Apache Log4j详解

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log4j

Apache log4j XML AIR

Apache Logging Project Homepage: http://logging.apache.org/

Log4j的类图

[list=]Logger - 日志写出器，供程序员输出日志信息
Appender - 日志目的地，把格式化好的日志信息输出到指定的地方去
ConsoleAppender - 目的地为控制台的Appender
FileAppender - 目的地为文件的Appender
RollingFileAppender - 目的地为大小受限的文件的Appender
Layout - 日志格式化器，用来把程序员的logging request格式化成字符串
PatternLayout - 用指定的pattern格式化logging request的Layout [/list]

Logger：日志写出器
Logger对象是用来取代System.out或者System.err的日志写出器，用来供程序员输出日志信息。

Logger的输出方法
Logger类对象提供一系列方法供程序员输出日志信息：

public void debug(Object msg); 
public void debug(Object msg, Throwable t); 
public void info(Object msg); 
public void info(Object msg, Throwable t); 
public void warn(Object msg); 
public void warn(Object msg, Throwable t); 
public void error(Object msg); 
public void error(Object msg, Throwable t); 
public void fatal(Object msg); 
public void fatal(Object msg, Throwable t);

Logger的命名规则
Logger由一个String类的名字识别，logger的名字是大小写敏感的，且名字之间具有继承的关系，子名有父名作为前缀，用点号.分隔。如：x.y是x.y.z的父亲。

根logger (root logger)是所有logger的祖先，它具有如下属性：1) 它总是存在的；2) 它不可以通过名字获得。

通过调用public static Logger Logger.getRootLogger()获得root logger；通过调用public static Logger Logger.getLogger(String name)或者public static Logger Logger.getLogger(Class clazz)获得（或者创建）一个named logger。后者相当于调用Logger.getLogger(clazz.getName())。

在某对象中，用该对象所属的类为参数，调用Logger.getLogger(Class clazz)以获得logger被认为是目前所知的最理智的命名logger的方法。

Log level
每个logger都被分配了一个日志级别 (log level)，用来控制日志信息的输出。未被分配level的logger将继承它最近的父logger的level。

每条输出到logger的日志请求(logging request)也都有一个level，如果该request的level大于等于该logger的level，则该request将被处理（称为enabled）；否则该request将被忽略。故可得知：

logger的level越低，表示该logger越详细
logging request的level越高，表示该logging request越优先输出

Level类中预定义了五个level，它们的大小关系如下：

Level.ALL < Level.DEBUG < Level.INFO < Level.WARN < Level.ERROR < Level.FATAL < Level.OFF

示例代码
以下代码将用自己所属的类为参数，创建一个logger，启用默认配置，设置其level并向其输出若干logging request。

import org.apache.log4j.Logger;
import org.apache.log4j.BasicConfigurator;
import org.apache.log4j.Level;

public class Log4jTest {
    public static void main(String argv[]) {
    
        // Create a logger by the name of class Log4jTest.
        Logger logger = Logger.getLogger(Log4jTest.class);

        // Use the default configuration.
        BasicConfigurator.configure();

        // Set the logger level to Level.INFO
        logger.setLevel(Level.INFO);

        // This request will be disabled since Level.DEBUG < Level.INFO.
        logger.debug("This is debug.");

        // These requests will be enabled.
        logger.info("This is an info.");
        logger.warn("This is a warning.");
        logger.error("This is an error.");
        logger.fatal("This is a fatal error.");
        
        return;
    }
}

关于logger的两点说明

用同名参数调用Logger.getLogger(String name)将返回同一个logger的引用。故可以在一个地方配置logger，在另外一个地方获得配置好的logger，而无须相互间传递logger的引用。
logger的创建可以按照任意的顺序，即，父logger可以后于子logger被创建。log4j将自动维护logger的继承树。

Appender：日志目的地
每个logger都可以拥有一个或者多个appender，每个appender表示一个日志的输出目的地，比如console或者某个文件。可以使用Logger.addAppender(Appender app)为logger增加一个appender；可以使用Logger.removeAppender(Appender app)为logger移除一个appender。

默认情况下，logger的additive标志被设置为true，表示子logger将继承父logger的所有appenders。该选项可以被重新设置，表示子logger将不再继承父logger的appenders。

root logger拥有目标为system.out的consoleAppender，故默认情况下，所有的logger都将继承该appender。

// Log4j APIs : class Logger

// 为logger对象增加或者移除一个Appender对象

public void appAppender(Appender app);
public void removeAppender(Appender app);

