深入源码之SLF4J

Commons Logging+Log4J一直是Java日志的经典组合，以至于很多服务器都使用了类似的配置，像WebSphere、以前的Tomcat都使用Commons Logging作为日志输出框架，而据说JBoss则直接Commons Logging和Log4J一起使用了（这个估计是为了解决Commons Logging中经常在这类服务器上遇到的ClassLoader问题）。然而Log4J的开发团队对Commons Logging貌似不满意（可以从Log4J Manual中看出一些端倪），因而Log4J团队开发了自己的日志门面框架SLF4J（Simple Logging Façade For Java），貌似他们对自己开发的Log4J的性能也不满意，然后又弄出了个LogBack，关键执行语句的性能要比Log4J快10倍以上（官网资料，我本人还没有仔细看过LogBack的代码，更没有测试过，不知道具体性能能提高多少），这是后话，等过几年看LogBack代码后再仔细讨论。

以我个人理解，SLF4J的出现是为了解决Commons Logging存在的两个问题：

1.    Commons Logging存在的ClassLoader问题，即当服务器本身引入Commons Logging时，如果在服务器中载入Commons Logging包，则该包中的类由服务器的ClassLoader加载，从而在加载Log4J中的Logger类时会出现ClassNotFoundException，因为服务器中的ClassLoader没法找到Web App下的jar包。对于父ClassLoader优先的类加载机制来说，目前的一个解决方案是使用commons-logging-api-1.1.1.jar包，该包的Log实现类只包含Jdk14Logger、SimpleLog、NoOpLog三个类，因而在加载这几个类时会使用Web App中的Commons Logging包，从而解决ClassNotFoundException的问题，然而这种方式对那些实现Child ClassLoader First的服务器来说，由WebClassLoader父ClassLoader加载的类在使用日志时会存在问题，因为它们的Log接口由加载自身类的ClassLoader加载，而Log4JLogger类却由WebClassLoader加载。具体关于Commons Logging中存在的问题我会在另外一篇文章中详细说明。

2.    在使用Commons Logging时，我们经常会看到以下方法的写法：

if (logger.isDebugEnabled()) {

    logger.info("Loading XML bean definitions from " + encodedResource.getResource());

}

存在isDebugEnabled()的判断逻辑是为了在避免多余的字符串拼接，即如果不存在isDebugEnabled()判断，即使当前日志级别为ERROR时，在遇到logger.info()调用时，它还会先拼接日志消息的字符串，然后进入该方法内，才发现这个日志语句不用打印。而这种多余的拼接不仅浪费了多余的CPU操作，而且会增加GC的负担。SLF4J则提供以下的方式来解决这个问题：

logger.info("Loading XML bean definitions from {}", encodedResource.getResource());

 

SLF4J综述

类似Commons Logging，SLF4J在使用时通过LoggerFactory得到命名的Logger实例，然后通过该Logger实例调用相应的方法打印日志：

final Logger logger = LoggerFactory.getLogger("levin.logging.slf4j");

logger.info("Using slf4j, current time is {}", new Date());

然而不同于Commons Logging的动态绑定机制，SLF4J则采用了一种静态绑定的机制，即每个支持SLF4J的Logging框架必须存在一个继承自LoggerFactoryBinder接口的StaticLoggerBinder类：

public interface LoggerFactoryBinder {

 public ILoggerFactory getLoggerFactory();

   public String getLoggerFactoryClassStr();

}

LoggerFactory调用StaticLoggerBinder类中的getLoggerFactory()方法返回相应的ILoggerFactory实例：

public interface ILoggerFactory {

 public Logger getLogger(String name);

}

最后通过ILoggerFactory实例获取Logger实例：

public interface Logger {

   public String getName();

   ...(trace)

   public boolean isDebugEnabled();

   public void debug(String msg);

   public void debug(String format, Object arg);

   public void debug(String format, Object arg1, Object arg2);

   public void debug(String format, Object... arguments);

   public void debug(String msg, Throwable t);

   public boolean isDebugEnabled(Marker marker);

   public void debug(Marker marker, String msg);

   public void debug(Marker marker, String format, Object arg);

   public void debug(Marker marker, String format, Object arg1, Object arg2);

   public void debug(Marker marker, String format, Object... arguments);

   public void debug(Marker marker, String msg, Throwable t);

   ...(info)

   ...(warn)

