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Go 语言标准库中的 log 包设计简洁明了，易于上手，可以轻松记录程序运行时的信息、调试错误以及跟踪代码执行过程中的问题等。使用 log 包无需繁琐的配置即可直接使用。本文旨在深入探究 log 包的使用和原理，帮助读者更好地了解和掌握它。

使用

先来看一个 log 包的使用示例：

package main
import "log"
func main() {
	log.Print("Print")
	log.Printf("Printf: %s", "print")
	log.Println("Println")
	log.Fatal("Fatal")
	log.Fatalf("Fatalf: %s", "fatal")
	log.Fatalln("Fatalln")
	log.Panic("Panic")
	log.Panicf("Panicf: %s", "panic")
	log.Panicln("Panicln")
}

假设以上代码存放在 main.go 中，通过 go run main.go 执行代码将会得到如下输出：

$ go run main.go

2023/03/08 22:33:22 Print

2023/03/08 22:33:22 Printf: print

2023/03/08 22:33:22 Println

2023/03/08 22:33:22 Fatal

exit status 1

以上示例代码中使用 log 包提供的 9 个函数分别对日志进行输出，最终得到 4 条打印日志。我们来分析下每个日志函数的作用，来看看为什么出现这样的结果。

log 包提供了 3 类共计 9 种方法来输出日志内容。

根据以上表格说明，我们可以知道，log 包在执行 log.Fatal("Fatal") 时，程序打印完日志就通过 os.Exit(1) 退出了。这也就可以解释上面的示例程序，为什么打印了 9 次日志，却只输出了 4 条日志，并且最后程序退出码为 1 了。

以上是 log 包最基本的使用方式，如果我们想对日志输出做一些定制，可以使用 log.New 创建一个自定义 logger：

logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile)

log.New 函数接收三个参数，分别用来指定：日志输出位置（一个 io.Writer 对象）、日志前缀（字符串，每次打印日志都会跟随输出）、日志属性（定义好的常量，稍后会详细讲解）。

使用示例：

package main

import (
	"log"
	"os"
)

func main() {
	logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile)
	logger.Println("custom logger")
}

示例输出：

[Debug] - main.go:10: custom logger

以上示例中，指定日志输出到 os.Stdout，即标准输出；日志前缀 [Debug] - 会自动被加入到每行日志的行首；这条日志没有打印当前时间，而是打印了文件名和行号，这是 log.Lshortfile 日志属性的作用。

日志属性可选项如下：

这些属性都是预定义好的常量，不能修改，可以通过 | 运算符组合使用（如：log.Ldate|log.Ltime|log.Lshortfile）。

使用 log.New 函数创建 logger 对象以后，依然可以通过 logger 对象的方法修改其属性值：

现在我们来看一个更加完整的使用示例：

package main

import (
	"log"
	"os"
)

func main() {
	// 准备日志文件
	logFile, _ := os.Create("demo.log")
	defer func() { _ = logFile.Close() }()

	// 初始化日志对象
	logger := log.New(logFile, "[Debug] - ", log.Lshortfile|log.Lmsgprefix)
	logger.Print("Print")
	logger.Println("Println")

	// 修改日志配置
	logger.SetOutput(os.Stdout)
	logger.SetPrefix("[Info] - ")
	logger.SetFlags(log.Ldate|log.Ltime|log.LUTC)
	logger.Print("Print")
	logger.Println("Println")
}

