼，你就明白LogManager是“工廠類”而Logger是“產(chǎn)品類”，凡事都要學(xué)以致用嘛，呵呵）。這里我們需要了解的是Logger的“名字空間”（namespace）的概念：通常我們調(diào)試時需要清楚地知道某個變量是出現(xiàn)在什么位置，精確到哪個類的哪個方法，namespace就是這么個用處。我們用getLogger()得到Logger時需要指定這個Logger的名字空間，通常是一個包名，譬如“com.jungleford.test”等，如果是指定了namespace，那么將在一個全局對象LogManager中注冊這個namespace，Logger會基于namespace形成層次關(guān)系，譬如namespace為“com.jungleford”的Logger就是namespace為“com.jungleford.test”的Logger的父，后者調(diào)用getParent()方法將返回前者，如果當(dāng)前沒有namespace為“com.jungleford”的Logger，則查找namespace為“com”的Logger，要是按照這個鏈找不到就返回根Logger，其namespace為""，根Logger的父是null。從理論上說，這個namespace可以是任意的，通常我們是按所調(diào)試的對象來定，但如果你是使用getAnonymousLogger()方法產(chǎn)生的Logger，那它就沒有namespace，這個“匿名Logger”的父是根Logger。
    得到一個Logger對象后就可以記錄日志了，下面是一些常用的方法：

finest、finer、fine、info、config、warning、severe：簡潔的方法，輸出的日志為指定的級別。關(guān)于日志級別我們在后面將會詳細(xì)談到。

log：不僅可以指定消息和級別，還可以帶一些參數(shù)，甚至可以直接是一個LogRecord對象（這些參數(shù)是LogRecord對象的重要組成部分）。

logp：更加精細(xì)了，不但具有l(wèi)og方法的功能，還可以不使用當(dāng)前的namespace，定義新的類名和方法名。

entering、exiting：這兩個方法在調(diào)試的時候特別管用，用來觀察一個變量變化的情況，就如同我們在VC的調(diào)試狀態(tài)下watch一個變量，然后按F10，呵呵。

2. 輸出媒介控制：Handler
日志的意義在于它可以以多種形式輸出，尤其是像文件這樣可以長久保存的媒介，這是System.out.println(...)所無法辦到的。Logging API的Handler類提供了一個處理日志記錄（LogRecord，它是對一條日志消息的封裝對象）的接口，包括幾個已實現(xiàn)的API：

ConsoleHandler：向控制臺輸出。

FileHandler：向文件輸出。

SocketHandler：向網(wǎng)絡(luò)輸出。

這三個輸出控制器都是StreamHandler的子類，另外Handler還有一個MemoryHandler的子類，它有特殊的用處，我們在后面將會看到。在程序啟動時默認(rèn)的Handler是ConsoleHandler，不過這個是可以配置的，下面會談到logging配置文件的問題。
此外用戶還可以定制自己輸出控制器，繼承Handler即可，通常只需要實現(xiàn)Handler中三個未定義的抽象方法：

publish：主要方法，把日志記錄寫入你需要的媒介。

flush：清除緩沖區(qū)并保存數(shù)據(jù)。

close：關(guān)閉控制器。

通過重寫以上三個方法我們可以很容易就實現(xiàn)一個把日志寫入數(shù)據(jù)庫的控制器。

3. 自定義輸出格式：Formatter
除了可以指定輸出媒介之外，我們可能還希望有多種輸出格式，譬如可以是普通文本、HTML表格、XML等等，以滿足不同的查看需求。Logging API中的Formatter就是這樣一個提供日志記錄格式化方法接口的類。默認(rèn)提供了兩種Formatter：

SimpleFormatter：標(biāo)準(zhǔn)日志格式，就是我們通常在啟動一些諸如Tomcat、JBoss之類的服務(wù)器的時候經(jīng)常能在控制臺下看到的那種形式，就像這樣：

2004-12-20 23:08:52 org.apache.coyote.http11.Http11Protocol init
信息: Initializing Coyote HTTP/1.1 on http-8080

