Java日志体系框架总结：JUL、JCL、SLF4J、Log4j、Logback、Log4j2

概述

日志记录是应用程序运行中必不可少的一部分。具有良好格式和完备信息的日志，可以在程序出现问题时帮助开发人员迅速地定位错误的根源。日志所能提供的功能是多种多样的，包括记录程序运行时产生的错误信息、状态信息、调试信息和执行时间信息等。

System.out.println、System.err.println及异常对象的printStrackTrace方法等，功能有限且混乱，故而需要日志框架。直到JDK1.4才引入java.util.logging包，JUL。

日志框架主要分两类：

• 真正的日志记录实现，如：log4j、logback；
• 日志记录相关的封装框架，如：Apache Commons Logging和SLF4J，在日志记录实现的基础上提供一个封装的API层次，对日志记录API的使用者提供一个统一的接口，使得可以自由切换不同的日志记录实现。

注：本文使用的Spring Boot版本为3.2.4。

日志级别Level

JDK的日志API，即java.util.logging.Logging，定义的级别，即java.util.logging.Level，包括OFF、SEVERE、WARNING、INFO、CONFIG、FINE、FINER、FINEST和ALL等。

OFF为日志最高等级，ALL为最低等级。每条日志必须对应一个级别，级别主要用来对日志的严重程度进行分类，同时可用于控制日志是否输出。

Log4j使用的级别则包括：OFF、FATAL、ERROR、WARN、INFO、DEBUG、TRACE和ALL等。用得较多的是：

• FATAL：导致程序提前结束的严重错误
• ERROR：运行时异常及预期之外的错误
• WARN：预期之外的运行时状况，不一定是错误
• INFO：运行时产生的事件
• DEBUG：与程序运行时的流程相关的详细信息
• TRACE：更加具体的详细信息

更进一步，以ERROR、WARN、INFO和DEBUG最为常用。

框架

Java Util Logging

即JUL，自JDK1.4版本引入，故而被称为JDK14Logger。

提供抽象基类Handler，和一系列实现类，如：ConsoleHandler、StreamHandler等。

提供抽象基类Formatter和2个实现类：

总结：JUL是JDK标准库一部分，无需额外的配置或依赖；使用logging.properties进行配置，相对复杂；扩展性不够；性能不好。

基本上没有多少应用在使用。

JULI

Java Util Logging Implementation，有些项目里可能会看到tomcat-juli

<dependency>
	<groupId>org.apache.tomcat</groupId>
	<artifactId>tomcat-juli</artifactId>
	<version>10.1.28</version>
</dependency>

主要用于标准Tomcat服务器环境，代替JUL，灵活性更好，功能更丰富，如独立的日志配置文件、按Web应用程序的隔离日志记录等。

作为Tomcat服务器中重要的日志组件，仍在维护和更新，满足用户的需求。

如果是Spring Boot内嵌Tomcat应用，则会看到：

<dependency>
	<groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
	<artifactId>tomcat-embed-logging-juli</artifactId>
	<version>8.5.2</version>
</dependency>

嵌入式Tomcat使用场景中，开发者倾向于使用更现代的日志框架（如后文即将介绍的Logback和Log4j来代替JUL），因此官方停止维护。

从pom文件看，两者没有什么关系，独立维护的两个项目，拥有不同的GAV；但是通过JD-GUI等工具初步分析，JAR包里的类（类名和数量）一模一样，不过源码包括内部类还是有很多差别的。

Jakarta Commons Logging

Jakarta Commons Logging，即JCL，是一个抽象层（适配器）日志框架，旨在提供对多个日志框架的统一访问接口。JCL在运行时动态查找和绑定日志实现，这使得其在不同的环境下可以自动选择合适的日志实现。

Apache Commons Logging

即Apache Commons Logging，前身是Jakarta Commons Logging。

Maven依赖如下：

<dependency>
	<groupId>commons-logging</groupId>
	<artifactId>commons-logging</artifactId>
</dependency>

