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读logback源码系列文章(一)——对接slf4j

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以前也读过一些开源项目的源码,主要是spring和ant,不过那会都没记录下来,也没仔细消化吸收,现在时间久了忘了好多,而且模模糊糊地感觉学到了一些东西,但具体是什么也说不出个所以然来。深刻反省,这样读源码效果太差。

前几天决定重新开始读源码,并把读源码的过程和收获记录下来。想了想决定先用1-2个月时间把logback的源码看一下。目的是……,好吧,没什么目的,就是想读一下。

大家知道,slf4j为各种日志框架提供了一个统一的界面,使用户可以用统一的接口记录日志,但是动态地决定真正的实现框架。logback,log4j,common-logging等框架都实现了这些接口。所以分析logback,首先要从它怎么对接slf4j说起。

slf4j框架本身是非常简单的,一共只有3个package,不到30个class。而且其中很多类在读源码的时候是不必深究的。

PS:插一句题外话,很多朋友看到一个项目里动辄几十个package,数不清的类,当时就蒙了,然后读了几天就放弃了。这里我说2个建议:

1、源代码的类虽然很多,但是一般是有一个清晰的结构的(当然有些项目确实结构混乱,东一撮西一撮的,那没关系,不读就是了)。所以在深入到具体的细节之前,应该先把整个代码的结构梳理清楚,再一块一块地往下读。梳理清楚了脉络和结构,可以直接跳过不想深究的细节,只要知道它是干什么的就行了,当用到的时候再来看

2、源代码的类虽然很多,但是一般会有一个入口。比如hibernate的SessionFactory,spring的ApplicationContext,logback的LoggerFactory。从入口进去,一点点地读,必要的时候使用debug功能跟着走一走,相信会清晰很多

说完题外话,回到slf4j。slf4j最关键的是2个接口,和一个入口类。搞清楚了这3个,对slf4j就会比较清楚了。

最关键的2个接口,分别是Logger和ILoggerFactory。最关键的入口类,是LoggerFactory

所有的具体实现框架,一定会实现Logger接口和ILoggerFactory接口。前者实际记录日志,后者用来提供Logger,重要性不言自明。而LoggerFactory类,则是前面说过的入口类。
Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Main.class);

不管实现框架是什么,要获取Logger对象,都是通过这个类的getLogger()方法,所以这个类也非常重要。具体实现框架和slf4j的对接,就是通过这个类



如图,每个日志框架都需要实现ILoggerFactory接口,来说明自己是怎么提供Logger的。像log4j、logback能够提供父子层级关系的Logger,就是在ILoggerFactory的实现类里实现的。同时,它们也需要实现Logger接口,以完成记录日志。为啥log4j和logback可以一个Logger对应多个Appender?这就要去分析它们的Logger实现类。

slf4j自带的NOPLoggerFactory,实现了ILoggerFactory,其getLogger()方法很简单,就是返回一个NOPLogger
public class NOPLoggerFactory implements ILoggerFactory {
  
  public NOPLoggerFactory() {
    // nothing to do
  }
  
  public Logger getLogger(String name) {
    return NOPLogger.NOP_LOGGER;
  }

}

NOPLogger实现了Logger接口,它就更简单,如同它的名字一样:什么都不做
/** A NOP implementation. */
  final public void info(String msg) {
    // NOP
  }

  /** A NOP implementation. */
  final  public void info(String format, Object arg1) {
    // NOP
  }

  /** A NOP implementation. */
  final public void info(String format, Object arg1, Object arg2) {
    // NOP
  }

下面就是关键的LoggerFactory类了,这个入口类是怎么提供Logger的呢?
public static Logger getLogger(String name) {
    ILoggerFactory iLoggerFactory = getILoggerFactory();
    return iLoggerFactory.getLogger(name);
  }

首先它调用一个private的getILoggerFactory()方法,获得一个ILoggerFactory的实现类,然后委托这个实现类提供一个Logger实现类。就是这样把获取实际Logger的工作,委托给具体的日志框架上,比如log4j、logback、common-logging等
public static ILoggerFactory getILoggerFactory() {
    if (INITIALIZATION_STATE == UNINITIALIZED) {
      INITIALIZATION_STATE = ONGOING_INITILIZATION;
      performInitialization();

