spdlog日志库源码：全局管理类registry

2024-06-01 20:52
文章标签 源码 日志 全局 管理 registry spdlog

本文主要是介绍spdlog日志库源码：全局管理类registry，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

概述

已经有了用于接收前端用户log消息的类logger，代表log消息的类是log_msg，后端写log消息到目标文件的类sink，格式化log消息为最终字符串的类formatter，解析pattern flag的类pattern_formatter等等。

每次使用时，可能需要先创建logger对象，然后通过logger对象来接收用户log消息。在用户具体使用时，通常通过一个注册中心（registry）类来实现。这个类不仅可以维护全局的默认 logger，还可以管理用户自定义的 logger 对象，并提供异步日志记录功能。

registry类数据成员

registry是一个综合性的类，包含多种功能。其核心功能是提供全局logger对象注册表，主要数据成员，分为这几部分：

  • logger对象注册表loggers_，map存放；
  • 缺省的logger对象default_logger_，便捷接口；
  • 缺省的formatter格式器formatter_，通常为pattern_formatter，方便编译pattern字符串；
  • 一个线程池tp_，用于异步写log；
  • 线程安全，3个不同的锁用于保护数据；
  • 异常处理，缺省的全局配置，以及错误回调；
class SPDLOG_API registry
{
private:// logger_map_mutex_是loggers_的互斥锁, flusher_mutex_是periodic_flusher_的互斥锁std::mutex logger_map_mutex_, flusher_mutex_; std::recursive_mutex tp_mutex_;              // 线程池tp_的递归锁std::unordered_map<std::string, std::shared_ptr<logger>> loggers_; // logger对象注册表, 存放(logger name, logger对象共享指针)log_levels log_levels_;                      // 用户事先指定的log等级, map存放(logger name, log level)std::unique_ptr<formatter> formatter_;       // pattern 格式器, 默认为pattern_formatter实例spdlog::level::level_enum global_log_level_ = level::info; // 全局log等级值, 新logger对象缺省log等级level::level_enum flush_level_ = level::off; // flush等级值, 新logger对象缺省flush等级err_handler err_handler_;                    // 错误处理, 发生错误时回调std::shared_ptr<thread_pool> tp_;            // 线程池, 用于异步写log, 但registry并不是线程池创建者std::unique_ptr<periodic_worker> periodic_flusher_;        // 定时flushstd::shared_ptr<logger> default_logger_;     // 默认的logger对象bool automatic_registration_ = true;         // 自动注册logger对象选项size_t backtrace_n_messages_ = 0;            // 回溯消息个数, 每个logger对象都可以设置一个环形缓冲区
};

registry类函数成员

构造与析构

构造函数创建一个默认的logger对象，将stdout作为输出目标。formatter_也是用默认的pattern_formatter类构造，用于所有注册的logger对象作为编译pattern字符串的对象。

// 构造函数
SPDLOG_INLINE registry::registry(): formatter_(new pattern_formatter())
{
#ifndef SPDLOG_DISABLE_DEFAULT_LOGGER // 控制是否关闭default logger对象// 针对不同的平台, 创建不同的sink, 作为logger输出目标
#ifdef _WIN32 // Windows平台auto color_sink = std::make_shared<sinks::wincolor_stdout_sink_mt>();
#else         // non-Windows平台auto color_sink = std::make_shared<sinks::ansicolor_stdout_sink_mt>();
#endifconst char *default_logger_name = ""; // default logger名称default_logger_ = std::make_shared<spdlog::logger>(default_logger_name,  std::move(color_sink));loggers_[default_logger_name] = default_logger_; // 加入注册表
#endif // SPDLOG_DISABLE_DEFAULT_LOGGER
}
// 默认合成的析构函数
SPDLOG_INLINE registry::~registry() = default;

单例模式

registry提供全局唯一的注册表、默认的logger对象、缺省全局配置、后端线程池等唯一性资源，需要确保registry对象的唯一性。其是是采用典型的惯用实现方法，并不是线程安全的。

// 单例模式惯用法实现registry
class SPDLOG_API registry
{
public:registry(const registry &) = delete;registry &operator=(const registry &) = delete;...static registry &instance();
private:registry();~registry();
...SPDLOG_INLINE registry &registry::instance(){static registry s_instance;return s_instance;}
}

全局注册表

registry通过维护一个map结构的注册表loggers_，存放logger对象，索引key是logger name。当用户新建了一个logger对象，想要在注册表中搜到，先要通过register_logger将其加入注册表；如果后面想要获取，可以通过get接口得到。

public:// 注册一个logger对象到注册表void register_logger(std::shared_ptr<logger> new_logger);std::shared_ptr<logger> get(const std::string &logger_name);
private:std::unordered_map<std::string, std::shared_ptr<logger>> loggers_; // logger对象注册表, 存放(logger name, logger对象)

