【logging】Python多层级日志输出

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1. 简介

在应用的开发过程中，我们常常需要去记录应用的状态，事件，结果。而Python最基础的Print很难满足我们的需求，这种情况下我们就需要使用python的另一个标准库：logging。

这是一个专门用于记录日志的模块。相对于Print来说，logging提供了日志信息的分级，格式化，过滤等功能。如果在程序中定义了丰富而有条理的log信息，那么可以非常方便的去分析程序的运行状况，在有问题时也能够方便的去定位问题，分析问题。

以下是具体的一些应用场景。

执行的任务 这项任务的最佳工具
显示控制台输出 print()
报告在程序正常运行期间发生的事件 logging.info()或 logging.debug()
发出有关特定运行时事件的警告 logging.warning()
报告有关特定运行时事件的错误 抛出异常
报告错误但不抛出异常 logging.error()， logging.exception()或 logging.critical()

2. 基础用法

以下是一些logging最基础的使用方法，如果不需要深入的去定制log的话，那么只需要使用最基础的部分即可。

In [1]: import logging

In [2]: logging.info('hello world')

In [3]: logging.warning('good luck')
WARNING:root:good luck

可以看到，logging.info()的日志信息没有被输出，而logging.warning()的日志信息被输出了，这就是因为logging的日志信息分为几个不同的重要性级别，而默认输出的级别则是warning，也就是说，重要性大于等于warning的信息才会被输出。

以下是logging模块中信息的五个级别，重要性从上往下递增。

等级 什么时候使用
DEBUG 详细信息，通常仅在Debug时使用。
INFO 程序正常运行时输出的信息。
WARNING 表示有些预期之外的情况发生，或者在将来可能发生什么情况。程序依然能按照预期运行。
ERROR 因为一些严重的问题，程序的某些功能无法使用了。
CRITICAL 发生了严重的错误，程序已经无法运行。

我们也可以通过设置来设定输出日志的级别：

In [1]: import logging

In [2]: logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

In [3]: logging.info('hello world')
INFO:root:hello world

可以看到，在设定了level参数为logging.DEBUG后，logging.info()的日志信息就正常输出了。

2.1. basicConfig

logging.basicConfig(**kwargs)

通过basicConfig()方法可以为logging做一些简单的配置。此方法可以传递一些关键字参数。

  • filename

    文件名参数，如果指定了这个参数，那么logging会把日志信息输入到指定的文件之中。

    import logging
logging.basicConfig(filename='example.log')
logging.warning('Hello world')

  • filemode

    如果指定了filename来输出日志到文件，那么filemode就是打开文件的模式，默认为'a'，追加模式。当然也可以设置为'w'，则每一次输入都会丢弃掉之前日志文件中的内容。

  • format

    指定输出的log信息的格式。

    In [1]: import logging

In [2]: logging.basicConfig(format='%(asctime)s %(message)s')

In [3]: logging.warning('hello world')
2018-07-06 16:28:12,074 hello world

  • datefmt

    如果在format中使用了asctime输出时间，那么可以使用此参数控制输出日期的格式，使用方式与time.strftime()相同。

  • level

    设置输出的日志的级别，只有高出此级别的日志信息才会被输出。

    In [1]: import logging

In [2]: logging.basicConfig(level=logging.INFO)

In [3]: logging.info('hi')
INFO:root:hi

In [4]: logging.debug('byebye')

注：需要注意的是，basicConfig()方法是一个一次性的方法，只能用来做简单的配置，多次的调用basicConfig()是无效的。

3. 模块化定制logging

在深度使用logging来定制日志信息之前，我们需要先来了解一下logging的结构。logging的主要逻辑结构主要由以下几个组件构成：

  • Logger：提供应用程序直接使用的接口。

  • Handler：将log信息发送到目标位置。

  • Filter：提供更加细粒度的log信息过滤。

  • Formatter：格式化log信息。

这四个组件是logging模块的基础，在基础用法中的使用方式，其实也是这四大组件的封装结果。

这四个组件的关系如下所示：

image.png

logger主要为外部提供使用的api接口，而每个logger下可以设置多个Handler，来将log信息输出到多个位置，而每一个Handler下又可以设置一个Formatter和多个Filter来定制输出的信息。

