muduo网络库学习笔记(8):高效日志类的封装

前言

在服务端编程中,日志是必不可少的。
开发过程中,日志的存在能方便我们调试错误和更好地理解程序;运行过程中,日志能帮助我们诊断系统故障并处理、记录系统运行状态。

muduo日志类封装细节

(1)日志消息有多种级别(level),如TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR、FATAL。日志的输出级别在运行时可调。

代码片段1:返回当前日志级别
文件名:Logging.cc

Logger::LogLevel initLogLevel()
{
  if (::getenv("MUDUO_LOG_TRACE"))  // 获取环境变量MUDUO_LOG_TRACE
    return Logger::TRACE;
  else if (::getenv("MUDUO_LOG_DEBUG"))
    return Logger::DEBUG;
  else
    return Logger::INFO;
}

(2)日志类Logger的使用流程
Logger使用时序图如下:
muduo网络库学习笔记(8):高效日志类的封装_第1张图片

Logger类主要负责日志的级别等,它的内部嵌套类Impl(疑问:为什么要采用内部嵌套类的设计?)则负责实际的实现。使用时,首先构造一个匿名的Logger对象,然后调用stream()函数返回一个LogStream对象,LogStream对象再调用重载的<<运算符来输出日志。事实上,日志先输出到缓冲区,然后才输出到标准输出或文件。匿名的Logger对象在销毁时调用析构函数,析构函数调用g_output和g_flush输出到日志对应的设备。

代码片段2:Logger的析构函数
文件名:Logging.cc

Logger::~Logger()
{
  impl_.finish();
  const LogStream::Buffer& buf(stream().buffer());  // 获取缓冲区
  g_output(buf.data(), buf.length());  // 默认输出到stdout

  // 当日志级别为FATAL时,flush设备缓冲区并终止程序
  if (impl_.level_ == FATAL) 
  {
    g_flush();
    abort();
  }
}

Logger类的使用示例:

#define LOG_INFO if (muduo::Logger::logLevel() <= muduo::Logger::INFO) \
  muduo::Logger(__FILE__, __LINE__).stream()

LOG_INFO << "info ..."; // 使用方式
muduo::Logger(__FILE__, __LINE__).stream() << "info ...";  // 传递代码所在的文件名和行号参数

(3)重载<<运算符
以输出int类型的<<运算符为例,它并不是直接存放int类型的数据,而是转换为string类型后再存放到buffer:

代码片段3:重载<<运算符
文件名:LogStream.cc

......

// 通过调用convert函数将整数转换为字符串
template<typename T>
size_t convert(char buf[], T value)
{
  T i = value;
  char* p = buf;

  do
  {
    int lsd = static_cast<int>(i % 10);  // 得到最后一个数字,last digit
    i /= 10;
    // const char digits[] = "9876543210123456789";
    // (疑问:digits数组为什么是"9876543210123456789",而不直接赋为"0123456789"?)
    // const char* zero = digits + 9;
    // 假如此时获取的lsd值为5,指针zero指向digits[]中的'0'
    // zero[lsd]再偏移lsd即5个位置,便获取到了字符'5',保存到了buf中
    *p++ = zero[lsd];
  } while (i != 0);

  // 为负数则添加负号
  if (value < 0)
  {
    *p++ = '-';
  }
  *p = '\0';
  std::reverse(buf, p);  // 将字符串逆转

  return p - buf;
}

......

template<typename T>
void LogStream::formatInteger(T v)
{
  // kMaxNumericSize的值为32,即如果buffer的空间足够大
  if (buffer_.avail() >= kMaxNumericSize)
  {
    size_t len = convert(buffer_.current(), v);
    buffer_.add(len);
  }
}

......

LogStream& LogStream::operator<<(int v)
{
  formatInteger(v);  // 调用formatInteger()函数
  return *this;  // 返回LogStream对象的指针
}

(4)FixedBuffer的设计
muduo网络库学习笔记(8):高效日志类的封装_第2张图片
FixedBuffer的实现为一个模板类,传入一个非类型参数SIZE表示缓冲区的大小。通过成员 data_首地址、cur_指针、end()完成对缓冲区的各项操作,例如:

代码片段4:模版类FixedBuffer的成员函数avail()返回当前可用的空间
文件名:LogStream.h

int avail() const 
{ 
    return static_cast<int>(end() - cur_); 
}

(5)日志滚动
muduo库日志滚动的条件通常有两个:
文件大小 - 例如每写满1G换下一个文件
时间 - 例如每天零点新建一个文件,不管前一个文件是否写满

I.日志文件文件名的设计
例:logfile_test.20120603-144022.hostname.3605.log

第一部分如“logfile_test”是日志文件的basename;
第二部分如“20120603-144022”是日志的创建时间(UTC时间);
第三部分如“hostname”是主机名称;
第四部分如“3605”是进程id;
最后是日志后缀名“.log”。

代码片段5:获取日志文件名
文件名:LogFile.cc

string LogFile::getLogFileName(const string& basename, time_t* now)
{
  string filename;
  // 预留basename的size加上64字节的空间
  filename.reserve(basename.size() + 64);
  filename = basename;

  char timebuf[32];
  char pidbuf[32];
  struct tm tm;
  *now = time(NULL);
  gmtime_r(now, &tm);  // 线程安全,获取日志创建时间
  strftime(timebuf, sizeof timebuf, ".%Y%m%d-%H%M%S.", &tm);  // 将时间格式化
  filename += timebuf;
  filename += ProcessInfo::hostname();  // 用到了gethostname()返回主机名
  snprintf(pidbuf, sizeof pidbuf, ".%d", ProcessInfo::pid());
  filename += pidbuf;
  filename += ".log";

  return filename;
}

II.日志的滚动实现

代码片段6:日志的滚动
文件名:LogFile.cc

void LogFile::rollFile()
{
  time_t now = 0;
  string filename = getLogFileName(basename_, &now);

  // 注意,这里先除以kRollPerSeconds_、后乘kRollPerSeconds_表示
  // 对齐至kRollPerSeconds_(24*60*60)整数倍,也就是时间调整到当天零点。
  time_t start = now / kRollPerSeconds_ * kRollPerSeconds_;

  // 如果now大于上一次滚动日志文件时间就滚动
  if (now > lastRoll_)
  {
    lastRoll_ = now;  // lastRoll_是上一次滚动日志文件时间
    lastFlush_ = now;  // lastFlush_是上一次日志写入文件时间
    startOfPeriod_ = start;  // startOfPeriod_是开始记录日志时间(调整至零点的时间)
    file_.reset(new File(filename));
  }
}
代码片段7:写入日志时,判断是否需要滚动日志
文件名:LogFile.cc

void LogFile::append_unlocked(const char* logline, int len)
{
  file_->append(logline, len);

  // 写入的字节数大于rollSize_时要滚动
  if (file_->writtenBytes() > rollSize_)
  {
    rollFile();
  }
  else
  { 
    // 计数值count_超过kCheckTimeRoll_时也要判断是否需要滚动
    if (count_ > kCheckTimeRoll_)
    {
      count_ = 0;
      time_t now = ::time(NULL);
      time_t thisPeriod_ = now / kRollPerSeconds_ * kRollPerSeconds_;
      if (thisPeriod_ != startOfPeriod_)
      {
        rollFile();
      }
      // 大于flush的间隔时间时则写入日志,不滚动
      else if (now - lastFlush_ > flushInterval_)
      {
        lastFlush_ = now;
        file_->flush();
      }
    }
    else
    {
      ++count_;
    }
  }
}

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