请问Spring Boot是如何快速过滤出一次请求所有日志的？

01、前言

在现网出现故障时，我们经常需要获取一次请求流程里的所有日志进行定位。如果请求只在一个线程里处理，则我们可以通过线程ID来过滤日志，但如果请求包含异步线程的处理，那么光靠线程ID就显得捉襟见肘了。

华为IoT平台，提供了接收设备上报数据的能力， 当数据到达平台后，平台会进行一些复杂的业务逻辑处理，如数据存储，规则引擎，数据推送，命令下发等等。由于这个逻辑之间没有强耦合的关系，所以通常是异步处理。如何将一次数据上报请求中包含的所有业务日志快速过滤出来，就是本文要介绍的。

02、正文

SLF4J日志框架提供了一个MDC(Mapped Diagnostic Contexts)工具类，谷歌翻译为映射的诊断上下文，从字面上很难理解，我们可以先实战一把。

publicclassMain{

privatestaticfinalStringKEY="requestId";
privatestaticfinalLoggerlogger=LoggerFactory.getLogger(Main.class);

publicstaticvoidmain(String[]args){

//入口传入请求ID
MDC.put(KEY,UUID.randomUUID().toString());

//打印日志
logger.debug("loginmainthread1");
logger.debug("loginmainthread2");
logger.debug("loginmainthread3");

//出口移除请求ID
MDC.remove(KEY);

}

}

我们在main函数的入口调用MDC.put()方法传入请求ID，在出口调用MDC.remove()方法移除请求ID。配置好log4j2.xml文件后，运行main函数，可以在控制台看到以下日志输出：

2018-02-1713:19:52.606{requestId=f97ea0fb-2a43-40f4-a3e8-711f776857d0}[main]DEBUGcn.wudashan.Main-loginmainthread1
2018-02-1713:19:52.609{requestId=f97ea0fb-2a43-40f4-a3e8-711f776857d0}[main]DEBUGcn.wudashan.Main-loginmainthread2
2018-02-1713:19:52.609{requestId=f97ea0fb-2a43-40f4-a3e8-711f776857d0}[main]DEBUGcn.wudashan.Main-loginmainthread3

从日志中可以明显地看到花括号中包含了（映射的）*请求ID(requestId)，这其实就是我们定位*（诊断）*问题的关键字*（上下文）。有了MDC工具，只要在接口或切面植入put()和remove()代码，在现网定位问题时，我们就可以通过grep requestId=xxx *.log快速的过滤出某次请求的所有日志。

03、进阶

然而，MDC工具真的有我们所想的这么方便吗？回到我们开头，一次请求可能涉及多线程异步处理，那么在多线程异步的场景下，它是否还能正常运作呢？Talk is cheap, show me the code。

publicclassMain{

privatestaticfinalStringKEY="requestId";
privatestaticfinalLoggerlogger=LoggerFactory.getLogger(Main.class);

publicstaticvoidmain(String[]args){

//入口传入请求ID
MDC.put(KEY,UUID.randomUUID().toString());

//主线程打印日志
logger.debug("loginmainthread");

//异步线程打印日志
newThread(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
logger.debug("loginotherthread");
}
}).start();

//出口移除请求ID
MDC.remove(KEY);

}

}

代码里我们新起了一个异步线程，并在匿名对象Runnable的run()方法打印日志。运行main函数，可以在控制台看到以下日志输出：

2018-02-1714:05:43.487{requestId=e6099c85-72be-4986-8a28-de6bb2e52b01}[main]DEBUGcn.wudashan.Main-loginmainthread
2018-02-1714:05:43.490{}[Thread-1]DEBUGcn.wudashan.Main-loginotherthread

不幸的是，请求ID在异步线程里不打印了。这是怎么回事呢？要解决这个问题，我们就得知道MDC的实现原理。由于篇幅有限，这里就暂不详细介绍，MDC之所以在异步线程中不生效是因为底层采用ThreadLocal作为数据结构，我们调用MDC.put()方法传入的请求ID只在当前线程有效。感兴趣的小伙伴可以自己深入一下代码细节。

知道了原理那么解决这个问题就轻而易举了，我们可以使用装饰器模式，新写一个MDCRunnable类对Runnable接口进行一层装饰。在创建MDCRunnable类时保存当前线程的MDC值，在执行run()方法时再将保存的MDC值拷贝到异步线程中去。代码实现如下：

publicclassMDCRunnableimplementsRunnable{

privatefinalRunnablerunnable;

privatefinalMapmap;

publicMDCRunnable(Runnablerunnable){
this.runnable=runnable;
//保存当前线程的MDC值
this.map=MDC.getCopyOfContextMap();
}

@Override
publicvoidrun(){
//传入已保存的MDC值
for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
MDC.put(entry.getKey(),entry.getValue());
}
//装饰器模式，执行run方法
runnable.run();
//移除已保存的MDC值
for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
MDC.remove(entry.getKey());
}
}

}

接着，我们需要对main函数里创建的Runnable实现类进行装饰：

publicclassMain{

privatestaticfinalStringKEY="requestId";
privatestaticfinalLoggerlogger=LoggerFactory.getLogger(Main.class);
privatestaticfinalExecutorServiceEXECUTOR=Executors.newSingleThreadExecutor();

publicstaticvoidmain(String[]args){

//入口传入请求ID
MDC.put(KEY,UUID.randomUUID().toString());

//主线程打印日志
logger.debug("loginmainthread");

//异步线程打印日志，用MDCRunnable装饰Runnable
newThread(newMDCRunnable(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
logger.debug("loginotherthread");
}
})).start();

//异步线程池打印日志，用MDCRunnable装饰Runnable
EXECUTOR.execute(newMDCRunnable(newRunnable(){
@Override
publicvoidrun(){
logger.debug("loginotherthreadpool");
}
}));
EXECUTOR.shutdown();

//出口移除请求ID
MDC.remove(KEY);

}

}

执行main函数，将会输出以下日志：

2018-03-042305.343{requestId=5ee2a117-e090-41d8-977b-cef5dea09d34}[main]DEBUGcn.wudashan.Main-loginmainthread
2018-03-042305.346{requestId=5ee2a117-e090-41d8-977b-cef5dea09d34}[Thread-1]DEBUGcn.wudashan.Main-loginotherthread
2018-03-042305.347{requestId=5ee2a117-e090-41d8-977b-cef5dea09d34}[pool-2-thread-1]DEBUGcn.wudashan.Main-loginotherthreadpool

Congratulations！经过我们的努力，最终在异步线程和线程池中都有requestId打印了！

04、总结

本文讲述了如何使用MDC工具来快速过滤一次请求的所有日志，并通过装饰器模式使得MDC工具在异步线程里也能生效。有了MDC，再通过AOP技术对所有的切面植入requestId，就可以将整个系统的任意流程的日志过滤出来。使用MDC工具，在开发自测阶段，可以极大地节省定位问题的时间，提升开发效率；在运维维护阶段，可以快速地收集相关日志信息，加快分析速度。

审核编辑：刘清