3.1. Logger

Logger这个对象主要有三个任务要做：

  • 向外部提供使用接口。
  • 基于日志严重等级（默认的过滤组件）或filter对象来决定要对哪些日志进行后续处理。
  • 将日志消息传送给所有符合输出级别的Handlers。

logging.getLogger(name=None)

首先，我们需要通过getLogger()方法来生成一个Logger，这个方法中有一个参数name，则是生成的Logger的名称，如果不传或者传入一个空值的话，Logger的名称默认为root。

In [1]: import logging

In [2]: logger = logging.getLogger('nanbei')

需要注意的是，只要在同一个解释器的进程中，那么相同的Logger名称，使用getLogger()方法将会指向同一个Logger对象。

而使用logger的一个好习惯，是生成一个模块级别的Logger对象：

In [1]: logger = logging.getLogger(__name__)

通过这种方式，我们可以让logger清楚的记录下事件发生的模块位置。

除此之外，logger对象是有层级结构的：

  • Logger的名称可以是一个以.分割的层级结构，每个.后面的Logger都是.前面的logger的子辈。

    例如，有一个名称为nanbei的logger，其它名称分别为nanbei.a，nanbei.b和nanbei.a.c都是nanbei的后代。

  • 子Logger在完成对日志消息的处理后，默认会将log日志消息传递给它们的父辈Logger相关的Handler。

    因此，我们不不需要去配置每一个的Logger，只需要将程序中一个顶层的Logger配置好，然后按照需要创建子Logger就好了。也可以通过将一个logger的propagate属性设置为False来关闭这种传递机制。

例如：

In [1]: import logging
# 生成一个名称为nanbei的Logger
In [2]: logger = logging.getLogger('nanbei')
# 生成一个StreamHandler，这个Handler可以将日志输出到console中
In [3]: sh = logging.StreamHandler()
# 生成一个Formatter对象，使输出日志时只显示Logger名称和日志信息
In [4]: fmt = logging.Formatter(fmt='%(name)s - %(message)s')
# 设置Formatter到StreamHandler中
In [5]: sh.setFormatter(fmt)
# 将Handler添加到Logger中
In [6]: logger.addHandler(sh)
# 生成一个nanbei的子Logger：nanbei.child
In [7]: child_logger = logging.getLogger('nanbei.child')
# 可以看到两个Logger输出的日志信息都使用了相同的日志格式
In [8]: logger.warning('hello')
nanbei - hello

In [9]: child_logger.warning('hello')
nanbei.child - hello

在Logger对象中，主要提供了以下方法：

方法 描述
Logger.setLevel() 设置日志器将会处理的日志消息的最低输出级别
Logger.addHandler() 和 Logger.removeHandler() 为该logger对象添加、移除一个handler对象
Logger.addFilter() 和 Logger.removeFilter() 为该logger对象添加、移除一个filter对象
Logger.debug()，Logger.info()，Logger.warning()，Logger.error()，Logger.critical() 输出一条与方法名对应等级的日志
Logger.exception() 输出一条与Logger.error()类似的日志，包含异常信息
Logger.log() 可以传入一个明确的日志level参数来输出一条日志

3.2. Handler

Handler的作用主要是把log信息输出到我们希望的目标位置，其提供了如下的方法以供使用：

方法 描述
Handler.setLevel() 设置handler处理日志消息的最低级别
Handler.setFormatter() 为handler设置一个格式器对象
Handler.addFilter() 和 Handler.removeFilter() 为handler添加、删除一个过滤器对象

我们可以通过这几个方法，给每一个Handler设置一个Formatter和多个Filter，来定制不同的输出log信息的策略。

而Handler本身是一个基类，不应该直接实例化使用，我们应该使用的是其多种多样的子类，每一个不同的子类可以将日志信息输出到不同的目标位置，以下是一些常用的Handler。

