日志管理系统，多种方式总结

2023-09-26 08:19:46

一、背景简介

项目中日志的管理是基础功能之一，不同的用户和场景下对日志都有特定的需求，从而需要用不同的策略进行日志采集和管理，如果是在分布式的项目中，日志的体系设计更加复杂。

  • 日志类型：业务操作、信息打印、请求链路；
  • 角色需求：研发端、用户端、服务级、系统级；

日志管理系统，多种方式总结

用户与需求

  • 用户端：核心数据的增删改，业务操作日志；
  • 研发端：日志采集与管理策略，异常日志监控；
  • 服务级：关键日志打印，问题发现与排查；
  • 系统级：分布式项目中链路生成，监控体系；

不同的场景中，需要选用不同的技术手段去实现日志采集管理，例如日志打印、操作记录、ELK体系等，注意要避免日志管理导致程序异常中断的情况。

越是复杂的系统设计和业务场景，就越依赖日志的输出信息，在大规模的架构中，通常还会搭建独立的日志平台，提供日志数据的采集、存储、分析等整套解决方案。

二、Slf4j组件

1、外观模式

日志的组件遵守外观设计模式，Slf4j作为日志体系的外观对象，定义规范日志的标准，日志能力的具体实现交由各个子模块去实现；Slf4j明确日志对象的加载方法和功能接口，与客户端交互提供日志管理功能；

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private static final org.slf4j.Logger logger = org.slf4j.LoggerFactory.getLogger(Impl.class) ;

通常禁止直接使用Logback、Log4j等具体实现组件的API，避免组件替换带来不必要的麻烦，可以做到日志的统一维护。

2、SPI接口

从Slf4j和Logback组件交互来看，在日志的使用过程中，基本的切入点即使用Slf4j的接口，识别并加载Logback中的具体实现；SPI定义的接口规范，通常作为第三方（外部）组件的实现。

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上述SPI作为两套组件的连接点，通过源码大致看下加载过程，追溯LoggerFactory的源码即可：

public final class org.slf4j.LoggerFactory {
    private final static void performInitialization() {
        bind();
    }
    private final static void bind() {
        try {
            StaticLoggerBinder.getSingleton();
        } catch (NoClassDefFoundError ncde) {
            String msg = ncde.getMessage();
            if (messageContainsOrgSlf4jImplStaticLoggerBinder(msg)) {
                Util.report("Failed to load class \"org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder\".");
            }
        }
    }
}

此处只贴出了几行示意性质的源码，在LoggerFactory中执行初始化绑定关联的时候，如果没有找到具体的日志实现组件，是会报告出相应的异常信息，并且采用的是System.err输出错误提示。

三、自定义组件

1、功能封装

对于日志（或其他）常用功能，通常会在代码工程中封装独立的代码包，作为公共依赖，统一管理和维护，对于日志的自定义封装可以参考之前的文档，这里通常涉及几个核心点：

  • starter加载：封装包配置成starter组件，可以被框架扫描和加载；
  • aop切面编程：通常在相关方法上添加日志注解，即可自动记录动作；
  • annotation注解：定义日志记录需要标记的核心参数和处理逻辑；

至于如何组装日志内容，适配业务语义，以及后续的管理流程，则根据具体场景设计相应的策略即可，比如日志怎么存储、是否实时分析、是否异步执行等。

2、对象解析

在自定义注解中，会涉及到对象解析的问题，即在注解中放入要从对象中解析的属性，并且把值拼接到日志内容中，可以增强业务日志的语义可读性。

import org.springframework.expression.Expression;
import org.springframework.expression.spel.standard.SpelExpressionParser;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // Map集合
        HashMap<String,Object> infoMap = new HashMap<>() ;
        infoMap.put("info","Map的描述") ;
        // List集合
        ArrayList<Object> arrayList = new ArrayList<>() ;
        arrayList.add("List-00");
        arrayList.add("List-01");
        // User对象
        People oldUser = new People("Wang",infoMap,arrayList) ;
        People newUser = new People("LiSi",infoMap,arrayList) ;
        // 包装对象
        WrapObj wrapObj = new WrapObj("WrapObject",oldUser,newUser) ;
        // 对象属性解析
        SpelExpressionParser parser = new SpelExpressionParser();
        // objName
        Expression objNameExp = parser.parseExpression("#root.objName");
        System.out.println(objNameExp.getValue(wrapObj));
        // oldUser
        Expression oldUserExp = parser.parseExpression("#root.oldUser");
        System.out.println(oldUserExp.getValue(wrapObj));
        // newUser.userName
        Expression userNameExp = parser.parseExpression("#root.newUser.userName");
        System.out.println(userNameExp.getValue(wrapObj));
        // newUser.hashMap[info]
        Expression ageMapExp = parser.parseExpression("#root.newUser.hashMap[info]");
        System.out.println(ageMapExp.getValue(wrapObj));
        // oldUser.arrayList[1]
        Expression arr02Exp = parser.parseExpression("#root.oldUser.arrayList[1]");
        System.out.println(arr02Exp.getValue(wrapObj));
    }
}
@Data
@AllArgsConstructor
class WrapObj {
    private String objName ;
    private People oldUser ;
    private People newUser ;
}
@Data
@AllArgsConstructor
class People {
    private String userName ;
    private HashMap<String,Object> hashMap ;
    private ArrayList<Object> arrayList ;
}