// 获得和设置additive标志：是否继承父logger的appenders
// 注意：在设置additive标志为false时，必须保证已经为该logger设置了新的appender，
// 否则log4j将报错：log4j:WARN No appenders could be found for logger (x.y.z).

public boolean getAdditivity();
public void setAdditivity(boolean additive);

ConsoleAppender
可以使用ConsoleAppender对象把日志输出到控制台。每个ConsoleAppender都有一个target，表示它的输出目的地。它可以是System.out，标准输出设备（缓冲显示屏）；或者是System.err，标准错误设备（不缓冲显示屏）。ConsoleAppender的使用方法参考如下API：

// Log4j APIs : class ConsoleAppender extends WriterAppender

// 构造方法，使用一个Layout对象构造一个ConsoleAppender对象
// 默认情况下，ConsoleAppender的target是System.out

public ConsoleAppender(Layout layout);

// 构造方法，使用一个Layout对象和一个target字符串构造ConsoleAppender对象
// target的可能取值为ConsoleAppender.SYSTEM_OUT和ConsoleAppender.SYSTEM_ERR

public ConsoleAppender(Layout layout, String target);

FileAppender
可以使用FileAppender对象把日志输出到一个指定的日志文件中去。使用方法可以参考如下的API：

// Log4j APIs : class FileAppender extends WriterAppender

// 构造方法，使用一个Layout对象和日志文件名构造一个FileAppender对象

public FileAppender(Layout layout, String filename)
throws IOException;
public FileAppender(Layout layout, String filename, boolean append)
throws IOException;

RollingFileAppender
可以使用FileAppender的子类RollingFileAppender对象，把日志输出到一个指定的日志文件中。不同的是该日志文件的大小受到限制，当日志内容超出最大的尺寸时，该文件将向上滚动（最老的日志被擦除）。还可以在该类对象中指定为日志文件做多少个备份。具体使用方法参考如下API：

// Log4j APIs : class RollingFileAppender extends FileAppender

// 构造方法，使用一个Layout对象和日志文件名构造一个RollingFileAppender对象

public RollingFileAppender(Layout layout, String filename)
throws IOException;
public RollingFileAppender(Layout layout, String filename, boolean append)
throws IOException;

// 获得和设置日志备份文件的个数

public int getMaxBackupIndex();
public void setMaxBackupIndex(int index);

// 获得和设置滚动日志文件的最大尺寸

public long getMaximumFileSize();
public void setMaximumFileSize(long size);

Layout：日志格式化器
每个appender都和一个layout相联系；layout的任务是格式化用户的logging request，appender的任务是把layout格式化好的输出内容送往指定的目的地。

PatternLayout
PatternLayout是Layout的一个子类，用来使用类似C语言的printf函数中使用的格式控制字符串来控制日志的输出格式。使用方法参考如下API：

// Log4j APIs : class PatternLayout extends Layout

// 无参数构造方法，使用DEFAULT_CONVERSION_PATTERN构造一个PatternLayout
// 注意：DEFAULT_CONVERSION_PATTERN为"%m%n"，只打印消息信息
public PatternLayout();

// 构造方法，使用自定义的pattern构造一个PatternLayout

public PatternLayout(String pattern);

// 获得和设置PatternLayout对象的日志pattern

public String getConversionPattern();
public void setConversionPattern(String pattern);

patterns in PatternLayout

Fixme (heavyz)
To be added...

Configuration：配置
对log4j环境的配置就是对root logger的配置，包括把root logger设置为哪个级别(level)；为它增加哪些appender，等等。这些可以通过设置系统属性的方法来隐式地完成，也可以在程序里调用XXXConfigurator.configure()方法来显式地完成。

默认的log4j初始化过程
Logger类的静态初始化块(static initialization block)中对log4j的环境做默认的初始化。注意：如果程序员已经通过设置系统属性的方法来配置了log4j环境，则不需要再显式地调用XXXConfigurator.configure()方法来配置log4j环境了。