执行以上代码，得到 demo.log 日志内容如下：

main.go:15: [Debug] - Print

main.go:16: [Debug] - Println

控制台输出内容如下：

[Info] - 2023/03/11 01:24:56 Print

[Info] - 2023/03/11 01:24:56 Println

可以发现，在 demo.log 日志内容中，因为指定了 log.Lmsgprefix 属性，所以日志前缀 [Debug] - 被移动到了日志内容前面，而非行首。

因为后续通过 logger.SetXXX 对 logger 对象的属性进行了动态修改，所以最后两条日志输出到系统的标准输出。

以上，基本涵盖了 log 包的所有常用功能。接下来我们就通过走读源码的方式来更深入的了解 log 包了。

源码

注意：本文以 Go 1.19.4 源码为例，其他版本可能存在差异。

Go 标准库的 log 包代码量非常少，算上注释也才 400+ 行，非常适合初学者阅读学习。

在上面介绍的第一个示例中，我们使用 log 包提供的 9 个公开函数对日志进行输出，并通过表格的形式分别介绍了函数的作用和使用示例，那么现在我们就来看看这几个函数是如何定义的：

func Print(v ...any) {
	if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 {
		return
	}
	std.Output(2, fmt.Sprint(v...))
}
func Printf(format string, v ...any) {
	if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 {
		return
	}
	std.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...))
}
func Println(v ...any) {
	if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 {
		return
	}
	std.Output(2, fmt.Sprintln(v...))
}
func Fatal(v ...any) {
	std.Output(2, fmt.Sprint(v...))
	os.Exit(1)
}
func Fatalf(format string, v ...any) {
	std.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...))
	os.Exit(1)
}
func Fatalln(v ...any) {
	std.Output(2, fmt.Sprintln(v...))
	os.Exit(1)
}
func Panic(v ...any) {
	s := fmt.Sprint(v...)
	std.Output(2, s)
	panic(s)
}
func Panicf(format string, v ...any) {
	s := fmt.Sprintf(format, v...)
	std.Output(2, s)
	panic(s)
}
func Panicln(v ...any) {
	s := fmt.Sprintln(v...)
	std.Output(2, s)
	panic(s)
}

可以发现，这些函数代码主逻辑基本一致，都是通过 std.Output 输出日志。不同的是，PrintX 输出日志后程序就执行结束了；Fatal 输出日志后会执行 os.Exit(1)；而 Panic 输出日志后会执行 panic(s)。

那么接下来就是要搞清楚这个 std 对象是什么，以及它的 Output 方法是如何定义的。

我们先来看下 std 是什么：

var std = New(os.Stderr, "", LstdFlags)
func New(out io.Writer, prefix string, flag int) *Logger {
	l := &Logger{out: out, prefix: prefix, flag: flag}
	if out == io.Discard {
		l.isDiscard = 1
	}
	return l
}

可以看到，std 其实就是使用 New 创建的一个 Logger 对象，日志输出到标准错误输出，日志前缀为空，日志属性为 LstdFlags。

这跟我们上面讲的自定义日志对象 logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile) 方式如出一辙。也就是说，当我们通过 log.Print("Print") 打印日志时，其实使用的是 log 包内部已经定义好的 Logger 对象。

Logger 定义如下：

type Logger struct {
	mu        sync.Mutex // 锁，保证并发情况下对其属性操作是原子性的
	prefix    string     // 日志前缀，即 Lmsgprefix 参数值
	flag      int        // 日志属性，用来控制日志输出格式
	out       io.Writer  // 日志输出位置，实现了 io.Writer 接口即可，如 文件、os.Stderr
	buf       []byte     // 存储日志输出内容
	isDiscard int32      // 当 out = io.Discard 是，此值为 1
}

其中，flag 和 isDiscard 这两个属性有必要进一步解释下。

首先是 flag 用来记录日志属性，其合法值如下：

const (
	Ldate         = 1 << iota     // the date in the local time zone: 2009/01/23
	Ltime                         // the time in the local time zone: 01:23:23
	Lmicroseconds                 // microsecond resolution: 01:23:23.123123.  assumes Ltime.
	Llongfile                     // full file name and line number: /a/b/c/d.go:23
	Lshortfile                    // final file name element and line number: d.go:23. overrides Llongfile
	LUTC                          // if Ldate or Ltime is set, use UTC rather than the local time zone
	Lmsgprefix                    // move the "prefix" from the beginning of the line to before the message
	LstdFlags     = Ldate | Ltime // initial values for the standard logger
)

