深入探究Golang中log标准库的使用
作者:江湖十年
Go 语言标准库中的 log 包设计简洁明了,易于上手,可以轻松记录程序运行时的信息、调试错误以及跟踪代码执行过程中的问题等。使用 log 包无需繁琐的配置即可直接使用。本文旨在深入探究 log 包的使用和原理,帮助读者更好地了解和掌握它。
使用
先来看一个 log 包的使用示例:
package main import "log" func main() { log.Print("Print") log.Printf("Printf: %s", "print") log.Println("Println") log.Fatal("Fatal") log.Fatalf("Fatalf: %s", "fatal") log.Fatalln("Fatalln") log.Panic("Panic") log.Panicf("Panicf: %s", "panic") log.Panicln("Panicln") }
假设以上代码存放在 main.go
中,通过 go run main.go
执行代码将会得到如下输出:
$ go run main.go
2023/03/08 22:33:22 Print
2023/03/08 22:33:22 Printf: print
2023/03/08 22:33:22 Println
2023/03/08 22:33:22 Fatal
exit status 1
以上示例代码中使用 log 包提供的 9 个函数分别对日志进行输出,最终得到 4 条打印日志。我们来分析下每个日志函数的作用,来看看为什么出现这样的结果。
log 包提供了 3 类共计 9 种方法来输出日志内容。
函数名 | 作用 | 使用示例 |
---|---|---|
打印日志 | log.Print("Print") | |
Printf | 打印格式化日志 | log.Printf("Printf: %s", "print") |
Println | 打印日志并换行 | log.Println("Println") |
Panic | 打印日志后执行 panic(s)(s 为日志内容) | log.Panic("Panic") |
Panicf | 打印格式化日志后执行 panic(s) | log.Panicf("Panicf: %s", "panic") |
Panicln | 打印日志并换行后执行 panic(s) | log.Panicln("Panicln") |
Fatal | 打印日志后执行 os.Exit(1) | log.Fatal("Fatal") |
Fatalf | 打印格式化日志后执行 os.Exit(1) | log.Fatalf("Fatalf: %s", "fatal") |
Fatalln | 打印日志并换行后执行 os.Exit(1) | log.Panicln("Panicln") |
根据以上表格说明,我们可以知道,log 包在执行 log.Fatal("Fatal")
时,程序打印完日志就通过 os.Exit(1)
退出了。这也就可以解释上面的示例程序,为什么打印了 9 次日志,却只输出了 4 条日志,并且最后程序退出码为 1 了。
以上是 log 包最基本的使用方式,如果我们想对日志输出做一些定制,可以使用 log.New
创建一个自定义 logger
:
logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile)
log.New
函数接收三个参数,分别用来指定:日志输出位置(一个 io.Writer
对象)、日志前缀(字符串,每次打印日志都会跟随输出)、日志属性(定义好的常量,稍后会详细讲解)。
使用示例:
package main import ( "log" "os" ) func main() { logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile) logger.Println("custom logger") }
示例输出:
[Debug] - main.go:10: custom logger
以上示例中,指定日志输出到 os.Stdout
,即标准输出;日志前缀 [Debug] -
会自动被加入到每行日志的行首;这条日志没有打印当前时间,而是打印了文件名和行号,这是 log.Lshortfile
日志属性的作用。
日志属性可选项如下:
属性 | 说明 |
---|---|
Ldate | 当前时区的日期,格式:2009/01/23 |
Ltime | 当前时区的时间,格式:01:23:23 |
Lmicroseconds | 当前时区的时间,格式:01:23:23.123123,精确到微妙 |
Llongfile | 全文件名和行号,格式:/a/b/c/d.go:23 |
Lshortfile | 当前文件名和行号,格式:d.go:23,会覆盖 Llongfile |
LUTC | 使用 UTC 而非本地时区,推荐日志全部使用 UTC 时间 |
Lmsgprefix | 将 prefix 内容从行首移动到日志内容前面 |
LstdFlags | 标准 logger 对象的初始值(等于:Ldate|Ltime ) |
这些属性都是预定义好的常量,不能修改,可以通过 |
运算符组合使用(如:log.Ldate|log.Ltime|log.Lshortfile
)。
使用 log.New
函数创建 logger
对象以后,依然可以通过 logger
对象的方法修改其属性值:
方法 | 作用 |
---|---|
SetOutput | 设置日志输出位置 |
SetPrefix | 设置日志输出前缀 |
SetFlags | 设置日志属性 |
现在我们来看一个更加完整的使用示例:
package main import ( "log" "os" ) func main() { // 准备日志文件 logFile, _ := os.Create("demo.log") defer func() { _ = logFile.Close() }() // 初始化日志对象 logger := log.New(logFile, "[Debug] - ", log.Lshortfile|log.Lmsgprefix) logger.Print("Print") logger.Println("Println") // 修改日志配置 logger.SetOutput(os.Stdout) logger.SetPrefix("[Info] - ") logger.SetFlags(log.Ldate|log.Ltime|log.LUTC) logger.Print("Print") logger.Println("Println") }