   ...(error)

}

也正是因为这个设计，SLF4J在classpath下只支持一个桥接包（slf4j-simple-<version>.jar、slf4j-log4j12-<version>.jar、slf4j-jdk14-<version>.jar、logback-classic-<version>.jar等）。如果在classpath下存在多个桥接包，则具体用哪个就要看这几个桥接包的加载顺序了，实际中会使用先加载的桥接包。同时SLF4J会打印使用哪个桥接包，哪些桥接包没有使用。这种静态绑定的设计比Commons Logging在可扩展性上具有更加灵活的机制，对“可插拔”的支持也更加高效。如果要支持一个新的Logging框架，Commons Logging需要通过在属性配置文件、或虚拟机属性中配置支持这个新的Logging框架的实现类（实现Log接口）；而SLF4J则只需要编写一个五个相应的类：

1.    实现Logger接口的类

2.    实现ILoggerFactory接口的类

3.    实现LoggerFactoryBinder接口的类StaticLoggerBinder类（必须使用StaticLoggerBinder类名），并且存在一个静态的getSingleton()方法。

4.    实现MarkerFactoryBinder类的StaticMarkerBinder类（必须使用StaticMarkerBinder类名），可选。一般也会存在一个静态的SINGLETON字段，不过也是可选的。

5.    实现StaticMDCBinder类，可选。一般也会存在一个静态的SINGLETON字段，也可选。

SLF4J的类设计也相对比较简单（也感觉有点零散）：

SLF4J实现实例，SLF4J API与SLF4J Simple

由于采用了静态绑定的方式，而不是像Commons Logging中的动态绑定，SLF4J中LoggerFactory的实现要比Commons Logging中LogFactory的实现要简单的多。即LoggerFactory调用getILoggerFactory()方法，该方法会初始化LoggerFactory，即通过在bind()方法中加载classpath中的StaticLoggerBinder类，并根据加载结果设置当前LoggerFactory的初始化状态，从而在getILoggerFactory()方法中通过当前LoggerFactory的状态判断返回的ILoggerFactory实例。简单的示意图如下：

bind()方法的主要源码如下：

 private final static void bind() {

    try {

      ...

      //实现绑定

      StaticLoggerBinder.getSingleton();

      INITIALIZATION_STATE = SUCCESSFUL_INITIALIZATION;

      ...

    } catch (NoClassDefFoundError ncde) {

      String msg = ncde.getMessage();

      //判断是否是因为没有找到StaticLoggerBinder类引起的异常

      //此时，使用NOPLoggerFactory类返回给getILoggerFactory()，不打印任何日志

      if (messageContainsOrgSlf4jImplStaticLoggerBinder(msg)) {

        INITIALIZATION_STATE = NOP_FALLBACK_INITIALIZATION;

        ...

      } else {

        // INITIALIZATION_STATE = FAILED_INITIALIZATION

        failedBinding(ncde);

        throw ncde;

      }

    } catch (java.lang.NoSuchMethodError nsme) {

      String msg = nsme.getMessage();

      if (msg != null && msg.indexOf("org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder.getSingleton()") != -1) {

        INITIALIZATION_STATE = FAILED_INITIALIZATION;

        ...

      }

      throw nsme;

    } catch (Exception e) {

      //INITIALIZATION_STATE = FAILED_INITIALIZATION;

      failedBinding(e);

      throw new IllegalStateException("Unexpected initialization failure", e);

    }

 }

即bind()方法使用调用StaticLoggerBinder.getSingleton()方法来实现绑定，如果该方法调用成功，则将初始化状态设置为SUCCESSFUL_INITIALIZATION，如果因为没有找到StaticLoggerBinder类而引起的异常，则将状态设置为NOP_FALLBACK_INITIALIZATION，否则将状态设置为FAILED_INITIALIZATION，并抛出异常。如果在当前classpath下存在多个桥接jar包，在实现绑定前后会记录存在哪些可使用的桥接jar包，绑定了那个ILoggerFactory类。

