python学习：日志记录

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在现实生活中，记录日志非常重要。银行转账时会有转账记录；飞机飞行过程中，会有黑盒子（飞行数据记录器）记录飞行过程中的一切。
如果有出现什么问题，人们可以通过日志数据来搞清楚到底发生了什么。
对于系统开发、调试以及运行，记录日志都是同样的重要。如果没有日志记录，程序崩溃时你几乎就没办法弄明白到底发生了什么事情。

打印输出不是个好办法
尽管记录日志非常重要，但是并不是所有的开发者都能正确地使用它。我曾看到一些开发者是这样记录日志的，在开发的过程中插入 print 
语句，开发结束后再将这些语句移除。就像这样:
print 'Start reading database'
records = model.read_recrods()
print '# records', records
print 'Updating record ...'
model.update_records(records)
print 'done'

这种方式对于简单脚本型程序有用，但是如果是复杂的系统，你最好不要使用这样的方式。首先，你没办法做到在日志文件中只留下极其重
要的消息。你会看到大量的消息日志。但是你却找不到任何有用的信息。你除了移除这输出语句这外，没别的办法控制代码，但是极有可能
的是你忘记了移出那些没用的输出。再者，print 输出的所有信息都到了标准输出中，这将严重影响到你从标准输出中查看其它输出数据。
当然，你也可以把消息输出到 stderr ，但是用 print 做日志记录的方式还是不好。


使用 python 的标准日志模块
那么，怎么样记录日志才是正确的呢？其实非常简单，使用 python 的标准日志模块。多亏 python 社区将日志做成了一个标准模块。它非
常简单易用且十分灵活。你可以像这样使用日志系统：
import logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)
logger = logging.getLogger(__name__)

logger.info('Start reading database')
# read database here

records = {'john': 55, 'tom': 66}
logger.debug('Records: %s', records)
logger.info('Updating records ...')
# update records here

logger.info('Finish updating records')


运行的时候就可看到：
INFO:__main__:Start reading database
INFO:__main__:Updating records ...
INFO:__main__:Finish updating records


你可能会问这与使用 print 有什么不同呢。它有以下的优势：
你可以控制消息的级别，过滤掉那些并不重要的消息。
你可决定输出到什么地方，以及怎么输出。
有许多的重要性别级可供选择，debug、info、warning、error 以及 critical。通过赋予 logger 或者 handler 不同的级别，你就可以
只输出错误消息到特定的记录文件中，或者在调试时只记录调试信息。让我们把 logger 的级别改成 DEBUG 再看一下输出结果：
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

输出变成了：
INFO:__main__:Start reading database
DEBUG:__main__:Records: {'john': 55, 'tom': 66}
INFO:__main__:Updating records ...
INFO:__main__:Finish updating records


正如看到的那样，我们把 logger 的等级改为 DEBUG 后，调试记录就出现在了输出当中。你也可以选择怎么处理这些消息。例如，你可
以使用 FileHandler 把记录写进文件中：
import logging

logger = logging.getLogger(__name__)
logger.setLevel(logging.INFO)

# create a file handler
handler = logging.FileHandler('hello.log')
handler.setLevel(logging.INFO)

# create a logging format
formatter = logging.Formatter('%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s')
handler.setFormatter(formatter)

# add the handlers to the logger
logger.addHandler(handler)

logger.info('Hello baby')


标准库模块中提供了许多的 handler ，你可以将记录发送到邮箱甚至发送到一个远程的服务器。你也可以实现自己的记录 handler 。
这里将不具体讲述实现的细节，你可以参考官方文档：
https://docs.python.org/3/howto/logging.html#logging-basic-tutorial
https://docs.python.org/3/howto/logging.html#logging-advanced-tutorial
https://docs.python.org/3/howto/logging-cookbook.html#logging-cookbook


以合适的等级输出日志记录
有了灵活的日志记录模块后，你可以按适当的等级将日志记录输出到任何地方然后配置它们。那么你可能会问，什么是合适的等级呢？在
这儿我将分享一些我的经验。
大多数的情况下，你都不想阅读日志中的太多细节。因此，只有你在调试过程中才会使用 DEBUG 等级。我只使用 DEBUG 获取详细的调试
信息，特别是当数据量很大或者频率很高的时候，比如算法内部每个循环的中间状态。
def complex_algorithm(items):
    for i, item in enumerate(items):
        # do some complex algorithm computation

        logger.debug('%s iteration, item=%s', i, item)


在处理请求或者服务器状态变化等日常事务中，我会使用 INFO 等级。
def handle_request(request):
    logger.info('Handling request %s', request)
    # handle request here

    result = 'result'
    logger.info('Return result: %s', result)

def start_service():
    logger.info('Starting service at port %s ...', port)
    service.start()
    logger.info('Service is started')


当发生很重要的事件，但是并不是错误时，我会使用 WARNING 。比如，当用户登录密码错误时，或者连接变慢时。
def authenticate(user_name, password, ip_address):
    if user_name != USER_NAME and password != PASSWORD:
        logger.warn('Login attempt to %s from IP %s', user_name, ip_address)
        return False
    # do authentication here