执行以上代码,得到 demo.log
日志内容如下:
main.go:15: [Debug] - Print
main.go:16: [Debug] - Println
控制台输出内容如下:
[Info] - 2023/03/11 01:24:56 Print
[Info] - 2023/03/11 01:24:56 Println
可以发现,在 demo.log
日志内容中,因为指定了 log.Lmsgprefix
属性,所以日志前缀 [Debug] -
被移动到了日志内容前面,而非行首。
因为后续通过 logger.SetXXX
对 logger
对象的属性进行了动态修改,所以最后两条日志输出到系统的标准输出。
以上,基本涵盖了 log 包的所有常用功能。接下来我们就通过走读源码的方式来更深入的了解 log 包了。
源码
注意:本文以 Go 1.19.4 源码为例,其他版本可能存在差异。
Go 标准库的 log 包代码量非常少,算上注释也才 400+ 行,非常适合初学者阅读学习。
在上面介绍的第一个示例中,我们使用 log 包提供的 9 个公开函数对日志进行输出,并通过表格的形式分别介绍了函数的作用和使用示例,那么现在我们就来看看这几个函数是如何定义的:
func Print(v ...any) { if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 { return } std.Output(2, fmt.Sprint(v...)) } func Printf(format string, v ...any) { if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 { return } std.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...)) } func Println(v ...any) { if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 { return } std.Output(2, fmt.Sprintln(v...)) } func Fatal(v ...any) { std.Output(2, fmt.Sprint(v...)) os.Exit(1) } func Fatalf(format string, v ...any) { std.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...)) os.Exit(1) } func Fatalln(v ...any) { std.Output(2, fmt.Sprintln(v...)) os.Exit(1) } func Panic(v ...any) { s := fmt.Sprint(v...) std.Output(2, s) panic(s) } func Panicf(format string, v ...any) { s := fmt.Sprintf(format, v...) std.Output(2, s) panic(s) } func Panicln(v ...any) { s := fmt.Sprintln(v...) std.Output(2, s) panic(s) }
可以发现,这些函数代码主逻辑基本一致,都是通过 std.Output
输出日志。不同的是,PrintX
输出日志后程序就执行结束了;Fatal
输出日志后会执行 os.Exit(1)
;而 Panic
输出日志后会执行 panic(s)
。
那么接下来就是要搞清楚这个 std
对象是什么,以及它的 Output
方法是如何定义的。
我们先来看下 std
是什么:
var std = New(os.Stderr, "", LstdFlags) func New(out io.Writer, prefix string, flag int) *Logger { l := &Logger{out: out, prefix: prefix, flag: flag} if out == io.Discard { l.isDiscard = 1 } return l }
可以看到,std
其实就是使用 New
创建的一个 Logger
对象,日志输出到标准错误输出,日志前缀为空,日志属性为 LstdFlags
。
这跟我们上面讲的自定义日志对象 logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile)
方式如出一辙。也就是说,当我们通过 log.Print("Print")
打印日志时,其实使用的是 log 包内部已经定义好的 Logger
对象。
Logger
定义如下:
type Logger struct { mu sync.Mutex // 锁,保证并发情况下对其属性操作是原子性的 prefix string // 日志前缀,即 Lmsgprefix 参数值 flag int // 日志属性,用来控制日志输出格式 out io.Writer // 日志输出位置,实现了 io.Writer 接口即可,如 文件、os.Stderr buf []byte // 存储日志输出内容 isDiscard int32 // 当 out = io.Discard 是,此值为 1 }
其中,flag
和 isDiscard
这两个属性有必要进一步解释下。
首先是 flag
用来记录日志属性,其合法值如下:
