一、日志的概念

1、什么是日志？

        日志是指工作日志，现在的日志主要发表在网络，详细介绍一个过程和经历的记录。日志是日记的一种，是一种记录了生活和情感的写作模式，多指个人的，一般是记载每天所做的工作，就像在笔记本上写日记一样，不同的是日志是发表在网络上的虚拟空间储存，在这个基础上进一步提高了效率和节约时间，只要申请一个个人博客即可，在日志里可以记录一些琐事，写下一些心情。

2、在项目开发中为什么需要日志呢？

        在项目开发中，都不可避免的使用到日志。没有日志虽然不会影响项目的正常运行，但是没有日志的项目可以说是不完整的。日志在调试，错误或者异常定位，数据分析中的作用是不言而喻的。

2.1、调试

        在项目调试时，查看栈信息可以方便的知道当前程序的运行状态，如果你大量使用printf或者std::cerr，这是一种最方便最有效的方法，但显得不够专业。在程序中的重要地方打印日志，之后对产生的日志进行分析，可以找到对应代码的问题（比如，利用日志找到具体问题所在模块以后，就可以利用gdb调试工具对程序进行调试）。因此日志系统成为了大型软件项目代码调试的主要手段。

2.2、错误定位

        不要以为程序能正确跑起来就可以高枕无忧，程序在运行一段时间后，可能由于数据问题，网络问题，内存问题等出现异常。这时日志可以帮助开发人员快速定位错误位置。

2.3、数据分析

        大数据的兴起，使得大量的日志分析成为可能。日志中蕴含了大量的用户数据，包括点击行为，兴趣偏好等。

3、日志分类

（1）面向问题排查的日志；

（2）面向提醒或警告的日志；

（3）面向调试和测试的日志；

（4）面向功能的日志（准确的说，这是数据文件，不是日志）；

（5）面向人阅读的日志；

（6）面向机器解析的日志。

4、日志消息的级别

（1）FATAL ERRO 致命错误

发生致命错误，代表服务器整个或者核心功能，已经无法工作。

处理原则如下：

A、在服务器启动时就应该检查，如果存在致命错误，直接抛出异常，让服务器不要启动起来（启动了也无法正常工作，不如不启动）。

B、如果在服务器启动之后，发生了致命的错误，则记录error级别的错误日志，最好是同时触发相关的修复和警告工作（比如，给开发和维护人员发送警告邮件）。

（2）ERROR（错误）功能或者逻辑级别的严重异常

发生error级别的异常，代表功能或者重要逻辑遇到问题、无法正常工作。

（3）WARN（警告）

warn是警告的意思，它有两方面作用：

一是从程序角度，在某些功能或逻辑不正常时，发生了一些小故障但是没有大的影响。

二是从业务角度，遇到了一些特殊操作或者特殊数据，例如重要数据或者配置被修改，或者操作需要引起重视。

（4）INFO（信息）

info用于记录一些有用的、关键的信息，一般这些信息出现的不频繁，只是在初始化的地方或者重要操作的地方才记录。

（5）DEBUG（调试） 

debug用于记录一些调试信息，为了方便查看程序的执行过程和相关数据、了解程序的动态。

（6）TRACE（跟踪）

trace用于记录一些更详细的调试信息，这些信息无需每次调试时都打印出来，只在需要更详细的调试信息时才开启，例如在排查问题时、或者测试时跟踪程序的执行。

（7）TRACE和DEBUG的区别：

debug日志相对比较正规，它记录下程序执行的关键信息，可以在生产环境下保存下来，用于排查问题，日志输出量要控制在比较小的范围，而trace级别的日志，仅用于开发或者测试时调试程序，用来查看程序详细执行信息，通常只用于开发环境，它在测试环境和生产环境一般是不开启的，只在需要时临时开启来排查问题，对于它的日志量是没有限制的，通常来说trace日志输出比较多。