注册logger对象的实现register_logger很简单，就是先检测注册表中是否存在对应名称的logger对象，如果存在，就抛出异常；如果不存在，就加入。因此，需要十分注意：不能重复注册同一个logger名称的logger对象。

// 注册logger对象
SPDLOG_INLINE void registry::register_logger(std::shared_ptr<logger> new_logger)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_); // 由于是public接口，先获得锁，再对loggers_进行操作register_logger_(std::move(new_logger));
}
// private实现
SPDLOG_INLINE void registry::register_logger_(std::shared_ptr<logger> new_logger)
{auto logger_name = new_logger->name();throw_if_exists_(logger_name); // 确保logger name唯一loggers_[logger_name] = std::move(new_logger);
}
// 如果logger_name对应项存在, 就抛出异常
SPDLOG_INLINE void registry::throw_if_exists_(const std::string &logger_name)
{if (loggers_.find(logger_name) != loggers_.end()){throw_spdlog_ex("logger with name '" + logger_name + "' already exists");}
}

初始化logger对象

registry通过initialize_logger接口，为其提供默认初始化方式，无需为每个属性再单独设置。使用initialize_logger初始化的logger对象，会自动添加进全局注册表；如果是手动初始化的logger对象，则需要手动添加进全局注册表。

// 初始化一个logger对象new_logger
SPDLOG_INLINE void registry::initialize_logger(std::shared_ptr<logger> new_logger)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);new_logger->set_formatter(formatter_->clone());if (err_handler_) // 注意：err_handler_受互斥锁logger_map_mutex_保护{new_logger->set_error_handler(err_handler_);}// 判断用户是否有事先指定new_logger的log level, 如果有就按事先指定的设置; 如果没有, 就用默认的auto it = log_levels_.find(new_logger->name());auto new_level = it != log_levels_.end() ? it->second : global_log_level_;new_logger->set_level(new_level);// 设置flush levelnew_logger->flush_on(flush_level_);// 设置环形缓冲区, 用于回溯最近的log消息if (backtrace_n_messages_ > 0){new_logger->enable_backtrace(backtrace_n_messages_);}// 自动注册进全局注册表if (automatic_registration_){register_logger_(std::move(new_logger));}
}

全局格式器

每个logger对象都拥有自己的格式器（formatter）成员，也就是说，能指定各自的pattern，从而决定输出的log消息格式。但如果想通过一个接口，为所有logger设置格式器，该怎么办？

此时，可以用到registry的全局格式器，接口set_formatter能为所有已注册的logger对象更新格式器。

// 为所有已注册的logger对象设置格式器
SPDLOG_INLINE void registry::set_formatter(std::unique_ptr<formatter> formatter)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);formatter_ = std::move(formatter);// 为所有注册表loggers_中的logger对象更新formatterfor (auto &l : loggers_){l.second->set_formatter(formatter_->clone()); // 注意这类调用了formatter::clone深度克隆对象}
}

预置日志等级

spdlog支持事先为logger对象预置日志等级，待到新建的logger对象用initialize_logger()初始化时，为其指定log level。也就是说，此时尚未创建logger对象。

预置的日志等级log_levels_是log_levels类型，本质上一个unordered_map，key是logger name， value是log level枚举值。也就是说，spdlog只支持内置的日志等级。

using log_levels = std::unordered_map<std::string, level::level_enum>;

预置日志等级工作原理：通过环境变量或main启动参数，为logger对象指定log level，通过registry::set_level将其存放进map log_levels_中。当调用initialize_logger对logger对象进行初始化时，会从log_levels_中查找是否已经预置log level，如果已经预置，就直接用预置的日志等级初始化当前新建的logger对象；如果没有预置，就用缺省的global_log_level_来设置。

SPDLOG_INLINE void registry::initialize_logger(std::shared_ptr<logger> new_logger)
{...// 根据预置的log level或缺省的level, 来设置新logger对象的levelauto it = log_levels_.find(new_logger->name());auto new_level = it != log_levels_.end() ? it->second : global_log_level_;new_logger->set_level(new_level);...
}

在更新日志时，registry::set_levels为所有已注册logger对象更新预置日志等级。initialize_logger中设置预置日志等级，只会更新单个logger对象的日志等级，而set_levels中设置，则会更新所有已注册logger对象的日志等级。

// 更新日志等级
// 当想为已注册logger对象更新时，指定levels即可；当想更新全局日志等级时，需要指定global_level
SPDLOG_INLINE void registry::set_levels(log_levels levels, level::level_enum  *global_level)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);log_levels_ = std::move(levels);auto global_level_requested = global_level != nullptr;global_log_level_ = global_level_requested ? *global_level :  global_log_level_;// 为所有已注册logger对象更新日志等级, 优先用预置的, 没有找到预置时, 再用全局的for (auto &logger : loggers_){auto logger_entry = log_levels_.find(logger.first);if (logger_entry != log_levels_.end()){logger.second->set_level(logger_entry->second);}else if (global_level_requested){logger.second->set_level(*global_level);}}
}