Logger的静态初始化块在完成初始化过程时将检查一系列log4j定义的系统属性。它所做的事情如下：

检查系统属性log4j.defaultInitOverride，如果该属性被设置为false，则执行初始化；否则（只要不是false，无论是什么值，甚至没有值，都是否则），跳过初始化。
把系统属性log4j.configuration的值赋给变量resource。如果该系统变量没有被定义，则把resource赋值为"log4j.properties"。注意：在apache的log4j文档中建议使用定义log4j.configuration系统属性的方法来设置默认的初始化文件是一个好方法。
试图把resource变量转化成为一个URL对象url。如果一般的转化方法行不通，就调用org.apache.log4j.helpers.Loader.getResource(resource, Logger.class)方法来完成转化。
如果url以".xml"结尾，则调用方法DOMConfigurator.configure(url)来完成初始化；否则，则调用方法PropertyConfigurator.configure(url)来完成初始化。如果url指定的资源不能被获得，则跳出初始化过程。

BasicConfigurator.configure()
BasicConfigurator.configure()方法使用最简的方法配置log4j环境。注：所谓配置log4j环境，就是指配置root logger，因为所有其它的logger都是root logger的后代，所以它们（默认情况下）都将继承root logger的性质。

BasicConfigurator.configure()完成的任务是：

用默认pattern创建PatternLayout对象p：
PatternLayout p = new PatternLayout("%-4r[%t]%-5p%c%x - %m%n");
用p创建ConsoleAppender对象a，目标是system.out，标准输出设备：
ConsoleAppender a = new ConsoleAppender(p,ConsoleAppender.SYSTEM_OUT);
为root logger增加一个ConsoleAppender p：
rootLogger.addAppender(p);
把root logger的log level设置为DEBUG级别：
rootLogger.setLevel(Level.DEBUG);

xml格式的log4j配置文件概述
xml格式的log4j配置文件需要使用org.apache.log4j.xml.DOMConfigurator.configure()方法来读入。对xml文件的语法定义可以在log4j的发布包中找到：org/apache/log4j/xml/log4j.dtd。

log4j的xml配置文件的树状结构
log4j的xml配置文件的树状结构如下所示，注意下图只显示了常用的部分。

xml declaration and DTD
 |
log4j:configuration
 |
 +-- appender (name, class)
 |     |
 |     +-- param (name, value)
 |     +-- layout (class)
 |           |
 |           +-- param (name, value)
 +-- logger (name, additivity)
 |     |
 |     +-- level (class, value)
 |     |     |
 |     |     +-- param (name, value)
 |     +-- appender-ref (ref)
 +-- root
 |
 +-- param (name, class)
 +-- level
 |     |
 |     +-- param (name, value)
 +-- appender-ref (ref)

xml declaration and DTD
xml配置文件的头部包括两个部分：xml声明和DTD声明。头部的格式如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE log4j:configuration SYSTEM "log4j.dtd">

log4j:configuration (root element)

xmlns:log4j [#FIXED attribute] : 定义log4j的名字空间，取定值"http://jakarta.apache.org/log4j/" 
appender [* child] : 一个appender子元素定义一个日志输出目的地 
logger [* child] : 一个logger子元素定义一个日志写出器 
root [? child] : root子元素定义了root logger

appender
appender元素定义一个日志输出目的地。

name [#REQUIRED attribute] : 定义appender的名字，以便被后文引用 
class [#REQUIRED attribute] : 定义appender对象所属的类的全名 
param [* child] : 创建appender对象时传递给类构造方法的参数 
layout [? child] : 该appender使用的layout对象

layout

layout元素定义与某一个appender相联系的日志格式化器。

class [#REQUIRED attribute] : 定义layout对象所属的类的全名 
param [* child] : 创建layout对象时传递给类构造方法的参数

logger
logger元素定义一个日志输出器。

name [#REQUIRED attribute] : 定义logger的名字，以便被后文引用 
additivity [#ENUM attribute] : 取值为"true"（默认）或者"false"，是否继承父logger的属性 
level [? child] : 定义该logger的日志级别 
appender-ref [* child] : 定义该logger的输出目的地

root

root元素定义根日志输出器root logger。


param [* child] : 创建root logger对象时传递给类构造方法的参数 
level [? child] : 定义root logger的日志级别 
appender-ref [* child] : 定义root logger的输出目的地

level

level元素定义logger对象的日志级别。

class [#IMPLIED attribute] : 定义level对象所属的类，默认情况下是"org.apache.log4j.Level类 
value [#REQUIRED attribute] : 为level对象赋值。可能的取值从小到大依次为"all"、"debug"、"info"、"warn"、"error"、"fatal"和"off"。当值为"off"时表示没有任何日志信息被输出 
param [* child] : 创建level对象时传递给类构造方法的参数

appender-ref

appender-ref元素引用一个appender元素的名字，为logger对象增加一个appender。


ref [#REQUIRED attribute] : 一个appender元素的名字的引用 
appender-ref元素没有子元素

param

param元素在创建对象时为类的构造方法提供参数。它可以成为appender、layout、filter、errorHandler、level、categoryFactory和root等元素的子元素。


name and value [#REQUIRED attributes] : 提供参数的一组名值对 
param元素没有子元素

在xml文件中配置appender和layout
创建不同的Appender对象或者不同的Layout对象要调用不同的构造方法。可以使用param子元素来设定不同的参数值。