（8）总结和补充

        注意，是否需要日志，以及日志的级别，是根据功能的重要性来决定的，而不是根据程序是否异常来决定的。也就是说，对于程序报错，不一定都记录error级别的日志，在一些不太重要的地方，记录成warn或者debug级别就可以了。

        另外，在系统出现致命错误之后，应该立即采取措施，而不仅仅是记录error日志。

二、利用C++实现日志系统

此部分将提供日志系统部分代码。

1、开发日志系统的目的

（1）追踪程序执行的过程；

（2）追踪数据的变化；

（3）快速定位问题的根源；

（4）数据统计和性能分析；

（5）为以后开发其他项目提供支持。

2、日志系统的功能需求

2.1、日志消息分为六个级别：

        依次为FATAL（致命错误）、ERROR（错误）、WARN（警告）、INFO（信息）、DEBUG（调试）、TRACE（跟踪）。

2.2、日志消息格式

2.3、日志消息格式的要求

（1）每条日志占一行。

（2）时间戳精确到微秒。

（3）始终使用GMT时区。

（4）打印线程ID。

（5）打印日志级别。

（6）打印源文件名，函数名，行号。（修复bug时不至于搞错对象）

2.4、记录日志的方式

        终端显示和写入日志文件。

2.5、滚动日志（rolling log）

        日志文件必须能够滚动(rolling)，可以简化日志归档的实现。滚动日志的目的是防止单个日志文件过大，以至于占满硬盘空间。滚动日志的原理是通过设定的规则（最大文件、最多保存多少天），超过设定的值就删除较早的记录。滚动的条件是：文件大小（如每写满1GB就换下一个文件）和时间（如每天零点新建一个日志文件，不论前一个文件有没有写满）。

2.6、LOG文件名格式

basename+now+hostname+pid+".log"

basename        基础名，由用户指定，通常可以设为应用程序名

now        当前时间，格式“%Y%m%d-%H%M%S”

hostname        主机名

pid        进程号，getpid（）

".log"        固定后缀名，表明这是一个log文件

各部分之间，用“.”连接

举例如下：

test_log_mt.20220218-134000.ubuntu.12426.log

3、日志系统的设计

（1）公共头文件

enum class LOG_LEVEL {     FATAL=0,     ERROR=1,     WARN=2,     INFO=3,     DEBUG=4,     TRACE=5,     NUM_LOG_LEVELS,//日志级别数 }; static const char* LLtoStr[]={     {"FATAL"},     {"ERROR"},     {"WARN"},     {"INFO"},     {"DEBUG"},     {"TRACE"},     {"NUM_LOG_LEVELS"}, };

（2）时间戳类型设计

#ifndef __TIMESTAMP_H__ #define __TIMESTAMP_H__ #include         // include #include        // include  #include"LogCommon.hpp"      class MicroTimestamp : public copyable 	{ 	private: 		std::int64_t microSecondsSinceEpoch_;// 1970 .....2023  	public: 		MicroTimestamp(); 		explicit MicroTimestamp(int64_t microSecondsSinceEpoch); 		void swap(MicroTimestamp& that);         //按不同的两种格式输出时间 		std::string toString() const; 		std::string toFormattedString(bool showMicroseconds = true) const; 		std::string toFormattedFile() const;         bool valid() const; 		 // for internal usage. 		std::int64_t microSecondsSinceEpoch() const ; 		time_t secondsSinceEpoch() const; 	public: 		static MicroTimestamp now(); 		static MicroTimestamp invalid(); 		static const int kMicroSecondsPerSecond = 1000 * 1000; 	};     //内联函数减少函数调用的时间消耗     inline bool operator<(const MicroTimestamp &lhs, const MicroTimestamp &rhs)     {           return lhs.microSecondsSinceEpoch() < rhs.microSecondsSinceEpoch();     }          inline bool operator==(const MicroTimestamp &lhs, const MicroTimestamp &rhs)     {           return lhs.microSecondsSinceEpoch() == rhs.microSecondsSinceEpoch();     }          inline double timeDifference(const MicroTimestamp &high, const MicroTimestamp &low)     {         int64_t diff = high.microSecondsSinceEpoch() - low.microSecondsSinceEpoch();         return static_cast(diff) / MicroTimestamp::kMicroSecondsPerSecond;     }      inline MicroTimestamp addTime(const MicroTimestamp ×tamp, const double seconds)     {         int64_t delta = static_cast(seconds * MicroTimestamp::kMicroSecondsPerSecond);         return MicroTimestamp(timestamp.microSecondsSinceEpoch() + delta);     }   #endif