## 定时工作类periodic_worker

在下文中的flush操作中，创建了一个定时工作类periodic_worker对象。该类构造时，会启动一个线程，在其中利用锁+条件变量定时执行用户回调，从而实现用户自定义任务的定时执行。

// 定时工作者类periodic_worker, 为用户自定义任务fun提供定时回调功能
class SPDLOG_API periodic_worker
{
public:// 构造函数template<typename Rep, typename Period>periodic_worker(const std::function<void()> &callback_fun,  std::chrono::duration<Rep, Period> interval);// 禁用copy操作periodic_worker(const periodic_worker &) = delete;periodic_worker &operator=(const periodic_worker &) = delete;~periodic_worker();private:bool active_;std::thread worker_thread_;std::mutex mutex_;std::condition_variable cv_;
};

用户传入的时间间隔参数（interval）的类型并不确定，可能是秒（chrono::seconds），也可能是毫秒（chrono::milliseconds），或者分钟（chrono::minutes）等等，为了兼容这些类型，因而使用模板来支持。

template<typename Rep, typename Period>
periodic_worker(const std::function<void()> &callback_fun,  std::chrono::duration<Rep, Period> interval) 
{active_ = (interval > std::chrono::duration<Rep, Period>::zero());if (!active_){return;}// for循环+互斥锁+条件变量 实现子线程主循环, 以定时执行callback_funworker_thread_ = std::thread([this, callback_fun, interval]() {for (;;){std::unique_lock<std::mutex> lock(this->mutex_);// wait_for等到超时, 返回cv_status::timeout(true)// 如果wait_for第三个参数如果返回true, 则不再等待; 如果返回false, 则继续等待// active_ 控制线程(循环)是否退出if (this->cv_.wait_for(lock, interval, [this] { return !this->active_; })){return;}callback_fun();}});
}

析构函数负责停止子线程的循环，并连接子线程以回收资源。

SPDLOG_INLINE periodic_worker::~periodic_worker()
{if (worker_thread_.joinable()) // 只有线程可连接情况下，连接线程才有意义{{std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);active_ = false;}cv_.notify_one();worker_thread_.join();}
}

flush日志等级

spdlog支持单独flush（冲刷）指定level的日志消息（与记录日志的level分开）到目标文件，registry提供flush_on接口，设置（注册的）logger对象全局的flush_level_。

// 当各个logger对象调用自身flush函数时, 会根据该flush等级与log消息的等级判断是否应该将文件立即冲刷到目标文件
SPDLOG_INLINE void registry::flush_on(level::level_enum log_level)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);for (auto &l : loggers_){l.second->flush_on(log_level);}flush_level_ = log_level;
}

搭配定时器periodic_flusher_，定时调用flush_every，设置一个周期性工作的线程，每隔指定的时间间隔 interval 就调用一次 flush_all 方法，刷新所有注册的 logger 对象。

// 指定一个周期性工作的线程, 定时flush所有loggertemplate<typename Rep, typename Period>void flush_every(std::chrono::duration<Rep, Period> interval){std::lock_guard<std::mutex> lock(flusher_mutex_);auto clbk = [this]() { this->flush_all(); };periodic_flusher_ = details::make_unique<periodic_worker>(clbk, interval);}// flush所有已注册logger对象的log消息到目标文件
// 要求logger对象必须是线程安全的
SPDLOG_INLINE void registry::flush_all()
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);for (auto &l : loggers_){l.second->flush();}
}

默认logger

为了方便用户spdlog，registry提供了默认logger对象default_logger_，无需用户再手动创建、设置。default_logger_的默认目标（sink）是控制台（stdout），可以很方便用户调试。

获取默认的logger对象，有两种方式：

  • default_logger()获取共享指针管理的logger对象，线程安全；
  • 通过shared_ptr<>::get()获取raw pointer，速度default_logger()比更快，但无法与set_default_logger()并发调用。
// 获取shared_ptr管理的默认logger, 线程安全
SPDLOG_INLINE std::shared_ptr<logger> registry::default_logger()
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);return default_logger_;
}
// 获取指向默认logger的raw pointer, 非线程安全, 但速度更快
SPDLOG_INLINE logger *registry::get_default_raw()
{return default_logger_.get();
}

set_default_logger 方法用于设置和更新默认的 logger 对象。用户可以通过这个方法将默认的 logger 替换成自定义的 logger 对象。