创建ConsoleAppender对象
ConsoleAppender的构造方法不接受其它的参数。

<appender name="console.log" class="org.apache.log4j.ConsoleAppender">
  <layout ... >
    ... ...
  </layout>
</appender>

创建FileAppender对象
可以为FileAppender类的构造方法传递两个参数：File表示日志文件名；Append表示如文件已存在，是否把日志追加到文件尾部，可能取值为"true"和"false"（默认）。

<appender name="file.log" class="org.apache.log4j.FileAppender">
  <param name="File" value="/tmp/log.txt" />
  <param name="Append" value="false" />
  <layout ... >
    ... ...
  </layout>
</appender>

创建RollingFileAppender对象

除了File和Append以外，还可以为RollingFileAppender类的构造方法传递两个参数：MaxBackupIndex备份日志文件的个数（默认是1个）；MaxFileSize表示日志文件允许的最大字节数（默认是10M）。

<appender name="rollingFile.log" class="org.apache.log4j.RollingFileAppender">
  <param name="File" value="/tmp/rollingLog.txt" />
  <param name="Append" value="false" />
  <param name="MaxBackupIndex" value="2" />
  <param name="MaxFileSize" value="1024" />
  <layout ... >
    ... ...
  </layout>
</appender>

创建PatternLayout对象
可以为PatternLayout类的构造方法传递参数ConversionPattern。

<layout class="org.apache.log4j.PatternLayout>
  <param name="Conversion" value="%d [%t] %p - %m%n" />
</layout>

我自己的一个使用xml文件配置log4j环境的很简单的例子
为WSOTA（Web Services Over The Air）项目开发java web start的胖客户端时，使用了如下的xml文件配置log4j环境（文件名为wsota-rc.log4j.xml）：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<!DOCTYPE log4j:configuration SYSTEM "log4j.dtd">

<log4j:configuration xmlns:log4j="http://jakarta.apache.org/log4j/">

  <!-- ================================================================= -->
  <!--                     a rolling file appender                       -->
  <!-- ================================================================= -->
  <appender name="wsota-rc.file.log" class="org.apache.log4j.RollingFileAppender">
    <param name="File" value="/tmp/wsota-rc.log" />
    <param name="Append" value="false" />
    <layout class="org.apache.log4j.PatternLayout">
      <param name="ConversionPattern" value="%d [%t] %p - %m%n" />
    </layout>
  </appender>

  <!-- ================================================================= -->
  <!--                       a console appender                          -->
  <!--     debug can be turned off by setting level of root to "off"     -->
  <!-- ================================================================= -->
  <appender name="wsota-rc.console.log" class="org.apache.log4j.ConsoleAppender">
    <layout class="org.apache.log4j.PatternLayout">
      <param name="ConversionPattern" value="%d [%t] %p - %m%n" />
    </layout>
  </appender>

  <!--  use this to turn on debug to a rolling file. -->
  <root>
    <level value="debug" />
    <appender-ref ref="wsota-rc.file.log" />
  </root>

  <!--  use this to turn on debug to console. -->
  <!--
  <root>
    <level value="off" />
    <appender-ref ref="wsota-rc.console.log" />
  </root>
  -->

  <!--  use this to turn off debug. -->
  <!--
  <root>
    <level value="off" />
    <appender-ref ref="wsota-rc.console.log" />
  </root>
  -->

</log4j:configuration>

在胖客户程序中使用了如下代码来使用外部xml文件配置log4j环境，注意该代码段位于程序的main class的静态初始化块中，含有以下代码的类和xml配置文件在同一个目录下：

import org.apache.log4j.xml.DOMConfigurator;
  
public class SapFrame extends JFrame {
    static {
        DOMConfigurator.configure(SapFrame.class.getResource("wsota-rc.log4j.xml"));
    }
    ... ... ... ...
}

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