Handler 描述
logging.StreamHandler 将日志消息发送到输出到Stream，如std.out, std.err或任何file-like对象。
logging.FileHandler 将日志消息发送到磁盘文件，默认情况下文件大小会无限增长
logging.handlers.RotatingFileHandler 将日志消息发送到磁盘文件，并支持日志文件按大小切割
logging.hanlders.TimedRotatingFileHandler 将日志消息发送到磁盘文件，并支持日志文件按时间切割
logging.handlers.HTTPHandler 将日志消息以GET或POST的方式发送给一个HTTP服务器
logging.handlers.SMTPHandler 将日志消息发送给一个指定的email地址
logging.NullHandler 该Handler实例会忽略error messages，通常被想使用logging的library开发者使用来避免'No handlers could be found for logger XXX'信息的出现。

3.3. Filter

Filter可以被Handler和Logger用来做比level分级更细粒度的、更复杂的过滤功能。

Filter是一个过滤器基类，它可以通过name参数，来使这个logger下的日志通过过滤。

class logging.Filter(name='')

比如，一个Filter实例化时传递的name参数值为A.B，那么该Filter实例将只允许名称为类似如下规则的Loggers产生的日志通过过滤：A.B，A.B.C，A.B.C.D，A.B.D。

而名称为A.BB，B.A.B的Loggers产生的日志则会被过滤掉。如果name的值为空字符串，则允许所有的日志事件通过过滤。

In [1]: import logging

In [2]: logger = logging.getLogger('nanbei')

In [3]: filt = logging.Filter(name='nanbei.a')

In [4]: sh = logging.StreamHandler()

In [5]: sh.setLevel(logging.DEBUG)

In [6]: sh.addFilter(filt)

In [7]: logger.addHandler(sh)

In [8]: logging.getLogger('nanbei.a.b').warning('i am nanbei.a.b')
i am nanbei.a.b

In [9]: logging.getLogger('nanbei.b.b').warning('i am nanbei.a.b')

可以看到，名称为nanbei.b.b的Logger的日志没有被输出。

3.4. Formatter

Formater对象用于配置日志信息的最终顺序、结构和内容。

Formatter类的构造方法定义如下：

logging.Formatter.__init__(fmt=None, datefmt=None, style='%')

  • fmt

    这个参数主要用于格式化log信息整体的输出。

    以下是可以用来格式化的字段：

    字段/属性名称 使用格式 描述
    asctime %(asctime)s 日志事件发生的时间--人类可读时间，如：2003-07-08 16:49:45,896
    created %(created)f 日志事件发生的时间--时间戳，就是当时调用time.time()函数返回的值
    relativeCreated %(relativeCreated)d 日志事件发生的时间相对于logging模块加载时间的相对毫秒数（目前还不知道干嘛用的）
    msecs %(msecs)d 日志事件发生事件的毫秒部分
    levelname %(levelname)s 该日志记录的文字形式的日志级别（'DEBUG', 'INFO', 'WARNING', 'ERROR', 'CRITICAL'）
    levelno %(levelno)s 该日志记录的数字形式的日志级别（10, 20, 30, 40, 50）
    name %(name)s 所使用的日志器名称，默认是'root'，因为默认使用的是 rootLogger
    message %(message)s 日志记录的文本内容，通过 msg % args计算得到的
    pathname %(pathname)s 调用日志记录函数的源码文件的全路径
    filename %(filename)s pathname的文件名部分，包含文件后缀
    module %(module)s filename的名称部分，不包含后缀
    lineno %(lineno)d 调用日志记录函数的源代码所在的行号
    funcName %(funcName)s 调用日志记录函数的函数名
    process %(process)d 进程ID
    processName %(processName)s 进程名称，Python 3.1新增
    thread %(thread)d 线程ID
    threadName %(thread)s 线程名称

  • datefmt

    如果在dmt中指定了asctime，那么这个参数可以用来格式化asctime的输出，使用方式与time.strftime()相同。

  • style

    Python 3.2新增的参数，可取值为 '%', '{'和 '$'，如果不指定该参数则默认使用'%'。

4. 使用字典配置Logger

可以看到使用logging内置的方法去配置Logger的话，会比较繁琐，特别是配置多个Logger的时候，写的代码会很多很杂乱。logging还提供了文件配置和字典配置两种方式，可以使代码更有条理，但由于文件配置的API比较老旧，有一些功能不能使用，所以这里我们只介绍字典配置方式。

从字典配置主要使用以下方法：

logging.config.dictConfig(config)