2004-12-20 23:08:56 org.apache.coyote.http11.Http11Protocol init
信息: Initializing Coyote HTTP/1.1 on http-8443

XMLFormatter：XML形式的日志格式，你的Logger如果add了一個new XMLFormatter()，那么在控制臺下就會看到下面這樣的形式，不過更常用的是使用上面介紹的FileHandler輸出到XML文件中：

<?xml version="1.0" encoding="GBK" standalone="no"?>
<!DOCTYPE log SYSTEM "logger.dtd">
<log>
<record>
  <date>2004-12-20T23:47:56</date>
  <millis>1103557676224</millis>
  <sequence>0</sequence>
  <logger>Test</logger>
  <level>WARNING</level>
  <class>Test</class>
  <method>main</method>
  <thread>10</thread>
  <message>warning message</message>
</record>

與Handler類似，我們也可以編寫自己的格式化處理器，譬如API里沒有將日志輸出為我們可通過瀏覽器查看的HTML表格形式的Formatter，我們只需要重寫3個方法：

format：格式化LogRecord中包含的信息。

getHead：輸出信息的頭部。

getTail：輸出信息的尾部。

4. 定義日志級別：Level
大家可能都知道Windows的“事件查看器”，里面有三種事件類型：“信息”、“警告”、“錯誤”。這其實就是日志級別的一種描述。Java日志級別用Level類表示，一個日志級別對應(yīng)的是一個整數(shù)值，范圍和整型值的范圍是一致的，該整數(shù)值愈大，說明警戒級別愈高。Level有9個內(nèi)置的級別，分別是：

類型         對應(yīng)的整數(shù)
OFF          最大整數(shù)（Integer.MAX_VALUE）
SEVERE    1000
WARNING   900
INFO         800
CONFIG      700
FINE         500
FINER        400
FINEST      300
ALL          最小整數(shù)（Integer.MIN_VALUE）

你也可以定義自己的日志級別，但要注意的是，不是直接創(chuàng)建Level的對象（因為它的構(gòu)造函數(shù)是protected的），而是通過繼承Level的方式，譬如：

class AlertLevel extends java.util.logging.Level
{
  public AlertLevel()
  {
    super("ALERT", 950);
  }
}
...
Logger logger = Logger.getAnonymousLogger();
logger.log(new AlertLevel(), "A dangerous action!");

上面定義了一個高于WARNING但低于SEVERE的日志級別。
于是可能有朋友會興沖沖地用以下的語句來記錄一個事件：

Logger logger = Logger.getAnonymousLogger();
logger.fine("Everything seems ok.");
//或者是
//logger.log(Level.FINE, "Everything seems ok.");

但是一程序運(yùn)行，奇怪了，怎么沒有打印出任何消息呢？下一小節(jié)我們就來談這個問題。

5. 日志過濾器：Filter
所謂過濾器是控制哪些日志該輸出哪些不該輸出的一種組件。上面你寫的那條日志沒有能在控制臺顯示出來，是因為logging API預(yù)先設(shè)定的缺省級別是INFO，也就是說只有級別不低于INFO（即其整數(shù)值不小于800）的日志才會被輸出，這個就是Filter的功能。所以我們可以看到SEVERE、WARNING、INFO以及上面我們定義的ALERT消息，但看不到FINE、FINER和FINEST消息。當(dāng)然，你盡可以用Logger的setLevel方法或者修改配置文件的方法（什么是配置文件，我們后面將會看到）來重新定義Logger輸出的最低級別。
Filter不僅僅可以按日志級別過濾，你也可以定義自己的Filter，實現(xiàn)其中的isLoggable方法，隨便按照LogRecord攜帶的任何信息進(jìn)行過濾，譬如（順便復(fù)習(xí)一下匿名類，呵呵）：

Logger logger = Logger.getAnonymousLogger();
logger.setFilter(new Filter()
{
  public boolean isLoggable(LogRecord rec)
  {
    //從LogRecord里得到過濾信息
  }
});