    
有错误发生时肯定会使用 ERROR 等级了。比如抛出异常，IO 操作失败或者连接问题等。
def get_user_by_id(user_id):
    user = db.read_user(user_id)
    if user is None:
        logger.error('Cannot find user with user_id=%s', user_id)
        return user
    return user

    
我很少使用 CRITICAL 。当一些特别糟糕的事情发生时，你可以使用这个级别来记录。比方说，内存耗尽，磁盘满了。


使用 __name__ 作为 logger 的名称
虽然不是非得将 logger 的名称设置为 __name__ ，但是这样做会给我们带来诸多益处。在 python 中，变量 __name__ 的名称就是当
前模块的名称。比如，在模块 “foo.bar.my_module” 中调用 logger.getLogger(__name__) 等价于调用logger.getLogger(“foo.bar.my_module”) 。
当你需要配置 logger 时，你可以配置到 “foo” 中，这样包 foo 中的所有模块都会使用相同的配置。当你在读日志文件的时候，你就
能够明白消息到底来自于哪一个模块。

捕捉异常并使用 traceback 记录它
出问题的时候记录下来是个好习惯，但是如果没有 traceback ，那么它一点儿用也没有。你应该捕获异常并用 traceback 把它们记录下来。比如下面这个例子：
try:
    open('/path/to/does/not/exist', 'rb')
except (SystemExit, KeyboardInterrupt):
    raise
except Exception, e:
    logger.error('Failed to open file', exc_info=True)

    
使用参数 exc_info=true 调用 logger 方法, traceback 会输出到 logger 中。你可以看到下面的结果：
ERROR:__main__:Failed to open file
Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 6, in <module>
    open('/path/to/does/not/exist', 'rb')
IOError: [Errno 2] No such file or directory: '/path/to/does/not/exist'


你也可以调用 logger.exception(msg, _args)，它等价于 logger.error(msg, exc_info=True, _args)。
千万不要在模块层次获取 Logger，除非 disable_existing_loggers 被设置为 False
你可以看到很多在模块层次获取 logger 的例子（在这篇文章我也使用了很多，但这仅仅为了让示例更短一些）。它们看上去没什么坏处，
但事实上，这儿是有陷阱的 – 如果你像这样在模块中使用 Logger，Python 会保留从文件中读入配置前所有创建的所有 logger。
my_module.py

import logging

logger = logging.getLogger(__name__)

def foo():
    logger.info('Hi, foo')

class Bar(object):
    def bar(self):
        logger.info('Hi, bar')

        
main.py

import logging

logger = logging.getLogger(__name__)

def foo():
    logger.info('Hi, foo')

class Bar(object):
    def bar(self):
        logger.info('Hi, bar')

        
logging.ini

[loggers]
keys=root

[handlers]
keys=consoleHandler

[formatters]
keys=simpleFormatter

[logger_root]
level=DEBUG
handlers=consoleHandler

[handler_consoleHandler]
class=StreamHandler
level=DEBUG
formatter=simpleFormatter
args=(sys.stdout,)

[formatter_simpleFormatter]
format=%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s
datefmt=


本应该在日志中看到记录，但是你却什么也没有看到。为什么呢？这就是因为你在模块层次创建了 logger，然后你又在加载日志配置文件之
前就导入了模块。logging.fileConfig 与 logging.dictConfig 默认情况下会使得已经存在的 logger 失效。所以，这些配置信息不会应用
到你的 Logger 上。你最好只在你需要 logger 的时候才获得它。反正创建或者取得 logger 的成本很低。你可以这样写你的代码：
import logging

def foo():
    logger = logging.getLogger(__name__)
    logger.info('Hi, foo')

class Bar(object):
    def __init__(self, logger=None):
        self.logger = logger or logging.getLogger(__name__)

    def bar(self):
        self.logger.info('Hi, bar')

        
这样，logger 就会在你加载配置后才会被创建。这样配置信息就可以正常应用。
python2.7 之后的版本中 fileConfg 与 dictConfig 都新添加了 “disable_existing_loggers” 参数，将其设置为 False，上面提到的
问题就可以解决了。例如：
import logging
import logging.config

logger = logging.getLogger(__name__)

# load config from file 
# logging.config.fileConfig('logging.ini', disable_existing_loggers=False)
# or, for dictConfig

logging.config.dictConfig({
    'version': 1,              
    'disable_existing_loggers': False,  # this fixes the problem

    'formatters': {
        'standard': {
            'format': '%(asctime)s [%(levelname)s] %(name)s: %(message)s'
        },
    },
    'handlers': {
        'default': {
            'level':'INFO',    
            'class':'logging.StreamHandler',
        },  
    },
    'loggers': {
        '': {                  
            'handlers': ['default'],        
            'level': 'INFO',  
            'propagate': True  
        }
    }
})

logger.info('It works!')