此方法通过传入一个字典来进行配置，字典中可包含的key如以下所示：

  • version - 必选项，其值是一个整数值，表示配置格式的版本，当前唯一可用的值是1。
  • disable_existing_loggers - 可选项，默认值为True。该选项用于指定是否禁用已存在的日志器loggers，如果incremental的值为True则该选项将会被忽略。
  • incremental - 可选项，默认值为False。该选项的意义在于，如果这里定义的对象已经存在，那么这里对这些对象的定义是否应用到已存在的对象上。值为False表示，已存在的对象将会被重新定义。
  • root - 可选项，这是root logger的配置信息，其值也是一个字典对象。除非在定义其它logger时明确指定propagate值为no，否则root logger定义的handlers都会被作用到其它logger上。
  • loggers - 可选项，其值是一个字典对象，该字典对象每个元素的key为要定义的日志器名称，value为日志器的配置信息组成的字典，其中包含的选项有：
    • level (optional). logger的level。
    • propagate (optional). 是否传播给父记录器。
    • filters (optional). 包含的filters列表。
    • handlers (optional). 包含的handlers列表。
  • handlers - 可选项，其值是一个字典对象，该字典对象每个元素的key为要定义的处理器名称，value为处理器的配置信息组成的字典，包含的选项有：
    • class (mandatory) - handler的类型。
    • level (optional) - handler的level。
    • formatter (optional) - handler使用的formatter。
    • filters (optional) - 包含的filters列表。
  • formatters - 可选项，其值是一个字典对象，该字典对象每个元素的key为要定义的格式器名称，value为格式器的配置信息组成的dict，如format和datefmt。
  • fittlers - 可选项，其值是一个字典对象，该字典对象每个元素的key为要定义的过滤器名称，value为过滤器的配置信息组成的dict，如name。

在这里并没有完全列出每一个对象所需的key，但熟悉模块化定制logger之后，其构造所需的参数与字典构造基本是一致的，以下有一个使用简单的例子：

import logging
import logging.config
import os

path = os.path.abspath(__file__)
BASE_DIR = os.path.dirname(os.path.dirname(path))

debug_flag = True

# 给过滤器使用的判断
class RequireDebugTrue(logging.Filter):
    # 实现filter方法
    def filter(self, record):
        return debug_flag

logging_config = {
    #必选项，其值是一个整数值，表示配置格式的版本，当前唯一可用的值就是1
    'version': 1,
    # 是否禁用现有的记录器
    'disable_existing_loggers': False,

    # 过滤器
    'filters': {
        'require_debug_true': {
            '()': RequireDebugTrue,   #在开发环境，我设置DEBUG为True；在客户端，我设置DEBUG为False。从而控制是否需要使用某些处理器。
        }
    },

    #日志格式集合
    'formatters': {
        'simple': {
            'format': '%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s',
        },
    },

    # 处理器集合
    'handlers': {
        # 输出到控制台
        'console': {
            'level': 'DEBUG',  # 输出信息的最低级别
            'class': 'logging.StreamHandler',
            'formatter': 'simple',  # 使用standard格式
            'filters': ['require_debug_true', ]
        },
        # 输出到文件
        'log': {
            'level': 'DEBUG',
            'class': 'logging.handlers.RotatingFileHandler',
            'formatter': 'simple',
            'filename': os.path.join(BASE_DIR, 'debug.log'),  # 输出位置
            'maxBytes': 1024 * 1024 * 5,  # 文件大小 5M
            'backupCount': 5,  # 备份份数
            'encoding': 'utf8',  # 文件编码
        },
    },

    # 日志管理器集合
    'loggers':{
        'root': {
            'handlers': ['console','log'],
            'level': 'DEBUG',
            'propagate': True,  # 是否传递给父记录器
        },
        'simple': {
            'handlers': ['console','log'],
            'level': 'WARN',
            'propagate': True,  # 是否传递给父记录器,
        }
    }
}

logging.config.dictConfig(logging_config)
logger = logging.getLogger('root')

# 尝试写入不同消息级别的日志信息
logger.debug("debug message")
logger.info("info message")
logger.warn("warn message")
logger.error("error message")
logger.critical("critical message")
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