注意上面使用的SpelExpressionParser解析器，即Spring框架的原生API；业务中遇到的很多问题，建议都优先从核心依赖(Spring+JDK)中寻找解决方式，多花时间熟悉系统中核心组件的全貌，对开发视野和思路会有极大的帮助。

3、模式设计

这里看一个比较复杂的自定义日志解决思路，通过AOP模式识别日志注解，并解析注解中要记录的对象属性，构建相应的日志主体，最后根据注解标记的场景去适配不同的业务策略：

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对于功能的通用性要求越高，在封装时内置的适配策略就要越抽象，在处理复杂的逻辑流程时，要善于将不同的组件搭配使用，可以分担业务支撑的压力，形成稳定可靠的解决方案。

四、分布式链路

1、链路识别

基于微服务实现的分布式系统，处理一个请求会经过多个子服务，如果过程中某个服务发生异常，需要定位这个异常归属的请求动作，从而更好的去判断异常原因并复现解决。

定位的动作则依赖一个核心的标识：TraceId-轨迹ID，即请求在各个服务流转时，会携带该请求绑定的TraceId，这样可以识别不同服务的哪些动作为同一个请求产生的。

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通过TraceId和SpanId即可还原出请求的链路视图，再结合相关日志打印记录等动作，则可以快速解决异常问题。在微服务体系中Sleuth组件提供了该能力的支撑。

链路视图的核心参数可以集成Slf4j组件中，这里可以参考org.slf4j.MDC语法，MDC提供日志前后的参数传递映射能力，内部包装Map容器管理参数；在Logback组件中，StaticMDCBinder提供该能力的绑定，这样日志打印也可以携带链路视图的标识，做到该能力的完整集成。

2、ELK体系

链路视图产生的日志是非常庞大的，那这些文档类的日志如何管理和快速查询使用同样是个关键问题，很常见的一个解决方案即ELK体系，现在已更新换代为ElasticStack产品。

日志管理系统，多种方式总结

  • Kibana：可以在Elasticsearch中使用图形和图表对数据进行可视化；
  • Elasticsearch：提供数据的存储，搜索和分析引擎的能力；
  • Logstash：数据处理管道，能够同时从多个来源采集、转换、推送数据；

Logstash提供日志采集和传输能力，Elasticsearch存储大量JSON格式的日志记录，Kibana则可以视图化展现数据。

3、服务与配置

配置依赖：需要在服务中配置Logstash地址和端口，即日志传输地址，以及服务名称；

spring:
  application:
    name: app_serve
logstash:
  destination: 
    uri: Logstash-地址
    port: Logstash-端口

配置读取：Logback组件配置中加载上述核心参数，这样在配置上下文中可以通过name的值使用该参数；

<springProperty scope="context" name="APP_NAME" source="spring.application.name" defaultValue="butte_app" />
<springProperty scope="context" name="DES_URI" source="logstash.destination.uri" />
<springProperty scope="context" name="DES_PORT" source="logstash.destination.port" />

日志传输：对传输内容做相应的配置，指定LogStash服务配置，编码，核心参数等；

<appender name="LogStash" class="net.logstash.logback.appender.LogstashTcpSocketAppender">
    <!-- 日志传输地址 -->
    <destination>${DES_URI:- }:${DES_PORT:- }</destination>
    <!-- 日志传输编码 -->
    <encoder class="net.logstash.logback.encoder.LoggingEventCompositeJsonEncoder">
        <providers>
            <timestamp>
                <timeZone>UTC</timeZone>
            </timestamp>
            <!-- 日志传输参数 -->
            <pattern>
                <pattern>
                    {
                    "severity": "%level",
                    "service": "${APP_NAME:-}",
                    "trace": "%X{X-B3-TraceId:-}",
                    "span": "%X{X-B3-SpanId:-}",
                    "exportable": "%X{X-Span-Export:-}",
                    "pid": "${PID:-}",
                    "thread": "%thread",
                    "class": "%logger{40}",
                    "rest": "%message"
                    }
                </pattern>
            </pattern>
        </providers>
    </encoder>
</appender>

输出格式：还可以通过日志的格式设定，管理日志文件或者控制台的输出内容；

<pattern>%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss} %contextName [%thread] %-5level %logger{100} - %msg %n</pattern>

关于Logback组件日志的其他配置，例如输出位置，级别，数据传输方式等，可以多参考官方文档，不断优化。

4、数据通道

再看看数据传输到Logstash服务后，如何再传输到ES的，这里也需要相应的传输配置，注意logstash和ES推荐使用相同的版本，本案例中是6.8.6版本。

日志管理系统，多种方式总结

配置文件：logstash-butte.conf

input {
  tcp {
    host => "192.168.37.139"
    port => "5044"
    codec => "json"
  }
}

output {
  elasticsearch {
    hosts => ["http://localhost:9200"]
    index => "log-%{+YYYY.MM.dd}"
  }
}
  • 输入配置：指定logstash连接的host和端口，并且指定数据格式为json类型；
  • 输出配置：指定日志数据输出的ES地址，并指定index索引按天的创建方式；

启动logstash服务

/opt/logstash-6.8.6/bin/logstash -f /opt/logstash-6.8.6/config/logstash-butte.conf

这样完整的ELK日志管理链路就实现了，通过使用Kibana工具就可以查看日志记录，根据TraceId就可以找到视图链路。

五、参考源码

应用仓库：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent

组件封装：
https://gitee.com/cicadasmile/butte-frame-parent
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