Linux日志设计模式与实现技巧大揭秘

在IT行业中，设计模式是一套用于解决软件设计中常见问题的最佳实践，旨在帮助开发人员编写更清晰、更具可维护性的代码。日志是记录系统和软件运行中事件的重要工具，主要用于监控运行状态、记录异常信息，支持快速定位和修复问题。本文介绍了如何使用策略模式设计和实现自定义日志系统，详细阐述了日志格式的设计以及日志等级、时间戳等关键元素的设置方法，并提供了控制台和文件输出两种日志策略的实现示例。

1. 什么是设计模式

  IT行业这么火, 涌入的人很多. 俗话说林子大了啥鸟都有. 大佬和菜鸡们两极分化的越来越严重. 为了让菜鸡们不太拖大佬的后腿, 于是大佬们针对⼀些经典的常见的场景, 给定了⼀些对应的解决⽅案, 这个就是设计模式。   在IT行业中，设计模式（Design Patterns） 是一套被广泛认可的、用于解决软件设计中常见问题的最佳实践。它们提供了一种标准化的方法来处理特定的设计问题，并且可以帮助开发人员编写更清晰、更具可维护性的代码。

2. 日志认识

  计算机中的日志是记录系统和软件运行中发生事件的文件，主要作用是监控运行状态、记录异常信息，帮助快速定位问题并⽀持程序员进⾏问题修复。它是系统维护、故障排查和安全管理的重要工具。 日志格式以下几个指标是必须得有的：

时间戳日志等级日志内容

以下几个指标是可选的：

文件名行号进程，线程相关id信息等 日志有现成的解决方案，如：spdlog、glog、Boost.Log、Log4cxx等等，我们依旧采用自定义日志的方式。这里我们采用设计模式-策略模式来进行日志的设计，我们想要的日志格式如下：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

[可读性很好的时间] [⽇志等级] [进程pid] [打印对应⽇志的⽂件名][⾏号] - 消息内容，⽀持可变参数[2024-08-04 12:27:03] [DEBUG] [202938] [main.cc] [16] - hello world[2024-08-04 12:27:03] [DEBUG] [202938] [main.cc] [17] - hello world[2024-08-04 12:27:03] [DEBUG] [202938] [main.cc] [18] - hello world[2024-08-04 12:27:03] [DEBUG] [202938] [main.cc] [20] - hello world[2024-08-04 12:27:03] [DEBUG] [202938] [main.cc] [21] - hello world[2024-08-04 12:27:03] [WARNING] [202938] [main.cc] [23] - hello world

3. 日志实现首先我们需要设置日志等级：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

// ⽇志等级    enum class LogLevel    {        DEBUG,        INFO,        WARNING,        ERROR,        FATAL    };    // ⽇志转换成为字符串    std::string LogLevelToString(LogLevel level)    {        switch (level)        {        case LogLevel::DEBUG:            return "DEBUG";        case LogLevel::INFO:            return "INFO";        case LogLevel::WARNING:            return "WARNING";        case LogLevel::ERROR:            return "ERROR";        case LogLevel::FATAL:            return "FATAL";        default:            return "UNKNOWN";        }    }

设置日志时间代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

    // 根据时间戳，获取可读性较强的时间信息    std::string GetCurrTime()    {        time_t tm = time(nullptr);        struct tm curr;        localtime_r(&tm, &curr);        char timebuffer[64];        snprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer), "%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d ",                 curr.tm_year + 1900,//这是因为这里的年份比实际年份少1900                 curr.tm_mon+1,//这是因为月份是在0~11                 curr.tm_mday,                 curr.tm_hour,                 curr.tm_min,                 curr.tm_sec);        return timebuffer;    }

日志策略模式：

  有了准备工作后，我们在开始设计日志类之前还需要确定日志的策略模式——也就是日志是往控制台上输出还是文件中输出。

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// 策略模式，策略接⼝    class LogStrategy    {    public:        virtual ~LogStrategy() = default;                     // 策略的析构函数        virtual void SyncLog(const std::string &message) = 0; // 不同模式核⼼是刷新⽅式的不同    };

控制台日志策略：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

// 控制台⽇志策略,就是⽇志只向显⽰器打印，⽅便我们debug    class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy    {    public:        void SyncLog(const std::string &message) override        {            LockGuard LockGuard(_mutex);            std::cerr 

文件日志策略：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

    class FileLogStrategy : public LogStrategy    {    public:        // 构造函数，建⽴出来指定的⽬录结构和⽂件结构        FileLogStrategy(const std::string logpath = defaultpath, std::string logfilename = defaultname)            : _logpath(logpath), _logfilename(logfilename)        {            LockGuard lockguard(_mutex);            if (std::filesystem::exists(_logpath))                return;            try            {                std::filesystem::create_directories(_logpath);            }            catch (const std::filesystem::filesystem_error &e)            {                std::cerr 