在bind()返回后，performInitialization()方法会再做一些版本检查，即StaticLoggerBinder可以定义一个静态的REQUESTED_API_VERSION字段，表示该StaticLoggerBinder支持的SLF4J版本，如果该版本不在LoggerFactory定义的兼容版本列表中（API_COMPATIBILITY_LIST），SLF4J会打印警告信息，并列出当前LoggerFactory兼容的版本列表。而后在getILoggerFactory()方法中会根据当前LoggerFactory的初始化状态来决定返回的ILoggerFactory实例：

 public static ILoggerFactory getILoggerFactory() {

    if (INITIALIZATION_STATE == UNINITIALIZED) {

      INITIALIZATION_STATE = ONGOING_INITIALIZATION;

      performInitialization();

    }

    switch (INITIALIZATION_STATE) {

      case SUCCESSFUL_INITIALIZATION:

        return StaticLoggerBinder.getSingleton().getLoggerFactory();

      case NOP_FALLBACK_INITIALIZATION:

        return NOP_FALLBACK_FACTORY;

      case FAILED_INITIALIZATION:

        throw new IllegalStateException(UNSUCCESSFUL_INIT_MSG);

      case ONGOING_INITIALIZATION:

        // support re-entrant behavior.

        // See also http://bugzilla.slf4j.org/show_bug.cgi?id=106

        return TEMP_FACTORY;

    }

    throw new IllegalStateException("Unreachable code");

 }

当LoggerFactory成功初始化，则返回绑定的StaticLoggerBinder中的ILoggerFactory实例；如果为NOP_FALLBACK_INITIALIZATION（没有找到桥接jar），则返回NOPLoggerFactory，它返回一个单例的NOPLogger实例，该类不会打印任何日志；如果初始化状态为FAILED_INITIALIZATION，抛出IllegalStateException异常；如果初始化状态为ONGOING_INITIALIZATION，则返回SubstituteLoggerFactory类实例，该状态发生在一个线程正在初始化LoggerFactory，而另一个线程已经开始请求获取ILoggerFactory实例，SubstituteLoggerFactory会记录当前请求的Logger名称，然后返回NOPLogger实例。所有这些在LoggerFactory初始化时被忽略的Logger Name会在LoggerFactory初始化成功以后被report出来（在System.err流中打印出来）。

      SLF4J实现了一个简单的日志系统：slf4j-simple-<version>.jar。要实现一个兼容SLF4J的日志系统，基本的需要三个类：

1.    StaticLoggerBinder类，实现LoggerFactoryBinder接口。它实现单例模式，存在getSingleton()静态方法，存在REQUESTED_API_VERION静态字段，不用final避免编译器的优化（将值直接写入源码中，而不使用该字段）。返回的ILoggerFactory实例也一直使用同一个实例（SimpleLoggerFactory）。

public class StaticLoggerBinder implements LoggerFactoryBinder {

 private static final StaticLoggerBinder SINGLETON = new StaticLoggerBinder();

 public static final StaticLoggerBinder getSingleton() {

    return SINGLETON;

 }

 // to avoid constant folding by the compiler, this field must *not* be final

 public static String REQUESTED_API_VERSION = "1.6.99"; // !final

 private static final String loggerFactoryClassStr = SimpleLoggerFactory.class.getName();

 private final ILoggerFactory loggerFactory;

 private StaticLoggerBinder() {

    loggerFactory = new SimpleLoggerFactory();

 }

 public ILoggerFactory getLoggerFactory() {

    return loggerFactory;

 }

 public String getLoggerFactoryClassStr() {

    return loggerFactoryClassStr;

 }  

}

2.    实现ILoggerFactory接口的SimpleLoggerFactory。它有一个loggerMap字段缓存所有之前创建的SimpleLogger实例，以Logger Name为key，实现每个相同名字的Logger实例只需要创建一次。

public class SimpleLoggerFactory implements ILoggerFactory {

 final static SimpleLoggerFactory INSTANCE = new SimpleLoggerFactory();

 Map loggerMap;

 public SimpleLoggerFactory() {

    loggerMap = new HashMap();

 }

 public Logger getLogger(String name) {

    Logger slogger = null;

    // protect against concurrent access of the loggerMap

    synchronized (this) {

      slogger = (Logger) loggerMap.get(name);

      if (slogger == null) {

        slogger = new SimpleLogger(name);

        loggerMap.put(name, slogger);

      }

    }

    return slogger;