具体含义我就不再一一解释了，前文的表格已经写的很详细了。

值得注意的是，这里在定义常量时，巧妙的使用了左移运算符 1 << iota，使得常量的值呈现 1、2、4、8... 这样的递增效果。其实是为了位运算方便，通过对属性进行位运算，来决定输出内容，其本质上跟基于位运算的权限管理是一样的。所以在使用 log.New 新建 Logger 对象时可以支持 log.Ldate|log.Ltime|log.Lshortfile 这种形式设置多个属性。

std 对象的属性初始值 LstdFlags 也是在这里定义的。

其次还有一个属性 isDiscard，是用来丢弃日志的。在上面介绍 PrintX 函数定义时，在输出日志前有一个 if atomic.LoadInt32(&std.isDiscard) != 0 的判断，如果结果为真，则直接 return 不记录日志。

在 Go 标准库的 io 包里，有一个 io.Discard 对象，io.Discard 实现了 io.Writer，它执行 Write 操作后不会产生任何实际的效果，是一个用于丢弃数据的对象。比如有时候我们不在意数据内容，但可能存在数据不读出来就无法关闭连接的情况，这时候就可以使用 io.Copy(io.Discard, io.Reader) 将数据写入 io.Discard 实现丢弃数据的效果。

使用 New 创建 Logger 对象时，如果 out == io.Discard 则 l.isDiscard 的值会被置为 1，所以使用 PrintX 函数记录的日志将会被丢弃，而 isDiscard 属性之所以是 int32 类型而不是 bool，是因为方便原子操作。

现在，我们终于可以来看 std.Output 的实现了：

func (l *Logger) Output(calldepth int, s string) error {
	now := time.Now() // 获取当前时间
	var file string
	var line int
	// 加锁，保证并发安全
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	// 通过位运算来判断是否需要获取文件名和行号
	if l.flag&(Lshortfile|Llongfile) != 0 {
		// 运行 runtime.Caller 获取文件名和行号比较耗时，所以先释放锁
		l.mu.Unlock()
		var ok bool
		_, file, line, ok = runtime.Caller(calldepth)
		if !ok {
			file = "???"
			line = 0
		}
		// 获取到文件行号后再次加锁，保证下面代码并发安全
		l.mu.Lock()
	}
	// 清空上次缓存的内容
	l.buf = l.buf[:0]
	// 格式化日志头信息（如：日期时间、文件名和行号、前缀）并写入 buf
	l.formatHeader(&l.buf, now, file, line)
	// 追加日志内容到 buf
	l.buf = append(l.buf, s...)
	// 保证输出日志以 \n 结尾
	if len(s) == 0 || s[len(s)-1] != '\n' {
		l.buf = append(l.buf, '\n')
	}
	// 调用 Logger 对象的 out 属性的 Write 方法输出日志
	_, err := l.out.Write(l.buf)
	return err
}

Output 方法代码并不多，基本逻辑也比较清晰，首先根据日志属性来决定是否需要获取文件名和行号，因为调用 runtime.Caller 是一个耗时操作，开销比较大，为了增加并发性，暂时将锁释放，获取到文件名和行号后再重新加锁。

接下来就是准备日志输出内容了，首先清空 buf 中保留的上次日志信息，然后通过 formatHeader 方法格式化日志头信息，接着把日志内容也追加到 buf 中，在这之后有一个保证输出日志以 \n 结尾的逻辑，来保证输出的日志都是单独一行的。不知道你有没有注意到，在前文的 log 包使用示例中，我们使用 Print 和 Println 两个方法时，最终日志输出效果并无差别，使用 Print 打印日志也会换行，其实就是这里的逻辑决定的。