6. 預(yù)定義參數(shù)
LogManager是一個實現(xiàn)了Singleton模式的全局對象（由于是一個唯一的對象，LogManager需要是線程安全的），它管理著程序啟動以后所有已注冊（包層次）或匿名的Logger，以及相關(guān)配置信息。這里的配置信息通常是從<JAVA_HOME>\jre\lib\logging.properties文件得到的。logging.properties對于logging API來說是一個很重要的文件，它的內(nèi)容一般是：

############################################################
# Default Logging Configuration File
#
# You can use a different file by specifying a filename
# with the java.util.logging.config.file system property.
# For example java -Djava.util.logging.config.file=myfile
############################################################

############################################################
# Global properties
############################################################

# "handlers" specifies a comma separated list of log Handler
# classes. These handlers will be installed during VM startup.
# Note that these classes must be on the system classpath.
# By default we only configure a ConsoleHandler, which will only
# show messages at the INFO and above levels.
handlers= java.util.logging.ConsoleHandler

# To also add the FileHandler, use the following line instead.
#handlers= java.util.logging.FileHandler, java.util.logging.ConsoleHandler

# Default global logging level.
# This specifies which kinds of events are logged across
# all loggers. For any given facility this global level
# can be overriden by a facility specific level
# Note that the ConsoleHandler also has a separate level
# setting to limit messages printed to the console.
.level= INFO

############################################################
# Handler specific properties.
# Describes specific configuration info for Handlers.
############################################################

# default file output is in user's home directory.
java.util.logging.FileHandler.pattern = %h/java%u.log
java.util.logging.FileHandler.limit = 50000
java.util.logging.FileHandler.count = 1
java.util.logging.FileHandler.formatter = java.util.logging.XMLFormatter

# Limit the message that are printed on the console to INFO and above.
java.util.logging.ConsoleHandler.level = INFO
java.util.logging.ConsoleHandler.formatter = java.util.logging.SimpleFormatter

############################################################
# Facility specific properties.
# Provides extra control for each logger.
############################################################

# For example, set the com.xyz.foo logger to only log SEVERE
# messages:
com.xyz.foo.level = SEVERE

你可以通過修改這個配置文件來改變運(yùn)行時Logger的行為，譬如：.level定義的是上面所說的默認(rèn)輸出的最低日志級別；XXXHandler相關(guān)屬性定義了各種輸出媒介等等。
這里比較有意思的是關(guān)于日志文件，也就是FileHandler，當(dāng)然，你可以在程序中創(chuàng)建一個FileHandler，然后添加到logger中：

FileHandler fhd = new FileHandler("%h/java%u.log", 5000, 1, true);
fhd.setLevel(Level.ALL);
fhd.setFormatter(new XMLFormatter());
logger.addHandler(fhd);

這段代碼等價于上面logging.properties中的文字段：

java.util.logging.FileHandler.pattern = %h/java%u.log
java.util.logging.FileHandler.limit = 50000
java.util.logging.FileHandler.count = 1
java.util.logging.FileHandler.formatter = java.util.logging.XMLFormatter

    這里的pattern代表用轉(zhuǎn)義字符定義的一個日志文件名：轉(zhuǎn)義字符串含義 %t 臨時目錄 %h 用戶目錄，即系統(tǒng)屬性“user.home”對應(yīng)的值 %g 一個隨機(jī)生成的數(shù)字，可以重復(fù) %u 一個隨機(jī)生成的非重復(fù)數(shù)字
    以上面的“%h/java%u.log”為例，在Windows 2000下代表日志文件可能就是：C:\Documents and Settings\Administrator\javax.log。這里x代表一個不重復(fù)的數(shù)字，如果是第一次，那么就是java0.log；如果在該目錄下已經(jīng)存在了一個java0.log的文件，那么logger就產(chǎn)生一個java1.log的新的日志文件。
    當(dāng)然，你可以在別的地方使用自己寫的配置文件，不過在啟動程序時候需要指定java.logging.config.file屬性：