 }

}

3.    SimpleLogger类，实现Logger接口。SimpleLogger继承自MarkerIgnoringBase类，该基类忽略所有存在Marker参数的日志打印方法。SimpleLogger将日志级别分成五个级别：TRACE、DEBUG、INFO、WARN、ERROR，这些级别对应的INT值一次增大。SimpleLogger还支持对simplelogger.properties配置文件的解析，它支持的key值有：

org.slf4j.simpleLogger.defaultLogLevel

org.slf4j.simpleLogger.showDateTime

org.slf4j.simpleLogger.dateTimeFormat

org.slf4j.simpleLogger.showThreadName

org.slf4j.simpleLogger.showLogName

org.slf4j.simpleLogger.showShortLogName

org.slf4j.simpleLogger.logFile

org.slf4j.simpleLogger.levelInBrackets

org.slf4j.simpleLogger.warnLevelString（warn提示字符，默认“WARN”）

同时SimpleLogger还支持为特定的Logger Name前缀（以”.”作为分隔符）指定level：

org.slf4j.simpleLogger.log.<logNamePrefix>

并且所有这些key都可以定义在系统属性中。

SimpleLogger类的实现主要分成两步：初始化和打印日志：

a.    初始化

加载配置文件，使用加载的配置文件初始化类字段，即对应以上simplelogger.properties支持的key；保存当前Logger Name；计算当前Logger实际的Level，即如果没有为该Logger Name（或其以“.”分隔的前缀）配置特定的Level，则使用默认配置的Level，否则，使用具体的日志，并保存计算出的Level值，如果没有找到Level配置，使用默认值INFO。

b.    打印日志

对使用format字符串的日志打印方法，调用formatAndLog()方法，其内部先调用MessageFormatter.arrayFormat()方法，然后调用log()方法实现打印信息。log()方法的实现只是根据解析出来的配置信息，判断哪些信息需要打印，则打印这些信息，实现比较简单，不再赘述。

Marker、MarkerFactory、StaticMarkerBinder以及MDC、StaticMDCBinder类

并不是所有Logging系统支持这些功能，对它们支持最全面的当属LogBack框架了，因而这些类将会在介绍LogBack框架时一起讨论。在slf4j-simple-<version>.jar，StaticMarkerBinder返回BasicMarkerFactory实例，而StaticMDCBinder返回NOPMDCAdapter实例。

其他桥接包

如slf4j-log4j12-<version>.jar，slf4j-jdk14-<version>.jar，slf4j-jcl-<version>.jar等，它们的实现类似slf4j-simple-<version>.jar的实现，并且更加简单，因而它们对Logger的实现将大部分的逻辑代理给了底层实现框架，因而这里不再赘述。

SLF4J与Commons Logging、Log4J之间的相互转化

SLF4J支持上层是SLF4J框架，底层还是通过Commons Logging的动态查找机制，只要将slf4j-jcl-<version>.jar包加入classpath中即可（当然slf4j-api-<version>.jar也要存在）。

另外SLF4J还支持上层是Commons Logging，而底层交给SLF4J提供的静态绑定机制查找真正的日志实现框架，只需要将jcl-over-slf4j-<version>.jar包加入到classpath中，此时不需要引入commons-logging-<version>.jar包。它的实现只是重写了Commons Logging框架，并在LogFactory中只使用SLF4JLog或SLF4JLocationAwareLog类。

不过需要注意，slf4j-jcl-<version>.jar包和jcl-over-slf4j-<version>.jar两个包不能同时出现在classpath中，不然会引起循环调用而导致栈溢出的问题，因而slf4j-jcl-<version>.jar在初始化时就会检测这个限制，并抛出异常。

最后SLF4J还支持Log4J作为上层，而底层交给SLF4J静态绑定要真正实现日志打印的框架，可以将log4j-over-slf4j-<version>.jar包加入到classpath中。其实现也类似jcl-over-slf4j-<version>.jar的实现，重写大部分的Log4J的内部逻辑，而在Logger类实现中，将真正的日志打印逻辑代理给SLF4J的LoggerFactory。

最后给我现在在公司开发的这个系统吐个槽，我们队日志并没有统一的管理，有人用Commons Logging，也有人直接用Log4J，其实所有代码都没有统一管理，很是换乱，不过SLF4J竟然可以满足这种情况的迁移，即可以将log4j-over-slf4j-<version>.jar和jcl-over-slf4j-<version>.jar包同时放到classpath下。而到这个时候我才意识到为什么SLF4J为什么会慢慢的使用那么广泛了。

本文转载自：http://www.blogjava.net/DLevin/archive/2012/11/08/390991.html