最后，通过调用 l.out.Write 方法，将 buf 内容输出。

我们来看下用来格式化日志头信息的 formatHeader 方法是如何定义：

func (l *Logger) formatHeader(buf *[]byte, t time.Time, file string, line int) {
	// 如果没有设置 Lmsgprefix 属性，将日志前缀内容设置到行首
	if l.flag&Lmsgprefix == 0 {
		*buf = append(*buf, l.prefix...)
	}
	// 判断是否设置了日期时间相关的属性
	if l.flag&(Ldate|Ltime|Lmicroseconds) != 0 {
		// 是否设置 UTC 时间
		if l.flag&LUTC != 0 {
			t = t.UTC()
		}
		// 是否设置日期
		if l.flag&Ldate != 0 {
			year, month, day := t.Date()
			itoa(buf, year, 4)
			*buf = append(*buf, '/')
			itoa(buf, int(month), 2)
			*buf = append(*buf, '/')
			itoa(buf, day, 2)
			*buf = append(*buf, ' ')
		}
		// 是否设置时间
		if l.flag&(Ltime|Lmicroseconds) != 0 {
			hour, min, sec := t.Clock()
			itoa(buf, hour, 2)
			*buf = append(*buf, ':')
			itoa(buf, min, 2)
			*buf = append(*buf, ':')
			itoa(buf, sec, 2)
			if l.flag&Lmicroseconds != 0 {
				*buf = append(*buf, '.')
				itoa(buf, t.Nanosecond()/1e3, 6)
			}
			*buf = append(*buf, ' ')
		}
	}
	// 是否设置文件名和行号
	if l.flag&(Lshortfile|Llongfile) != 0 {
		if l.flag&Lshortfile != 0 {
			short := file
			for i := len(file) - 1; i > 0; i-- {
				if file[i] == '/' {
					short = file[i+1:]
					break
				}
			}
			file = short
		}
		*buf = append(*buf, file...)
		*buf = append(*buf, ':')
		itoa(buf, line, -1)
		*buf = append(*buf, ": "...)
	}
	// 如果设置了 Lmsgprefix 属性，将日志前缀内容放到日志头信息最后，也就是紧挨着日志内容前面
	if l.flag&Lmsgprefix != 0 {
		*buf = append(*buf, l.prefix...)
	}
}

formatHeader 方法是 log 包里面代码量最多的一个方法，主要通过按位与（&）来计算是否设置了某个日志属性，然后根据日志属性来格式化头信息。

其中多次调用 itoa 函数，itoa 顾名思义，将 int 转换成 ASCII 码，itoa 定义如下：

func itoa(buf *[]byte, i int, wid int) {
	// Assemble decimal in reverse order.
	var b [20]byte
	bp := len(b) - 1
	for i >= 10 || wid > 1 {
		wid--
		q := i / 10
		b[bp] = byte('0' + i - q*10)
		bp--
		i = q
	}
	// i < 10
	b[bp] = byte('0' + i)
	*buf = append(*buf, b[bp:]...)
}

这个函数短小精悍，它接收三个参数，buf 用来保存转换后的内容，i 就是带转换的值，比如 year、month 等，wid 表示转换后 ASCII 码字符串宽度，如果传进来的 i 宽度不够，则前面补零。比如传入 itoa(&b, 12, 3)，最终输出字符串为 012。

至此，我们已经理清了 log.Print("Print") 是如何打印一条日志的，其函数调用流程如下：

上面我们讲解了使用 log 包中默认的 std 这个 Logger 对象打印日志的调用流程。当我们使用自定义的 Logger 对象（logger := log.New(os.Stdout, "[Debug] - ", log.Lshortfile)）来打印日志时，调用的 loggger.Print 是一个方法，而不是 log.Print 这个包级别的函数，所以其实 Logger 结构体也实现了 9 种输出日志方法：

func (l *Logger) Print(v ...any) {
	if atomic.LoadInt32(&l.isDiscard) != 0 {
		return
	}
	l.Output(2, fmt.Sprint(v...))
}

