01 | Android 高级进阶(源码剖析篇) 小而美的日志框

2018-03-04 本文已影响942人 asce1885

作者简介：ASCE1885，《Android 高级进阶》作者。
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本文分析的源码版本已经 fork 到我的 Github。

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无论是前端开发还是后端开发，日志记录都是一个不可或缺的底层基础模块，本文剖析的 timber 是 JakeWharton 开源的一个小而美的日志框架，它是在 Android 系统 Log 类基础上封装的，对外提供可扩展的 API。开发者可以方便快捷的集成不同类型的日志记录方式，例如打印日志到 Logcat，打印日志到文件，打印日志到网络等等，timber 通过一行代码就可以同时调用这多种方式。

timber 源码工程有三个子模块：

timber：源码模块，timber 的核心代码都在这里，当然由于功能本身很简单，所以只有一个 .java 文件。
timber-lint：timber 提供的自定义 Lint 检查规则，timber 模块依赖于它。
timber-sample：timber 的示例模块。

下面我们会分两篇文章分别重点介绍 timber 的核心原理和自定义 Lint Check 的原理和实现。

森林和树

timber 的核心思想很简单，就是维护一个森林对象，它由不同类型的日志树组合而成，例如 Logcat 记录树，文件记录树，网络记录树等等，森林对象提供对外的接口进行日志的打印。每种类型的树都可以通过种植操作来把自己添加到森林对象中，或者通过移除操作从森林对象中删除，从而实现该类型日志记录的开启和关闭。

代码实现中，森林对象是以列表和数组两种形式展现的，代码如下所示。

private static final Tree[] TREE_ARRAY_EMPTY = new Tree[0];
private static final List<Tree> FOREST = new ArrayList<>();
static volatile Tree[] forestAsArray = TREE_ARRAY_EMPTY;

读者可能会有疑问，为什么既要维护一个树的列表，又要维护一个树的数组呢？这样不就存在数据冗余了吗？其实不然。timber 作为一个日志记录框架，开发者可能在主线程中使用它，也可能在子线程中使用它，这时就可能存在多线程同步问题。这个我们后面会进一步分析到。

森林是由一颗一颗的树组成，从上面森林对象的定义也可以看到树对象 Tree，现在我们先来看看树的种植和移除，可以一次种植一棵树，也可以一次种植多棵树，这分别对应到如下两个静态方法：

/** 一次种植一棵树. */
public static void plant(Tree tree) {
    ...
    
    synchronized (FOREST) {
      FOREST.add(tree);
      forestAsArray = FOREST.toArray(new Tree[FOREST.size()]);
    }
}

/** 一次种植多棵树. */
public static void plant(Tree... trees) {
    ...
    
    synchronized (FOREST) {
      Collections.addAll(FOREST, trees);
      forestAsArray = FOREST.toArray(new Tree[FOREST.size()]);
    }
}

可以看到，树的种植是在 synchronized 同步代码块中进行的，一棵树的种植是先将树对象添加到 FOREST 列表中，然后根据 FOREST 列表生成 forestAsArray 数组；多棵树的种植是以集合形式把多个树对象同时添加到 FOREST 列表中，然后根据 FOREST 列表生成 forestAsArray 数组。

同样的，树的移除也是对 FOREST 和 forestAsArray 的操作：

/** 移除森林中一棵树. */
public static void uproot(Tree tree) {
    synchronized (FOREST) {
      if (!FOREST.remove(tree)) {
        throw new IllegalArgumentException("Cannot uproot tree which is not planted: " + tree);
      }
      forestAsArray = FOREST.toArray(new Tree[FOREST.size()]);
    }
}

/** 移除森林中所有的树. */
public static void uprootAll() {
    synchronized (FOREST) {
      FOREST.clear();
      forestAsArray = TREE_ARRAY_EMPTY;
    }
}

跟人类社会一样，森林中的树也存在等级之分，其中有一个高等级的存在，名为灵魂之树 TREE_OF_SOULS，其他的都是普通的树对象，从树种植代码 plant 中也可以看出 TREE_OF_SOULS 的特殊之处，它天然就存在，不需要也不允许开发者手动种植。

/** 一次种植一棵树. */
public static void plant(Tree tree) {
    ...
    
    // 如果开发者手动种植灵魂之树，timber 将会抛出异常
    if (tree == TREE_OF_SOULS) {
      throw new IllegalArgumentException("Cannot plant Timber into itself.");
    }
    
    ...
}

代码实现中，在这里运用的是经典设计模式中的代理模式，TREE_OF_SOULS 本质上是一个代理对象，森林中所有其他普通的树对象都是被代理对象，代理对象通过 for 循环来依次调用被代理对象的同名方法，从而实现不同类型的日志记录，如下所示：

private static final Tree TREE_OF_SOULS = new Tree() {
    @Override public void v(String message, Object... args) {
      Tree[] forest = forestAsArray;
      //noinspection ForLoopReplaceableByForEach
      for (int i = 0, count = forest.length; i < count; i++) {
        forest[i].v(message, args);
      }
    }
    
    //...省略 Tree 中定义的其他日志记录方法（v,d,i,w,e,wtf,log）及其重载方法
}

到这里我们就把树的种类，树的种植和移除等讲清楚了，接下来就来解答下前面留下的疑问。我们知道，ArrayList 是非线程安全的，也就是在多线程环境中使用时可能会有问题，典型的是在遍历 ArrayList 的同时进行增删操作将会出现 ConcurrentModificationException 异常。而 timber 的使用场景中，可能存在一个线程在遍历森林中普通树对象进行日志记录的同时，另外一个线程调用 plant 或者 uproot 方法在种植树或者移除树。因此，为了解决这个问题，就出现了前面讲到的森林对象是以列表和数组两种形式展现。通过增加一个数组并在种植树和移除树时重新复制一遍数据来解决 ArrayList 的线程安全问题，具体实现我们可以看看 ArrayList.toArray() 方法，其中的 System.arraycopy 实现数组的复制：

@Override public <T> T[] toArray(T[] contents) {
    int s = size;
    if (contents.length < s) {
        @SuppressWarnings("unchecked") T[] newArray
        = (T[]) Array.newInstance(contents.getClass().getComponentType(), s);
            contents = newArray;
    }
    System.arraycopy(this.array, 0, contents, 0, s);
    if (contents.length > s) {
        contents[s] = null;
    }
    return contents;
}

当然列表 FOREST 和数组 forestAsArray 两者的协作也可以通过使用线程安全的 CopyOnWriteArrayList 来实现，这个数据结构的元素的添加和删除也都是通过复制数组的方法来，我们来看下添加操作的代码：

public synchronized boolean add(E e) {
    Object[] newElements = new Object[elements.length + 1];
    System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, elements.length);
    newElements[elements.length] = e;
    elements = newElements;
    return true;
}

可以看到，为了实现线程安全的操作，除了添加 synchronized 修饰符，本质上都是通过对底层数组进行一次新的复制来实现的，存在一定的性能损耗。

核心算法

timber 日志记录的核心算法在抽象基类 Tree 的 prepareLog 方法中，该方法接收四个参数：

参数	说明
int priority	日志记录优先级，取值同系统 Log，例如 Log.VERBOSE，Log.DEBUG 等
Throwable t	异常信息
String message	正常信息
Object... args	message 的可选格式化参数

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森林和树

核心算法

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