// set default logger.
SPDLOG_INLINE void registry::set_default_logger(std::shared_ptr<logger> new_default_logger)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);// 先从注册表删除// remove previous default logger from the mapif (default_logger_ != nullptr){loggers_.erase(default_logger_->name());}// 再将新的new_default_logger加入注册表if (new_default_logger != nullptr){loggers_[new_default_logger->name()] = new_default_logger;}// 更新默认的loggerdefault_logger_ = std::move(new_default_logger);
}

在已注册logger上应用函数

将自定义函数作为函数参数，传入apply_all，对每个已注册的logger对象都调用fun()。

// 将已注册logger作为参数, 应用到函数fun
SPDLOG_INLINE void registry::apply_all(const std::function<void(const  std::shared_ptr<logger>)> &fun)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);for (auto &l : loggers_){fun(l.second);}
}

回溯最近的log消息

logger对象包含backtracer（环形队列）成员用于回溯最近的log消息，registry提供enable_backtrace接口，方便用户设置、开启该功能。

// 开启回溯功能
// 指定logger对象的环形缓冲区大小，设置了大小才能回溯最近的log消息
SPDLOG_INLINE void registry::enable_backtrace(size_t n_messages)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_); // 加锁确保线程安全backtrace_n_messages_ = n_messages;for (auto &l : loggers_){l.second->enable_backtrace(n_messages);}
}

线程安全

registry用了2把互斥锁（std::mutex） + 1把递归锁（std::recursive_mutex）。总原则: logger_map_mutex_保护几乎所有数据成员，flusher_mutex_和tp_mutex_分别只保护periodic_flusher_、tp_。

为什么 tp_mutex_ 使用递归锁？

递归锁允许同一线程多次获取锁，而不会引发死锁。如果使用普通的 std::mutex，在同一线程内第二次尝试获取锁时会导致死锁。因此使用 std::recursive_mutex 允许同一线程多次获取锁，从而避免这种问题。

线程池的并发访问：由于线程池对象 tp_ 在创建后通常不会被修改（除了在释放时），并且并发访问通常是安全的，因此使用递归锁不会引发性能问题或数据一致性问题。

错误处理

logger对象本身包含错误回调err_handler_，registry的err_handler_存在意义就是为logger的错误回调提供缓存及用户接口。可通过registry的set_error_handler接口，为每个logger对象更新错误回调。

SPDLOG_INLINE void registry::set_error_handler(err_handler handler)
{std::lock_guard<std::mutex> lock(logger_map_mutex_);for (auto &l : loggers_){l.second->set_error_handler(handler);}err_handler_ = std::move(handler);
}

错误回调主要在宏 SPDLOG_LOGGER_CATCH 中被调用。当捕获到异常时，会根据是否提供了自定义错误处理函数来决定调用哪一个回调。

#ifndef SPDLOG_NO_EXCEPTIONS
#    define SPDLOG_LOGGER_CATCH(location)                                                                                        \catch (const std::exception &ex)                                                                                         \{                                                                                                                        \if (location.filename)                                                                                               \{                                                                                                                    \err_handler_(fmt_lib::format(SPDLOG_FMT_STRING("{} [{}({})]"),  ex.what(), location.filename, location.line));   \}                                                                                                                    \else                                                                                                                 \{                                                                                                                    \err_handler_(ex.what());                                                                                         \}                                                                                                                    \}                                                                                                                        \catch (...)                                                                                                              \{                                                                                                                        \err_handler_("Rethrowing unknown exception in logger");                                                              \throw;                                                                                                               \}
#else
#    define SPDLOG_LOGGER_CATCH(location)
#endif

在 logger 将日志消息写入到 sink 时，可能会发生写入失败的错误，此时会抛出异常。示例代码：

SPDLOG_INLINE void registry::throw_if_exists_(const std::string &logger_name)
{if (loggers_.find(logger_name) != loggers_.end()){ // 如果 logger 已经存在，则抛出异常throw_spdlog_ex("logger with name '" + logger_name + "' already exists");}
}

common 模块提供了方便的异常抛出接口，有两个重载版本，分别针对系统调用错误和非系统调用错误。

[[noreturn]] SPDLOG_API void throw_spdlog_ex(const std::string &msg, int  last_errno);
[[noreturn]] SPDLOG_API void throw_spdlog_ex(std::string msg);// 系统调用错误抛出异常
SPDLOG_INLINE void throw_spdlog_ex(const std::string &msg, int last_errno)
{SPDLOG_THROW(spdlog_ex(msg, last_errno));
}// 非系统调用错误抛出异常
SPDLOG_INLINE void throw_spdlog_ex(std::string msg)
{SPDLOG_THROW(spdlog_ex(std::move(msg)));
}

这篇关于spdlog日志库源码：全局管理类registry的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1022090。

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