动态查找原理，Log是一个接口声明。LogFactory的内部会去装载具体的日志系统，并获得实现该Log接口的实现类。流程如下：

• 首先寻找org.apache.commons.logging.LogFactory属性配置
• 否则，利用JDK1.3开始提供的服务发现机制SPI，会扫描classpath下的META-INF/services/org.apache.commons.logging.LogFactory文件，若找到则装载里面的配置，使用里面的配置
• 否则，从classpath里寻找commons-logging.properties，找到则根据里面的配置加载
• 否则，使用默认配置：如果能找到Log4j则使用Log4j实现，如果没有则使用JDK14Logger实现，再没有则使用commons-logging内部提供的SimpleLog实现。

因此，只要引入Log4j并在classpath配置log4j.xml，则commons-logging就会使用Log4j，而Java代码里无需添加任何Log4j代码。

存在的问题：动态绑定机制可能导致一些难以调试的配置问题，如在某些环境下可能绑定到意外的日志实现。

SLF4J

官网，GitHub。

Simple Logging Facade for Java，SLF4J，Java简单日志门面，类似于JCL。为不同的日志框架提供简单的门面或抽象的实现，允许最终用户在部署时能够接入自己想要使用的日志框架。

使用SLF4J时，需要使用某一种日志实现，必须选择正确的SLF4J的JAR包的集合，即各种桥接包，这就是SLF4J的静态绑定(bindings)：

如上图，SLF4J（和其他日志框架）提供的binding如下：

• logback-classic：因为Logback晚于SLF4J诞生，故一开始SLF4J没有提供Logback的实现类，由Logback提供，实现org.slf4j.spi.SLF4JServiceProvider。
• slf4j-logj12：SLF4J提供，下同。
• slf4j-jdk14：使用JUL打印
• slf4j-simple：使用SLF4J自带
• slf4j-nop：不打印日志
• slf4j-jcl：？

SLF4J静态绑定原理：SLF4J会在编译时查找org.slf4j.spi.LoggerFactoryBinder（2.0.0版本后，被org.slf4j.spi.SLF4JServiceProvider）的实现类，如slf4j-log4j12的实现类org.slf4j.impl.StaticLoggerBinder，该类里面实现对具体日志方案的绑定接入。任何一种基于SLF4J的实现都要有一个这个类。如果有任意两个实现SLF4J的包同时出现，可能会出现问题。

Bridging，桥接是指将某个特定的日志库的日志请求重定向到SLF4J，使得所有的日志调用最终都通过SLF4J处理。这对于希望将整个应用程序统一到一个日志框架下非常有用。

SLF4J对比Commons Logging

Commons Logging通过动态查找的机制，在程序运行时自动找出真正使用的日志库。使用ClassLoader寻找和载入底层的日志库，导致像OSGI这样的框架无法正常工作，因为OSGI的不同的插件使用自己的ClassLoader。OSGI的这种机制保证插件互相独立。

SLF4J在编译时静态绑定真正的Log库，可以在OSGI中使用。SLF4J支持参数化的log字符串，避免之前为了减少字符串拼接的性能损耗而不得不写的if(logger.isDebugEnable())，现在你可以直接写：logger.debug("current user is: {}", user)。拼装消息被推迟到它能够确定是不是要显示这条消息的时候，但是获取参数的代价并没有幸免。

其他

MDC

Marker

Migrator：为了方便从别的日志框架迁移到SLF4J，提供Migrator工具。具体原理，可参考GitHub项目slf4j-migrator目录。

Log4j

Apache的一个开放源代码项目，通过使用Log4j，可以控制日志信息输送的目的地是控制台、文件、GUI组件，甚至是套接口服务器、NT的事件记录器、Unix Syslog守护进程等；也可以控制每一条日志的输出格式；通过定义每一条日志信息的级别，能够更加细致地控制日志的生成过程。这些可以通过一个配置文件来灵活地进行配置，而不需要修改应用的代码。