轉(zhuǎn)義字符串含義 %t 臨時目錄 %h 用戶目錄，即系統(tǒng)屬性“user.home”對應(yīng)的值 %g 一個隨機(jī)生成的數(shù)字，可以重復(fù) %u 一個隨機(jī)生成的非重復(fù)數(shù)字
以上面的“%h/java%u.log”為例，在Windows 2000下代表日志文件可能就是：C:\Documents and Settings\Administrator\javax.log。這里x代表一個不重復(fù)的數(shù)字，如果是第一次，那么就是java0.log；如果在該目錄下已經(jīng)存在了一個java0.log的文件，那么logger就產(chǎn)生一個java1.log的新的日志文件。
當(dāng)然，你可以在別的地方使用自己寫的配置文件，不過在啟動程序時候需要指定java.logging.config.file屬性：

java -Djava.logging.config.file=...

7. 資源與本地化
    Logger里還有個方法叫logrb，可能初學(xué)者不太會用到。如果你安裝的JDK是國際版的，那么你將會看到在中文Windows平臺下日志輸出的INFO、WARNING顯示的是“信息”、“警告”等中文字樣。因為logrb是一個和Java i18n/l10n相關(guān)的方法，你可以定義自己的“資源包”（Resource Bundle），然后在logrb方法中指定相應(yīng)的資源名稱，那么在輸出日志中你就能看到用自己定義的本地語言、時間等顯示的信息。如果你對i18n/l10n感興趣，可以參考Java Localization文檔。

    了解以上組件后，我們回顧一個完整的日志處理的工作過程：
    程序啟動日志服務(wù)，創(chuàng)建Logger對象，LogManager按照namespace的層次結(jié)構(gòu)組織Logger，在同一個namespace里子Logger將繼承父Logger的屬性；同時，LogManager從logging.properties中讀取相應(yīng)的屬性對Logger進(jìn)行初始化，如果在程序中設(shè)置了屬性則使用新的配置。當(dāng)應(yīng)用程序產(chǎn)生一條日志，Logger將創(chuàng)建一個LogRecord對象，該對象封裝了一條日志的全部信息。Logger需要根據(jù)當(dāng)前設(shè)置的Filter來判斷這條日志是否需要輸出，并將有用的日志傳給相應(yīng)的Handler處理，而Handler根據(jù)當(dāng)前設(shè)置的Formatter和Resource Bundle將日志消息轉(zhuǎn)換成一定的顯示格式，然后輸出到預(yù)定的媒介（控制臺、文件等）中去。整個過程大致如圖1所示：

圖1

前面我們在介紹Handler的時候提到過一個特殊的類叫MemoryHandler，這里我們要了解一下“Handler鏈”的概念，日志在輸出之前可能經(jīng)過多個Handler的處理，MemoryHandler在這種情況下就是一個中間角色，它維持一個內(nèi)存中的日志緩沖區(qū)，當(dāng)日志沒有填滿緩沖區(qū)時就將全部日志送到下一個Handler，否則新進(jìn)來的日志將會覆蓋最老的那些日志，因此，使用MemoryHandler可以維護(hù)一定容量的日志，另外，MemoryHandler也可以不需要使用Formatter來進(jìn)行格式化，從而具有較高的效率。一個使用Handler鏈的例子如圖2所示：

圖2

青出于藍(lán)：Apache Jakarta log4j日志工具包

    應(yīng)付日常的日志需求，J2SE的Logging API可以說已經(jīng)做得相當(dāng)出色了，但追求完美的開發(fā)人員可能需要可擴(kuò)展性更好的專業(yè)日志處理工具，log4j正是當(dāng)前比較流行的一個工具包，它提供更多的輸出媒介、輸出格式和配置選擇，你會發(fā)現(xiàn)原來在J2SE里一些仍需要自己手工構(gòu)建的功能在log4j當(dāng)中都已經(jīng)為你實現(xiàn)了。關(guān)于log4j我可能談得不會太多，可以看看文后所附的“參考資料”，網(wǎng)上也有很詳細(xì)的介紹，我在這里做的是一個對比，因為log4j和J2SE 1.4 Logging API的用法是很相似的，一些名稱不同的組件你會發(fā)現(xiàn)他們所處的地位其實是一樣的：