具体日志类：

我们先确定日志策略模式，默认是控制台输出；然后定义一个内部类用来确定日志输出的信息：

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 // 具体的⽇志类    class Logger    {    public:        Logger()        {            // 默认使⽤显⽰器策略，如果⽤⼾⼆次指明了策略，会释放在申请，测试的时候注意析构次数            UseConsoleStrategy();        }        ~Logger()        {        }        void UseConsoleStrategy()        {            _strategy = std::make_unique();        }        void UseFileStrategy()        {            _strategy = std::make_unique();        }        class LogMessage        {        public:            LogMessage(LogLevel type, std::string filename, int line, Logger &logger)                : _curr_time(GetCurrTime()),                  _pid(getpid()),                  _filename(filename),                  _line(line),                  _logger(logger)            {                // stringstream不允许拷⻉,所以这⾥就当做格式化功能使⽤                std::stringstream ssbuffer;                ssbuffer             LogMessage &operatorSyncLog(_loginfo);                }            }        private:            LogLevel _type;         // ⽇志等级            std::string _curr_time; // ⽇志时间            pid_t _pid;             // 写⼊⽇志的进程ID            std::string _filename;  // 对应的⽂件名            int _line;              // 对应的⽂件⾏号            Logger &_logger;        // 引⽤外部logger类, ⽅便使⽤策略进⾏刷新            std::string _loginfo;   // ⼀条合并完成的，完整的⽇志信息        };        LogMessage operator()(LogLevel type, std::string filename, int line)        {            return LogMessage(type, filename, line, *this);        }    private:        std::unique_ptr _strategy;    };

最后将上述内容放在一个命名空间LogModule内部，并定义一个日志类对象：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

#include #include #include #include #include #include #include  // C++17, 需要⾼版本编译器和-std=c++17#include #include "Mutex.hpp"namespace LogModule{    using namespace MutexModule;    // 默认路径和⽇志名称    const std::string defaultpath = "./log/";    const std::string defaultname = "log.txt";    // ⽇志等级    enum class LogLevel    {        DEBUG,        INFO,        WARNING,        ERROR,        FATAL    };    // ⽇志转换成为字符串    std::string LogLevelToString(LogLevel level)    {        switch (level)        {        case LogLevel::DEBUG:            return "DEBUG";        case LogLevel::INFO:            return "INFO";        case LogLevel::WARNING:            return "WARNING";        case LogLevel::ERROR:            return "ERROR";        case LogLevel::FATAL:            return "FATAL";        default:            return "UNKNOWN";        }    }    // 根据时间戳，获取可读性较强的时间信息    std::string GetCurrTime()    {        time_t tm = time(nullptr);        struct tm curr;        localtime_r(&tm, &curr);        char timebuffer[64];        snprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer), "%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d ",                 curr.tm_year + 1900,                 curr.tm_mon+1,                 curr.tm_mday,                 curr.tm_hour,                 curr.tm_min,                 curr.tm_sec);        return timebuffer;    }    // 策略模式，策略接⼝    class LogStrategy    {    public:        virtual ~LogStrategy() = default;                     // 策略的构造函数        virtual void SyncLog(const std::string &message) = 0; // 不同模式核⼼是刷新⽅式的不同    };    // 控制台⽇志策略,就是⽇志只向显⽰器打印，⽅便我们debug    class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy    {    public:        void SyncLog(const std::string &message) override        {            LockGuard LockGuard(_mutex);            std::cerr ();        }        void UseFileStrategy()        {            _strategy = std::make_unique();        }        class LogMessage        {        public:            LogMessage(LogLevel type, std::string filename, int line, Logger &logger)                : _curr_time(GetCurrTime()),                  _pid(getpid()),                  _filename(filename),                  _line(line),                  _logger(logger)            {                // stringstream不允许拷⻉,所以这⾥就当做格式化功能使⽤                std::stringstream ssbuffer;                ssbuffer             LogMessage &operatorSyncLog(_loginfo);                }            }        private:            LogLevel _type;         // ⽇志等级            std::string _curr_time; // ⽇志时间            pid_t _pid;             // 写⼊⽇志的进程ID            std::string _filename;  // 对应的⽂件名            int _line;              // 对应的⽂件⾏号            Logger &_logger;        // 引⽤外部logger类, ⽅便使⽤策略进⾏刷新            std::string _loginfo;   // ⼀条合并完成的，完整的⽇志信息        };        LogMessage operator()(LogLevel type, std::string filename, int line)        {            return LogMessage(type, filename, line, *this);        }    private:        std::unique_ptr _strategy;    };    //定义日志类对象    Logger logger;    // 使⽤宏，可以进⾏代码插⼊，⽅便随时获取⽂件名和⾏号    #define LOG(type) logger(type, __FILE__, __LINE__)    // 提供选择使⽤何种⽇志策略的⽅法    #define ENABLE_CONSOLE_LOG_STRATEGY() logger.UseConsoleStrategy()    #define ENABLE_FILE_LOG_STRATEGY() logger.UseFileStrategy()}

测试代码：代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

#include #include "Log.hpp"using namespace LogModule;void fun(){    int a = 10;    LOG(LogLevel::FATAL) 

结果如下：

4. 结语

  日志可以帮助我们快速准确的了解程序运行的状况，出现的错误以及相关内容；同时日志的设计模式如解耦也值得我们学习。

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