Log4j由三个重要的组成构成：

1. Loggers：日志记录器，控制要输出哪些日志记录语句，对日志信息进行级别限制
2. Appenders：输出端，指定日志将打印到控制台还是文件中
3. Layout：日志格式化器，控制日志信息的显示格式

常用的appender：

• ConsoleAppender：控制台
• FileAppender：文件
• DailyRollingFileAppender：每天产生一个日志文件
• RollingFileAppender：文件大小到达指定尺寸时产生新文件
• WriterAppender：将日志信息以流格式发送到任意指定的地方

常用的layout：

• HTMLLayout：以HTML表格形式布局
• PatternLayout：可以灵活地指定布局模式
• SimpleLayout：包含日志信息的级别和信息字符串
• TTCCLayout：包含日志产生的时间、线程、类别等信息

Log4j的早期GAV如下：

<dependency>
	<groupId>log4j</groupId>
	<artifactId>log4j</artifactId>
	<version>1.2.17</version>
</dependency>

这就是Log4j1，被废弃，不建议使用。新的GAV如下：

<dependency>
	<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
	<artifactId>log4j-core</artifactId>
</dependency>

值得一提的是，log4j-core的第一个正式版为2.0，这就是Log4j2。

spring-boot-starter-log4j的最后一个版本：

<dependency>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-log4j</artifactId>
	<version>1.3.8.RELEASE</version>
</dependency>

依赖于上面的log4j，此artifact已废弃：

使用如下GAV：

<dependency>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-log4j2</artifactId>
</dependency>

默认引入：

<dependency>
	<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
	<artifactId>log4j-slf4j2-impl</artifactId>
	<!-- Spring Boot 3.2.4 版本 -->
	<version>2.21.1</version>
	<!-- scope = compile，下文不再赘述 -->
	<scope>compile</scope>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
	<artifactId>log4j-core</artifactId>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
	<artifactId>log4j-jul</artifactId>
</dependency>

Logback

由Log4j创始人设计的又一个开源日记组件，作为Log4j的替代者，性能表现比Log4j优异。

<dependency>
	<groupId>ch.qos.logback</groupId>
	<artifactId>logback-core</artifactId>
</dependency>

对于Spring Boot应用，引入spring-boot-starter-logging依赖即可：

<dependency>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-logging</artifactId>
</dependency>

默认引入如下依赖：

<dependency>
	<groupId>ch.qos.logback</groupId>
	<artifactId>logback-classic</artifactId>
	<version>1.4.14</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
	<artifactId>log4j-to-slf4j</artifactId>
	<version>2.21.1</version>
</dependency>
<dependency>
	<groupId>org.slf4j</groupId>
	<artifactId>jul-to-slf4j</artifactId>
	<version>2.0.12</version>
</dependency>

Spring Boot将使用Logback作为日志框架，无需新增logback.xml，开箱即用，这也是Spring Boot的方便之处。当然为了方便收集日志和统一维护，一般都会定义logback.xml。

性能对比

Logback在设计上优于Log4j，但和下面将出场的Log4j2，孰优孰劣，请参考官网benchmark。

Log4j2

Logback在2017年3月31日发布1.2.3版本后，在很长一段时间内几乎处于停滞状态，这也使得在Maven上看到这个版本的Usages高达1w多。

4年多后，2021年7月19日终于发布1.2.4版本。

事实上，Logback自身也确实存在一些问题：

• 配置繁琐
• 功能简陋
• 异步性能不高

因此，有不少开发者将目光投向Log4j2。除内部设计的调整外，有以下几点大升级：

• 更简化的配置
• 更强大的参数格式化
• 夸张的异步性能

Log4j2中，分为API(log4j-api)和实现(log4j-core)两个模块，log4j-core包含log4j-api。API和SLF4J类似，属于日志抽象/门面；而实现才是Log4j2的核心：

• org.apache.logging.log4j >> log4j-api
• org.apache.logging.log4j >> log4j-core

从2016年5月25日发布的2.6版本开始，Log4j2默认就以零GC模式运行。即不会由于Log4j2而导致GC。Log4j2中各种Message对象，字符串数组，字节数组等全部复用，不重复创建，大大减少无用对象的创建，从而做到零GC。