                J2SE 1.4中的類       log4j中的類
日志記錄器   Logger                  Logger
日志管理器   LogManager           LogManager
日志對象       LogRecord             LoggingEvent
輸出媒介控制 Handler                 Appender
格式化        Formatter              Layout
級別           Level                    Level
過濾器          Filter                     Filter

    log4j可以做到更精細(xì)更完善的控制，譬如J2SE里沒有現(xiàn)成向數(shù)據(jù)庫里寫日志的方法，但log4j卻有JDBCAppender，它甚至還能向GUI圖形界面（LF5Appender，一種以JTree方式顯示的層次結(jié)構(gòu)）、Windows NT事件查看器（NTEventLogAppender）、UNIX的syslogd服務(wù)（SyslogAppender）、電子郵箱（SMTPAppender）、Telnet終端（TelnetAppender）、JMS消息（JMSAppender）輸出日志，牛吧；J2SE里默認(rèn)只能用%JAVA_HOME%\jre\lib\logging.properties做配置文件，但log4j卻可以在代碼中設(shè)置其它路徑下的properties文件或XML格式的配置文件。log4j的其它方面同樣很豐富，總之，log4j的最大的特點就是“靈活”，無論是Appender、Layout還是Configurator，你可以把日志輕松地弄成幾乎任何你想要的形式。

框架與標(biāo)準(zhǔn)：JSR議案

從時間順序上講，log4j要比J2SE Logging API來得早，很多概念都是log4j先有的，但成為一個標(biāo)準(zhǔn)，則是在JSR 47的形成。可能有人還不太了解JSR，這還要談到JCP，即“Java Community Process”，它是一個于1998年成立的旨在為Java技術(shù)制定民間標(biāo)準(zhǔn)的開放組織，你可以通過http://www.jcp.org/en/participation/membership申請成為它的付費或免費會員，JCP的主要工作就是制定和發(fā)布JSR（Java Specification Requests），JSR對于Java的意義就相當(dāng)于RFC對于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的意義，由于JCP會員們的集思廣益，使得JSR成為Java界的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。JSR 47即“Logging API Specification”，制定了調(diào)試和日志框架，J2SE Logging API正是該框架的一個實現(xiàn)。由于種種原因，在JSR 47出來以前，log4j就已經(jīng)成為一項成熟的技術(shù)，使得log4j在選擇上占據(jù)了一定的優(yōu)勢，但不能因此就說JSR 47是過時的規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)總是在發(fā)展的嘛！

并不是全部：其它日志處理工具

除了J2SE Logging API和log4j，日志處理方面還有別的技術(shù)：Jakarta的commons組件項目中的JCL（Jakarta Commons Logging）是一個不錯的選擇，它有點類似于GSS-API（通用安全服務(wù)接口）中的思想，其日志服務(wù)機(jī)制是可以替換的，也就是說既可以用J2SE Logging API也可以用log4j，但JCL對開發(fā)人員提供一致的接口，這一點相當(dāng)重要，組件可重用正是Jakarta Commons項目追求的一個目標(biāo)；IBM的JLog也是在J2SE Logging API之前推出的一個工具包，但JLog是一個商業(yè)產(chǎn)品。
至于日志API的應(yīng)用那可就多了，現(xiàn)在哪個大一點的工具或平臺不用到日志模塊呢？Tomcat、JBoss……

說了這么多，我們無非需要知道的一件事就是，“調(diào)試”也是一門學(xué)問。在我們一個勁地用System.out.println(...)而且用得很爽的時候，也應(yīng)該想想看，如何讓這樣一條菜鳥語句也能變得人性化和豐富多彩。

參考資料

Java Logging Documentation
Java Logging APIs
J2SE進(jìn)階, by www.javaresearch.org
Short introduction to log4j, by Ceki Gülcü
log4j APIs
FAQ about log4j

posted on 2007-04-03 14:17 hiker 閱讀(451) 評論(0) 編輯收藏所屬分類: Tabloid

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