..........

4、日志系统设计注意事项

（1）回滚：

当文件大小超过设置固定大小（防止撑满内存空间）

 当时间到达当天00.00，重新生成新的文件保存日志。

（2）时间戳类型：

获得UTC时间，格式化字符串。

将每次写入日志文件的一行信息，都要将当前时间戳保存，并写入文件。

（3）日志流类型：

可以定义字符串输入输出流对象（stringstream）,将日志级别、文件名称、函数名称、行号进行保存。

（4）日志类型：

Logger用于将日志事件信息（时间 日志级别 文件名 行号等）输出到缓冲区，默认输出到stdout。

目的是实现这样一个日志类：

在构造函数里面把日期基本信息例如时间、日志级别信息写入到logstream中

在析构函数里面先把源文件名，行号写入到logstream中，再把logstream中数据写入到日志输出地。例如文件，stdout

从构造开始到析构结束只算一条日志，中间可以通过logger.stream()<<"new 日志"操作来写入具体日志信息。

（5）文件写类型的实现：

可以以不加锁方式写文件，不线程安全，但是效率高。

三、多线程异步日志系统

        多线程程序对日志提出了新的需求：线程安全，即多个线程可以并发写日志，多个线程的日志消息不会出现交织。线程安全不难办到，简单的方法是用一个全局mutex保护IO，或者每个线程单独写一个日志文件，但这两种做法的效率并不高。前者会造成全部线程抢一个锁，后者有可能让业务线程阻塞在写磁盘操作上。

        每个进程中的多线程程序最好只写一个日志文件，这样分析日志更容易，不必在多个文件中跳来跳去。再说多线程写多个文件也不一定能提速。解决办法如下：

        用一个工作线程负责收集日志消息，并写入日志文件，其他业务线程只管往这个日志线程发送日志消息，这称为“异步日志”。

1、系统的设计：

        日志系统采用的是双缓冲区技术，基本思路是准备两块buffer：A和B，前端负责往buffA填数据（日志消息），后端负责将bufferB的数据写入文件。当bufferA写满之后，交换A和B，让后端将bufferA的数据写入文件，而前端则往bufferB填入新的日志消息，如此王府。用两个buffer的好处是在新建日志消息的时候不必再等待磁盘文件操作，也避免每条新日志消息都触发后端日志线程。换言之，前端不是将一条条日志消息分别传送给后端，而是将多条日志消息拼成一个大的buffer传送给后端，相当于批处理，减少了线程唤醒的频度，降低开销。另外，为了及时将日志消息写入文件，即便BufferA未满，日志库也会每3秒（具体可以自己设计）执行一次上述交换写入操作。

四、日志系统的使用

ERROR：准确！

是错误信息--包括错误的类型，错误的内容，位置和场景，是否可恢复，等等。只有当错误会影响到系统的正常运行时，才应该作为错误日志输出。

WARN：提个醒

是提醒信息，要关注此处，目前还正常，不代表之后正常。

INFO：简洁

系统的基本运行过程，运行状态。

DEBUG：详细

系统运行过程与状态的细节信息，可用于调试。

TRACE：细致入微

系统结构与内容的细节信息，比如一些关键对象的内容，函数调用参数、结果等。