const ( Ldate = 1 << iota // the date in the local time zone: 2009/01/23 Ltime // the time in the local time zone: 01:23:23 Lmicroseconds // microsecond resolution: 01:23:23.123123. assumes Ltime. Llongfile // full file name and line number: /a/b/c/d.go:23 Lshortfile // final file name element and line number: d.go:23. overrides Llongfile LUTC // if Ldate or Ltime is set, use UTC rather than the local time zone Lmsgprefix // move the "prefix" from the beginning of the line to before the message LstdFlags = Ldate | Ltime // initial values for the standard logger )
具体含义我就不再一一解释了,前文的表格已经写的很详细了。
值得注意的是,这里在定义常量时,巧妙的使用了左移运算符 1 << iota
,使得常量的值呈现 1、2、4、8... 这样的递增效果。其实是为了位运算方便,通过对属性进行位运算,来决定输出内容,其本质上跟基于位运算的权限管理是一样的。所以在使用 log.New
新建 Logger
对象时可以支持 log.Ldate|log.Ltime|log.Lshortfile
这种形式设置多个属性。
std
对象的属性初始值 LstdFlags
也是在这里定义的。
其次还有一个属性 isDiscard
,是用来丢弃日志的。在上面介绍 PrintX
函数定义时,在输出日志前有一个 if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0
的判断,如果结果为真,则直接 return
不记录日志。
在 Go 标准库的 io
包里,有一个 io.Discard
对象,io.Discard
实现了 io.Writer
,它执行 Write 操作后不会产生任何实际的效果,是一个用于丢弃数据的对象。比如有时候我们不在意数据内容,但可能存在数据不读出来就无法关闭连接的情况,这时候就可以使用 io.Copy(io.Discard, io.Reader)
将数据写入 io.Discard
实现丢弃数据的效果。
使用 New
创建 Logger
对象时,如果 out == io.Discard
则 l.isDiscard
的值会被置为 1
,所以使用 PrintX
函数记录的日志将会被丢弃,而 isDiscard
属性之所以是 int32
类型而不是 bool
,是因为方便原子操作。
现在,我们终于可以来看 std.Output
的实现了:
func (l *Logger) Output(calldepth int, s string) error { now := time.Now() // 获取当前时间 var file string var line int // 加锁,保证并发安全 l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() // 通过位运算来判断是否需要获取文件名和行号 if l.flag&(Lshortfile|Llongfile) != 0 { // 运行 runtime.Caller 获取文件名和行号比较耗时,所以先释放锁 l.mu.Unlock() var ok bool _, file, line, ok = runtime.Caller(calldepth) if !ok { file = "???" line = 0 } // 获取到文件行号后再次加锁,保证下面代码并发安全 l.mu.Lock() } // 清空上次缓存的内容 l.buf = l.buf[:0] // 格式化日志头信息(如:日期时间、文件名和行号、前缀)并写入 buf l.formatHeader(&l.buf, now, file, line) // 追加日志内容到 buf l.buf = append(l.buf, s...) // 保证输出日志以 \n 结尾 if len(s) == 0 || s[len(s)-1] != '\n' { l.buf = append(l.buf, '\n') } // 调用 Logger 对象的 out 属性的 Write 方法输出日志 _, err := l.out.Write(l.buf) return err }
Output
方法代码并不多,基本逻辑也比较清晰,首先根据日志属性来决定是否需要获取文件名和行号,因为调用 runtime.Caller
是一个耗时操作,开销比较大,为了增加并发性,暂时将锁释放,获取到文件名和行号后再重新加锁。
接下来就是准备日志输出内容了,首先清空 buf
中保留的上次日志信息,然后通过 formatHeader
方法格式化日志头信息,接着把日志内容也追加到 buf
中,在这之后有一个保证输出日志以 \n
结尾的逻辑,来保证输出的日志都是单独一行的。不知道你有没有注意到,在前文的 log 包使用示例中,我们使用 Print
和 Println
两个方法时,最终日志输出效果并无差别,使用 Print
打印日志也会换行,其实就是这里的逻辑决定的。
最后,通过调用 l.out.Write
方法,将 buf
内容输出。
我们来看下用来格式化日志头信息的 formatHeader
方法是如何定义:
func (l *Logger) formatHeader(buf *[]byte, t time.Time, file string, line int) { // 如果没有设置 Lmsgprefix 属性,将日志前缀内容设置到行首 if l.flag&Lmsgprefix == 0 { *buf = append(*buf, l.prefix...) } // 判断是否设置了日期时间相关的属性 if l.flag&(Ldate|Ltime|Lmicroseconds) != 0 { // 是否设置 UTC 时间 if l.flag&LUTC != 0 { t = t.UTC() } // 是否设置日期 if l.flag&Ldate != 0 { year, month, day := t.Date() itoa(buf, year, 4) *buf = append(*buf, '/') itoa(buf, int(month), 2) *buf = append(*buf, '/') itoa(buf, day, 2) *buf = append(*buf, ' ') } // 是否设置时间 if l.flag&(Ltime|Lmicroseconds) != 0 { hour, min, sec := t.Clock() itoa(buf, hour, 2) *buf = append(*buf, ':') itoa(buf, min, 2) *buf = append(*buf, ':') itoa(buf, sec, 2) if l.flag&Lmicroseconds != 0 { *buf = append(*buf, '.') itoa(buf, t.Nanosecond()/1e3, 6) } *buf = append(*buf, ' ') } } // 是否设置文件名和行号 if l.flag&(Lshortfile|Llongfile) != 0 { if l.flag&Lshortfile != 0 { short := file for i := len(file) - 1; i > 0; i-- { if file[i] == '/' { short = file[i+1:] break } } file = short } *buf = append(*buf, file...) *buf = append(*buf, ':') itoa(buf, line, -1) *buf = append(*buf, ": "...) } // 如果设置了 Lmsgprefix 属性,将日志前缀内容放到日志头信息最后,也就是紧挨着日志内容前面 if l.flag&Lmsgprefix != 0 { *buf = append(*buf, l.prefix...) } }
formatHeader
方法是 log 包里面代码量最多的一个方法,主要通过按位与(&)来计算是否设置了某个日志属性,然后根据日志属性来格式化头信息。
其中多次调用 itoa
函数,itoa
顾名思义,将 int
转换成 ASCII
码,itoa
定义如下:
func itoa(buf *[]byte, i int, wid int) { // Assemble decimal in reverse order. var b [20]byte bp := len(b) - 1 for i >= 10 || wid > 1 { wid-- q := i / 10 b[bp] = byte('0' + i - q*10) bp-- i = q } // i < 10 b[bp] = byte('0' + i) *buf = append(*buf, b[bp:]...) }
这个函数短小精悍,它接收三个参数,buf
用来保存转换后的内容,i
就是带转换的值,比如 year
、month
等,wid
表示转换后 ASCII
码字符串宽度,如果传进来的 i
宽度不够,则前面补零。比如传入 itoa(&b, 12, 3)
,最终输出字符串为 012
。
至此,我们已经理清了 log.Print("Print")
是如何打印一条日志的,其函数调用流程如下:
上面我们讲解了使用 log 包中默认的 std
这个 Logger
对象打印日志的调用流程。当我们使用自定义的 Logger
对象(logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile)
)来打印日志时,调用的 loggger.Print
是一个方法,而不是 log.Print
这个包级别的函数,所以其实 Logger
结构体也实现了 9 种输出日志方法:
func (l *Logger) Print(v ...any) { if atomic.LoadInt32(&l.isDiscard) != 0 { return } l.Output(2, fmt.Sprint(v...)) } func (l *Logger) Printf(format string, v ...any) { if atomic.LoadInt32(&l.isDiscard) != 0 { return } l.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...)) } func (l *Logger) Println(v ...any) { if atomic.LoadInt32(&l.isDiscard) != 0 { return } l.Output(2, fmt.Sprintln(v...)) } func (l *Logger) Fatal(v ...any) { l.Output(2, fmt.Sprint(v...)) os.Exit(1) } func (l *Logger) Fatalf(format string, v ...any) { l.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...)) os.Exit(1) } func (l *Logger) Fatalln(v ...any) { l.Output(2, fmt.Sprintln(v...)) os.Exit(1) } func (l *Logger) Panic(v ...any) { s := fmt.Sprint(v...) l.Output(2, s) panic(s) } func (l *Logger) Panicf(format string, v ...any) { s := fmt.Sprintf(format, v...) l.Output(2, s) panic(s) } func (l *Logger) Panicln(v ...any) { s := fmt.Sprintln(v...) l.Output(2, s) panic(s) }
这 9 个方法跟 log 包级别的函数一一对应,用于自定义 Logger
对象。
有一个值得注意的点,在这些方法内部,调用 l.Output(2, s)
时,第一个参数 calldepth
传递的是 2,这跟 runtime.Caller(calldepth)