使用 JSON 或者 YAML 记录配置
虽然你可以在 python 代码中配置你的日志系统，但是这样并不够灵活。最好的方法是使用一个配置文件来配置。在 Python2.7 及
之后的版本中，你可以从字典中加载 logging 配置。这也就意味着你可以从 JSON 或者 YAML 文件中加载日志的配置。尽管你还能
用原来 .ini 文件来配置，但是它既很难读也很难写。下面我给你们看一个用 JSON 和 YAML 文件配置的例子:
logging.json

{
    "version": 1,
    "disable_existing_loggers": false,
    "formatters": {
        "simple": {
            "format": "%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s"
        }
    },

    "handlers": {
        "console": {
            "class": "logging.StreamHandler",
            "level": "DEBUG",
            "formatter": "simple",
            "stream": "ext://sys.stdout"
        },

        "info_file_handler": {
            "class": "logging.handlers.RotatingFileHandler",
            "level": "INFO",
            "formatter": "simple",
            "filename": "info.log",
            "maxBytes": 10485760,
            "backupCount": 20,
            "encoding": "utf8"
        },

        "error_file_handler": {
            "class": "logging.handlers.RotatingFileHandler",
            "level": "ERROR",
            "formatter": "simple",
            "filename": "errors.log",
            "maxBytes": 10485760,
            "backupCount": 20,
            "encoding": "utf8"
        }
    },

    "loggers": {
        "my_module": {
            "level": "ERROR",
            "handlers": ["console"],
            "propagate": "no"
        }
    },

    "root": {
        "level": "INFO",
        "handlers": ["console", "info_file_handler", "error_file_handler"]
    }
}


logging.yaml

---

version: 1
disable_existing_loggers: False
formatters:
    simple:
        format: "%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s"
handlers:
    console:
        class: logging.StreamHandler
        level: DEBUG
        formatter: simple
        stream: ext://sys.stdout
    info_file_handler:
        class: logging.handlers.RotatingFileHandler
        level: INFO            
        formatter: simple
        filename: info.log
        maxBytes: 10485760 # 10MB
        backupCount: 20
        encoding: utf8
    error_file_handler:
        class: logging.handlers.RotatingFileHandler
        level: ERROR            
        formatter: simple
        filename: errors.log
        maxBytes: 10485760 # 10MB
        backupCount: 20
        encoding: utf8
loggers:
    my_module:
        level: ERROR
        handlers: [console]
        propagate: no
root:
    level: INFO
    handlers: [console, info_file_handler, error_file_handler]
...


接下来将展示怎样从 JSON 文件中读入日志的配置信息：
import json
import logging.config

def setup_logging(
    default_path='logging.json', 
    default_level=logging.INFO,
    env_key='LOG_CFG'

    """Setup logging configuration

    """
    path = default_path
    value = os.getenv(env_key, None)
    if value:
        path = value
    if os.path.exists(path):
        with open(path, 'rt') as f:
            config = json.load(f)
        logging.config.dictConfig(config)
    else:
        logging.basicConfig(level=default_level)

        
使用 JSON 的一个优点就是 json是一个标准库，你不需要额外安装它。但是从我个人来说，我比较喜欢 YAML 一些。它无论是读起来
还是写起来都比较容易。你也可以使用下面的方法来加载一个 YAML 配置文件：
import os
import logging.config

import yaml

def setup_logging(
    default_path='logging.yaml', 
    default_level=logging.INFO,
    env_key='LOG_CFG'

    """Setup logging configuration

    """
    path = default_path
    value = os.getenv(env_key, None)
    if value:
        path = value
    if os.path.exists(path):
        with open(path, 'rt') as f:
            config = yaml.load(f.read())
        logging.config.dictConfig(config)
    else:
        lo

        
接下来，你就可以在运行程序的时候调用 setup_logging 来启动日志记录了。它默认会读取 logging.json 或 logging.yaml 文件 。
你也可以设置环境变量 LOG_CCFG 从指定路径加载日志配置。例如：
LOG_CFG=my_logging.json python my_server.py

如果你喜欢 YAML：
 LOG_CFG=my_logging.yaml python my_server.py
 
使用旋转文件句柄
如果你用 FileHandler 写日志，文件的大小会随着时间推移而不断增大。最终有一天它会占满你所有的磁盘空间。为了避免这种情况
出现，你可以在你的生成环境中使用 RotatingFileHandler 替代 FileHandler。

如果你有多个服务器可以启用一个专用的日志服务器
当你有多个服务器和不同的日志文件时，你可以创建一个集中式的日志系统来收集重要的（大多数情况是警告或者错误消息）信息。然
后通过监测这些日志信息，你就可以很容易地发现系统中的问题了。


总结
Python 的日志库设计得如此之好，真是让人欣慰，我觉得这是标准库中最好的一部分了，你不得不选择它。它很灵活，你可以用你自己
的 handler 或者 filter。已经有很多的第三方的 handler 了，比如 pyzmq 提供的 ZeroMQ 日志句柄，它允许你通过 zmq 套接字发送
日志消息。如果你还不知道怎么正确的使用日志系统，这篇文章将会非常有用。有了很好的日志记录实践，你就能非常容易地发现系统
中的问题。这是很非常值得投资的。:)

参考文档：http://python.jobbole.com/81666/

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