    }
    switch (INITIALIZATION_STATE) {
    case SUCCESSFUL_INITILIZATION:
      return StaticLoggerBinder.getSingleton().getLoggerFactory();
    case NOP_FALLBACK_INITILIZATION:
      return NOP_FALLBACK_FACTORY;
    case FAILED_INITILIZATION:
      throw new IllegalStateException(UNSUCCESSFUL_INIT_MSG);
    case ONGOING_INITILIZATION:
      // support re-entrant behavior.
      // See also http://bugzilla.slf4j.org/show_bug.cgi?id=106
      return TEMP_FACTORY;
    }
    throw new IllegalStateException("Unreachable code");
  }

为了获得ILoggerFactory的实现类,它首先判断初始化是否成功,如果没成功,它会委托NOPLoggerFactory来提供Logger,最终结果就是一个没实现的NOPLogger。如果初始化成功了,就是和日志框架对接成功,就委托日志框架的ILoggerFactory来提供Logger的实现。
private final static void performInitialization() {
    singleImplementationSanityCheck();
    bind();
    if (INITIALIZATION_STATE == SUCCESSFUL_INITILIZATION) {
      versionSanityCheck();
   
    }
  }

在初始化里,它要做3个工作。首先是检查classpath里是否存在多个日志框架,如果有就会抛出警告信息,提示用户只保留一个。然后是关键的bind()方法,绑定实现框架。最后再检查一下版本完整性。
private final static void bind() {
    try {
      // the next line does the binding
      StaticLoggerBinder.getSingleton();
      INITIALIZATION_STATE = SUCCESSFUL_INITILIZATION;
      emitSubstituteLoggerWarning();
    } catch (NoClassDefFoundError ncde) {
      String msg = ncde.getMessage();
      if (msg != null && msg.indexOf("org/slf4j/impl/StaticLoggerBinder") != -1) {
        INITIALIZATION_STATE = NOP_FALLBACK_INITILIZATION;
        Util
            .report("Failed to load class \"org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder\".");
        Util.report("Defaulting to no-operation (NOP) logger implementation");
        Util.report("See " + NO_STATICLOGGERBINDER_URL
            + " for further details.");
      } else {
        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_INITILIZATION;
        Util.report("slf4j-api 1.6.x (or later) is incompatible with this binding.");
        Util.report("Your binding is version 1.5.5 or earlier.");
        Util.report("Upgrade your binding to version 1.6.x. or 2.0.x");
      }
      throw nsme;
    } catch (Exception e) {
      failedBinding(e);
      throw new IllegalStateException("Unexpected initialization failure", e);
    }
  }

这段代码提到了一个最关键的StaticLoggerBinder类,检查是否有这个类存在,以及这个类有没有getSingleton()方法,如果有,就视为绑定成功。其实这个类还必须有getLoggerFactory()方法,否则虽然绑定成功,但是到了运行期,一样会抛出NoSuchMethodException。我认为这里是slf4j设计不好的地方,应该在bind()方法里,就检查一下StaticLoggerBinder有没有实现getLoggerFactory()方法。

这个StaticLoggerBinder类,就是具体实现框架和slf4j框架对接的接口。



这就介绍完了logback是怎么和slf4j对接的。不止是logback,任何日志框架,一定都是通过自己的StaticLoggerBinder类,来和slf4j对接。这个类的实现,在不同的框架中不同,比如后面会说到,在logback中,这个类被设计为或者简单的返回一个默认的LoggerContext(LoggerContext是ILoggerFactory在logback中的实现),或者通过ContextSelector(logback特有的)来选择一个LoggerContext并返回。

大家可能会有一个疑问:在LoggerFactory类的bind()方法里,依赖了StaticLoggerBinder类,但是slf4j框架里又没有这个类,那么框架一开始是怎么编译通过并发布成jar包的呢?

我认为应该是这样的:



作者一开始的时候,是以类似图里的包结构组织代码的。为了编译通过,作者写了一个StaticLoggerBinder类
private final ILoggerFactory loggerFactory;
  
  private StaticLoggerBinder() {
    loggerFactory = new NOPLoggerFactory();
  }
  
  public ILoggerFactory getLoggerFactory() {
    return loggerFactory;
  }

然后,作者把org.slf4j、org.slf4j.helpers、org.slf4j.spi这3个package发布为slf4j-api.jar。把org.slf4j.impl发布为slf4j-nop.jar

用户实际使用的时候,必须要引入slf4j-api.jar和具体实现框架,比如log4j.jar,以及对接用的slf4j-log4j.jar,不需要引入slf4j-nop.jar

最后,大家可能还有一个疑问:为什么log4j和logback这么相似,又为什么log4j和logback可以和slf4j结合地这么好呢?这是因为,这3个框架的作者,根本是同一个人。这位大哥应该可以算作日志界的战斗机了
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