Java日志性能那些事

说到Java日志，大家肯定都会说要选择合理的日志级别、合理控制日志内容，但是这仅是万里长征第一步……哪怕一些DEBUG级别的日志在生产环境中不会输出到文件中，也可能带来不小的开销。我们撇开判断和方法调用的开销，在Log4J 2.x的性能文档中有这样一组对比：

logger.debug("Entry number: " + i + " is " +  String.valueOf(entry[i])); 
 logger.debug("Entry number: {} is {}", i, entry[i]);

上面两条语句在日志输出上的效果是一样的，但是在关闭DEBUG日志时，它们的开销就不一样了，主要的影响在于字符串转换和字符串拼接上，无论是否生效，前者都会将变量转换为字符串并进行拼接，而后者则只会在需要时执行这些操作。Log4J官方的测试结论是两者在性能上能相差两个数量级。试想一下，如果某个对象的toString()方法里用了ToStringBuilder来反射输出几十个属性时，这时能省下多少资源。

因此，某些仍在使用Log4J 1.x或Apache Commons Logging（它们不支持{}模板的写法）的公司都会有相应的编码规范，要求在一定级别的日志（比如DEBUG和INFO）输出前增加判断：

if (logger.isDebugEnabled()) { 
    logger.debug("Entry number: " + i + " is " + String.valueOf(entry[i])); 
}

除了日志级别和日志消息，通常在日志中还会包含一些其他信息，比如日期、线程名、类信息、MDC变量等等，根据Takipi的测试，如果在日志中加入class，性能会急剧下降，比起LogBack的默认配置，吞吐量的降幅在6成左右。如果一定要打印类信息，可以考虑用类名来命名Logger。

在分布式系统中，一个请求可能会经过多个不同的子系统，这时最好生成一个UUID附在请求中，每个子系统在打印日志时都将该UUID放在MDC里，便于后续查询相关的日志。《The Ultimate Guide: 5 Methods For Debugging Production Servers At Scale》一文中就如何在生产环境中进行调试给出了不少建议，当中好几条是关于日志的，这就是其中之一。另一条建议是记录下所有未被捕获的日志，其实抛出异常有开销，记录异常同样会带来一定的开销，主要原因是Throwable类的fillInStackTrace方法默认是同步的：

public synchronized native Throwable fillInStackTrace();

一般使用logger.error都会打出异常的堆栈，如果对吞吐量有一定要求，在情况运行时可以考虑覆盖该方法，去掉synchronized native，直接返回实例本身。

聊完日志内容，再来看看Appender。在Java中，说起IO操作大家都会想起NIO，到了JDK 7还有了AIO，至少都知道读写加个Buffer，日志也是如此，同步写的Appender在高并发大流量的系统里多少有些力不从心，这时就该使用AsyncAppender了，同样是使用LogBack：

在10线程并发下，输出200字符的INFO日志，AsyncAppender的吞吐量最高能是FileAppender的3.7倍。在不丢失日志的情况下，同样使用AsyncAppender，队列长度对性能也会有一定影响。

如果使用Log4J 2.x，那么除了有AsyncAppender，还可以考虑性能更高的异步Logger，由于底层用了Disruptor，没有锁的开销，性能更为惊人。根据Log4J 2.x的官方测试，同样使用Log4J 2.x：

64线程下，异步Logger比异步Appender快12倍，比同步Logger快68倍。

同样是异步，不同的库之间也会有差异：

同等硬件环境下，Log4J 2.x全部使用异步Logger会比LogBack的AsyncAppender快12倍，比Log4J 1.x的异步Appender快19倍。

(点击放大图像)

Log4J 2.x的异步Logger性能强悍，但也有不同的声音，觉得这只是个看上去很优雅，只能当成一个玩具。关于这个问题，还是留给读者自己来思考吧。

如果一定要用同步的Appender，那么可以考虑使用ConsoleAppender，然后将STDOUT重定向到文件里，这样大约也能有10%左右的性能提升。

大部分生产系统都是集群部署，对于分布在不同服务器上的日志，用Logstash之类的工具收集就好了。很多时候还会在单机上部署多实例以便充分利用服务器资源，这时千万不要贪图日志监控或者日志查询方便，将多个实例的日志写到同一个日志文件中，虽然LogBack提供了prudent模式，能够让多个JVM往同一个文件里写日志，但此种方式对性能同样也有影响，大约会使性能降低10%。

如果对同一个日志文件有大量的写需求，可以考虑拆分日志到不同的文件，做法之一是添加多个Appender，同时修改代码，不同的情况使用不同Logger；LogBack提供了SiftingAppender，可以直接根据MDC的内容拆分日志，Jetty的教程中就有根据host来拆分日志的范例，而根据Takipi的测试，SiftingAppender的性能会随着拆分文件数的增长一同提升，当拆分为4个文件时，10并发下SiftingAppender的吞吐量约是FileAppender的3倍多。

看了上面这么多的数据，不知您是否觉得自己的日志有不少改进的余地，您还没有把系统优化到极致，亦或者您还有其他日志优化的方法，不妨分享给大家。

感谢丁晓昀对本文的审校。