Log4j2提供MemoryMappedFileAppender，使用MemoryMappedFile来实现，可以得到极高的I/O性能。

Log4j2支持XML/JSON/YML/Properties四种格式的配置文件，最主流的还是XML。

log4j-api和SLF4J相比，提供更丰富的参数格式化功能。Log4j2除了支持{}形式的参数占位符，还支持String.format形式：

private static final Logger logger1 = LogManager.getLogger(Test.class);
logger1.info("current time {}", new Date());
// getFormatterLogger方法才能使用String.format打印
private static final Logger logger = LogManager.getFormatterLogger(Test.class);
logger.info("current time %s", new Date());

惰性打印：Log4j2的Logger，提供一系列lambda支持，通过这些方法可实现惰性打日志。

与其他日志抽象/门面适配

Benchmark

参考Log4j2官网。

原理

classpath下新增配置文件如log4j2.xml，配置好Appenders和Loggers。

一个应用中可能存在多个有效的LoggerContext。每一个LoggerContext都有一个有效的Configuaration，它包含所有的Appenders、context-wide Filters、LoggerConfigs以及对StrSubstitutor的引用。在重新配置期间，两个Configuaration会同时存在；一旦日志器被重新赋予新的Configuaration，旧的Configuaration就会停止工作并丢弃。

LoggerConfig将会在Loggers在logging configuration中被声明时创建。在LoggerConfig拥有一列类的过滤器，这些过滤器将会过来所有的记录日志的事件，只有符合要求的日志才会被传递到Appenders。LoggerConfig需要将事件传递给Appenders，所以它拥有一系列Appenders的引用。

根据Logger请求选择去接受或者拒绝该只是他们的一个能力。Log4j2允许日志打印服务打印到多个目的地上，即Appdender。Appender可以是：Console、Async、File、JDBC、Cassandra、Failover、Flume、JMS、JPA、Http、Kafka、MemoryMappedFile、NoSQL、OutputStream、RandomAccessFile等。

体系

logback-classic依赖于logback-core

commons-logging.commons-logging-api已废弃，使用commons-logging.commons-logging

log4j-over-slf4j

log4j-core依赖于log4j-api

log4j-slf4j2-impl

其他可能在开发中看到的日志框架，如jboss-logging，类似于JCL：

<dependency>
	<groupId>org.jboss.logging</groupId>
	<artifactId>jboss-logging</artifactId>
	<version>3.6.0.Final</version>
</dependency>

TODO。

实战

Log4j

一般都是配合SLF4J使用：

1. 仅供参考的log4j.properties文件

log4j.rootCategory=INFO,stdout
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} %5p %X{RequestId} - %m%n
log4j.appender.RollingFile.File=logs/app.log
log4j.appender.RollingFile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.logger.org.springframework=warn # Spring日志记录到warn级别

2. Logger调用。在每一个要产生日志的类添加如下代码：

private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger(*.class);

Logback

另起一篇，参考Logback实战使用笔记。

Lombok

上面介绍过，在使用log4j时，每个类都需要定义一个Logger，还是挺麻烦的。借助于Lombok的注解@Slf4j，省去冗余定义。

问题

程序包org.slf4j不存在

使用Lombok的@Slf4j注解，报错如上。

排查思路：借助于Maven Helper或mvn dependency:tree命令分析是否添加slf4j-api这个JAR包。如果是多Maven module项目，则需要判断一下Maven dependencyManagement使用是否正确。

ClassNotFoundException: org.apache.logging.log4j.util.Lazy

报错如上。

排查：org.apache.logging.log4j.util.Lazy位于org.apache.logging.log4j:log4j-api这个JAR包里，而log4j-core而默认引入log4j-api。ClassNotFoundException这个异常一般都是类冲突，即多个JAR包引入相同的类。通过Maven Helper分析，发现当前Maven module项目里还引入一个org.apache.logging.log4j:log4j-slf4j2-impl。经过试错，排除掉后面这个依赖，即log4j-slf4j2-impl，可解决问题。

参考

• 深入理解Slf4j框架绑定原理