[C++]——同步异步日志系统（3）

日志系统：
作用：将一条消息，进行格式化为指定格式的字符串后，写入到指定位置

1. 日志要写入指定位置(标准输出，指定文件， 滚动文件等等是可扩展得）
   日志系统需要支持将日志消息落地到不同的位置—多落地方向
2. 日志写入指定位置，支持不同的写入方式(同步，异步)
   同步:业务线程自己负责日志的写入(流程简单，但是有可能会因为阻塞导致效率降低) 异步:业务线程将日志放入缓冲区内存，让其他异步线程负责将日志写入指定位置
3. 日志输出以日志器为单位，支持多日志器(不同的项目组有不同的输出策略)

一、日志系统框架设计

本项⽬实现的是⼀个多⽇志器⽇志系统，主要实现的功能是让程序员能够轻松的将程序运⾏⽇志信息落地到指定的位置，且⽀持同步与异步两种⽅式的⽇志落地⽅式。

1.1模块划分

1.1.1 日志等级模块

枚举出日志分为多少个等级—对不同的日志有不同等级标记–以便于控制输出

• OFF：关闭
• DEBUG：调试，调试时的关键信息输出。
• INFO：提示，普通的提⽰型⽇志信息。
• WARN：警告，不影响运⾏，但是需要注意⼀下的⽇志。
• ERROR：错误，程序运⾏出现错误的⽇志。
• FATAL：致命，⼀般是代码异常导致程序⽆法继续推进运⾏的⽇志。

1.1.2 日志消息模块

封装一条日志所需的各种要素(时间，线程ID，文件名，行号，日志等级，消息主体…)

• 时间：描述本条⽇志的输出时间。
• 线程ID：描述本条⽇志是哪个线程输出的。
• ⽇志等级：描述本条⽇志的等级。
• ⽇志数据：本条⽇志的有效载荷数据。
• ⽇志⽂件名：描述本条⽇志在哪个源码⽂件中输出的。
• ⽇志⾏号：描述本条⽇志在源码⽂件的哪⼀⾏输出的。

1.1.3 日志消息格式化模块

按照指定的格式，对于日志消息中关键要素进行组织，最终得到一个指定格式的字符串

系统默认的输出格式： [%d{%H:%M:%S}]%T[%t]%T[%p]%T[%c]%T%f:%l%T%m%n
[12:38:45] [12345678] [FATAL] [root] main.c:178 套接字创建失败…\n

• %d{%H:%M:%S}：表⽰⽇期时间，花括号中的内容表示日期时间的格式。
• %T：表⽰制表符缩进。
• %t：表⽰线程ID。%p：表⽰⽇志级别。
• %c：表⽰⽇志器名称，不同的开发组可以创建⾃⼰的⽇志器进⾏⽇志输出，⼩组之间互不影响。
• %f：表⽰⽇志输出时的源代码⽂件名。
• %l：表⽰⽇志输出时的源代码⾏号。
• %m：表⽰给与的⽇志有效载荷数据 。
• %n：表⽰换行。
• 设计思想：设计不同的⼦类，不同的⼦类从⽇志消息中取出不同的数据进⾏处理。

1.1.4 日志落地模块（日志落地的方向是工厂模式）

决定了⽇志的落地⽅向，以什么方式输出。

• 标准输出：表⽰将⽇志进⾏标准输出的打印。
• ⽇志⽂件输出：表⽰将⽇志写⼊指定的⽂件末尾。
• 滚动⽂件输出：当前以⽂件⼤⼩进⾏控制，当⼀个⽇志⽂件⼤⼩达到指定⼤⼩，则切换下⼀个⽂件进⾏输出 。
• 后期，也可以扩展远程⽇志输出，创建客⼾端，将⽇志消息发送给远程的⽇志分析服务器。
• 设计思想：设计不同的⼦类，不同的⼦类控制不同的⽇志落地⽅向。

1.1.5 日志器模块（日志器的生成是建造者模式）

对上边几个模块的整合，⽤⼾通过⽇志器进⾏⽇志的输出，有效降低⽤⼾的使⽤ 难度。
⽇志消息落地模块对象，⽇志消息格式化模块对象，⽇志输出等级

• 同步日志器模块—完成日志的同步输出功能。
• 异步日志器模块—完成日志的异步输出功能（将日志消息发送到日志缓冲器内存）

1.1.6 异步线程模块（日志的输出是用宏完成的代理模式）

负责异步日志的实际落地输出功能

• 实现对⽇志的异步输出功能，⽤⼾只需要将输出⽇志任务放⼊任务池，异步线程负责⽇志的落地输出功能，提供了更加⾼效的⾮阻塞的⽇志输出。

1.1.7 单例的日志器管理模块（单例模式实现对日志器的管理）

为了方便管理，可以在程序的任意位置使用日志器，我设置一个单例对象。对日志进行全局的管理，以便于能够在项目的任何位置获取指定的日志器进行日志输出。

• 为了降低项⽬开发的⽇志耦合，不同的项⽬组可以有⾃⼰的⽇志器来控制输出格式以及落地⽅向，因此本项⽬是⼀个多⽇志器的⽇志系统。
• 管理模块就是对创建的所有⽇志器进⾏统⼀管理。并提供⼀个默认⽇志器，提供标准输出的⽇志输出。