函数内部实现有关,runtime.Caller
函数签名如下:
func Caller(skip int) (pc uintptr, file string, line int, ok bool)
runtime.Caller
返回当前 Goroutine 的栈上的函数调用信息(程序计数器、文件信息、行号),其参数 skip
表示当前向上层的栈帧数,0 代表当前函数,也就是调用 runtime.Caller
的函数,1 代表上一层调用者,以此类推。
因为函数调用链为 main.go -> log.Print -> std.Output -> runtime.Caller
,所以 skip
值即为 2:
- 0: 表示
std.Output
中调用runtime.Caller
所在的源码文件和行号。 - 1: 表示
log.Print
中调用std.Output
所在的源码文件和行号。 - 2: 表示
main.go
中调用log.Print
所在的源码文件和行号。
这样当代码出现问题时,就能根据日志中记录的函数调用栈来找到报错的源码位置了。
另外,前文介绍过三个设置 Logger
对象属性的方法,分别是 SetOutput
、SetPrefix
、SetFlags
,其实这三个方法各自还有与之对应的获取相应属性的方法,定义如下:
func (l *Logger) Flags() int { l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() return l.flag } func (l *Logger) SetFlags(flag int) { l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() l.flag = flag } func (l *Logger) Prefix() string { l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() return l.prefix } func (l *Logger) SetPrefix(prefix string) { l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() l.prefix = prefix } func (l *Logger) Writer() io.Writer { l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() return l.out } func (l *Logger) SetOutput(w io.Writer) { l.mu.Lock() defer l.mu.Unlock() l.out = w isDiscard := int32(0) if w == io.Discard { isDiscard = 1 } atomic.StoreInt32(&l.isDiscard, isDiscard) }
其实就是针对每个私有属性,定义了 getter
、setter
方法,并且每个方法内部为了保证并发安全,都进行了加锁操作。
当然,log 包级别的函数,也少不了这几个功能:
func Default() *Logger { return std } func SetOutput(w io.Writer) { std.SetOutput(w) } func Flags() int { return std.Flags() } func SetFlags(flag int) { std.SetFlags(flag) } func Prefix() string { return std.Prefix() } func SetPrefix(prefix string) { std.SetPrefix(prefix) } func Writer() io.Writer { return std.Writer() } func Output(calldepth int, s string) error { return std.Output(calldepth+1, s) // +1 for this frame. }
至此,log 包的全部代码我们就一起走读完成了。
总结一下:log 包主要设计了 Logger
对象和其方法,并且为了开箱即用,在包级别又对外提供了默认的 Logger
对象 std
和一些包级别的对外函数。Logger
对象的方法,和包级别的函数基本上是一一对应的,签名一样,这样就大大降低了使用难度。
使用建议
关于 log 包的使用,我还有几条建议分享给你:
log 默认不支持 Debug
、Info
、Warn
等更细粒度级别的日志输出方法,不过我们可以通过创建多个 Logger
对象的方式来实现,只需要给每个 Logger
对象指定不同的日志前缀即可:
loggerDebug = log.New(os.Stdout, "[Debug]", log.LstdFlags) loggerInfo = log.New(os.Stdout, "[Info]", log.LstdFlags) loggerWarn = log.New(os.Stdout, "[Warn]", log.LstdFlags) loggerError = log.New(os.Stdout, "[Error]", log.LstdFlags)
- 仅在
main.go
文件中使用log.Panic
、log.Fatal
,下层程序遇到错误时先记录日志,然后将错误向上一层层抛出,直到调用栈顶层才决定要不要使用log.Panic
、log.Fatal
。 - log 包作为 Go 标准库,仅支持日志的基本功能,不支持记录结构化日志、日志切割、Hook 等高级功能,所以更适合小型项目使用,比如一个单文件的脚本。对于中大型项目,则推荐使用一些主流的第三方日志库,如 logrus、zap、glog 等。
- 另外,如果你对 Go 标准日志库有所期待,Go 官方还打造了另一个日志库 slog 现已进入实验阶段,如果项目发展顺利,将可能成为 log 包的替代品。
以上就是深入探究Golang中log标准库的使用的详细内容,更多关于Golang log标准库的资料请关注脚本之家其它相关文章!