1.2 模块关系图

通过模块关系图，能够简单快速的了解模块之间的关系。

二、代码设计

2.1 实用类设计

提前完成一些功能和接口。

1. 首先需要把架子搭起来，功能先声明好。

//  通⽤功能类，与业务⽆关的功能实现
//  1. 获取系统时间
//  2. 判断文件是否存在
//  3. 获取⽂件所在⽬录的路径
//  4. 创建⽬录
//静态接口可以直接使用，不需要实例化对象
#include <iostream>
namespace logsLearn {
    namespace util{
        //日期类
        class Data{
            public:
            //获取系统时间
            static size_t now();
        };
        //文件类
        class File{
            public:
            //判断文件是否存在
            static bool exists(const std::string &pathname);
            //获取⽂件所在⽬录的路径
            static std::string path(const std::string &pathname);
            //创建⽬录
            static void createDirectory(const std::string &pathname);
        };
    } 
}

2. 其次在实现各个功能。

// 条件编译，防止头文件重复包含
#ifndef __M_UTIL_H__
#define __M_UTIL_H__
//  通⽤功能类，与业务⽆关的功能实现
//  1. 获取系统时间
//  2. 判断文件是否存在
//  3. 获取⽂件所在⽬录的路径
//  4. 创建⽬录
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
namespace logsLearn
{
    namespace util
    {
        // 日期类
        class Data
        {
        public:
            // 获取系统时间
            static size_t now()
            {
                // 返回当前系统时间
                return time(nullptr);
            }
        };
        // 文件类
        class File
        {
        public:
            // 判断文件是否存在
            static bool exists(const std::string &pathname)
            { // 定义了一个stat的结构体变量
                struct stat st;
                // 获取文件信息不成功，进入条件
                if (stat(pathname.c_str(), &st) < 0)
                {
                    return false;
                }
                return true;
            }
            // 获取⽂件所在⽬录的路径
            static std::string path(const std::string &pathname)
            { 
                if (pathname.empty()) return ".";
                // pos是当前查找的最后“/\\”的位置
                size_t pos = pathname.find_last_of("/\\");
                // 没有找到"/\\"
                if (pos == std::string::npos)
                    return ".";
                // 找到了,返回路径,左闭右开原则，要想包括pos位置，需要加1
                return pathname.substr(0, pos + 1);
            }
            // 创建⽬录
            static void createDirectory(const std::string &pathname)
            { // pos找到的位置，idx是存的位置

                size_t pos = 0, idx = 0;
                while (idx < pathname.size())
                {
                    // 遍历路径每找到最后一个"/\\"创建文件夹
                    size_t pos = pathname.find_first_of("/\\", idx);
                    if (pos == std::string::npos)
                    { // 创建文件夹,pathname.c_str()表示路径名,0777表示权限
                        mkdir(pathname.c_str(), 0777);
                    }
                    // 前面的路径
                    std::string parent_dir = pathname.substr(0, pos + 1);
                    // 文件是否存在
                    if (exists(parent_dir) == true)
                    {
                        idx = pos + 1;
                        continue;
                    }
                    // 文件不存在，创建文件
                    mkdir(parent_dir.c_str(), 0777);
                    idx = pos + 1;
                }
            }
        };
    }
}
#endif

3. 我们每次编写完一个模块后，要对其进行单元测试，确保程序的准确性。

//测试代码
#include "util.hpp"
int main()
{
    //工具类测试
    std::cout<<logsLearn::util::Data::now()<<std::endl;
    std::string pathname="./abc/bcd/a.txt";
    std::cout<<pathname;
    logsLearn::util::File::createDirectory(logsLearn::util::File::path(pathname));
    return 0;
}

4. 界面展示
   make运行之前
   
   make运行之后
   
   补充：
   1.stat函数
   stat函数是用于获取文件信息，比如文件权限，文件类型信息等等。
   函数的声明：
   int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
   参数说明：
   pathname：表示文件路径名
   buf：用于保存获取到的文件属性信息(这是一个传出参数)
   返回值说明：成功返回0，失败返回-1并设置errno
   2.mkdir函数
   mkdir函数用于创建一个新的目录。如果指定的目录已经存在，并且没有设置相应的标志来允许覆盖或忽略已存在的目录，则函数会失败；它允许用户为新创建的目录设置权限，这些权限决定了谁可以访问该目录。
   函数声明：
   int mkdir(const char * pathname , mode_t mode);
   参数说明：
   pathname（const char * ）：指向以null结尾的字符串的指针，该字符串指定了要创建的目录的路径。路径可以是相对路径或绝对路径。
   mode（mode_t）：指定新目录的权限。这些权限位使用八进制数表示（例如，0755），并且会受进程的文件模式创建掩码（umask）的影响。最终权限是请求权限与umask的补码的逻辑与结果。通常，mode参数包括文件所有者（user）、组（group）和其他人（other）的读（r）、写（w）和执行（x）权限的组合。
   返回值说明：成功时，返回0；失败时，返回-1，并设置全局变量errno以指示错误类型（如EACCES表示权限不足，EEXIST表示目录已存在等）。