func (l *Logger) Printf(format string, v ...any) {
	if atomic.LoadInt32(&l.isDiscard) != 0 {
		return
	}
	l.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...))
}

func (l *Logger) Println(v ...any) {
	if atomic.LoadInt32(&l.isDiscard) != 0 {
		return
	}
	l.Output(2, fmt.Sprintln(v...))
}

func (l *Logger) Fatal(v ...any) {
	l.Output(2, fmt.Sprint(v...))
	os.Exit(1)
}

func (l *Logger) Fatalf(format string, v ...any) {
	l.Output(2, fmt.Sprintf(format, v...))
	os.Exit(1)
}

func (l *Logger) Fatalln(v ...any) {
	l.Output(2, fmt.Sprintln(v...))
	os.Exit(1)
}

func (l *Logger) Panic(v ...any) {
	s := fmt.Sprint(v...)
	l.Output(2, s)
	panic(s)
}

func (l *Logger) Panicf(format string, v ...any) {
	s := fmt.Sprintf(format, v...)
	l.Output(2, s)
	panic(s)
}

func (l *Logger) Panicln(v ...any) {
	s := fmt.Sprintln(v...)
	l.Output(2, s)
	panic(s)
}

这 9 个方法跟 log 包级别的函数一一对应，用于自定义 Logger 对象。

有一个值得注意的点，在这些方法内部，调用 l.Output(2, s) 时，第一个参数 calldepth 传递的是 2，这跟 runtime.Caller(calldepth) 函数内部实现有关，runtime.Caller 函数签名如下：

func Caller(skip int) (pc uintptr, file string, line int, ok bool)

runtime.Caller 返回当前 Goroutine 的栈上的函数调用信息（程序计数器、文件信息、行号），其参数 skip 表示当前向上层的栈帧数，0 代表当前函数，也就是调用 runtime.Caller 的函数，1 代表上一层调用者，以此类推。

因为函数调用链为 main.go -> log.Print -> std.Output -> runtime.Caller，所以 skip 值即为 2：

• 0: 表示 std.Output 中调用 runtime.Caller 所在的源码文件和行号。
• 1: 表示 log.Print 中调用 std.Output 所在的源码文件和行号。
• 2: 表示 main.go 中调用 log.Print 所在的源码文件和行号。

这样当代码出现问题时，就能根据日志中记录的函数调用栈来找到报错的源码位置了。

另外，前文介绍过三个设置 Logger 对象属性的方法，分别是 SetOutput、SetPrefix、SetFlags，其实这三个方法各自还有与之对应的获取相应属性的方法，定义如下：

func (l *Logger) Flags() int {
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	return l.flag
}

func (l *Logger) SetFlags(flag int) {
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	l.flag = flag
}

func (l *Logger) Prefix() string {
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	return l.prefix
}

func (l *Logger) SetPrefix(prefix string) {
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	l.prefix = prefix
}

func (l *Logger) Writer() io.Writer {
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	return l.out
}

func (l *Logger) SetOutput(w io.Writer) {
	l.mu.Lock()
	defer l.mu.Unlock()
	l.out = w
	isDiscard := int32(0)
	if w == io.Discard {
		isDiscard = 1
	}
	atomic.StoreInt32(&l.isDiscard, isDiscard)
}

其实就是针对每个私有属性，定义了 getter、setter 方法，并且每个方法内部为了保证并发安全，都进行了加锁操作。

当然，log 包级别的函数，也少不了这几个功能：

func Default() *Logger { return std }

func SetOutput(w io.Writer) {
	std.SetOutput(w)
}

func Flags() int {
	return std.Flags()
}

func SetFlags(flag int) {
	std.SetFlags(flag)
}

func Prefix() string {
	return std.Prefix()
}

func SetPrefix(prefix string) {
	std.SetPrefix(prefix)
}

func Writer() io.Writer {
	return std.Writer()
}

func Output(calldepth int, s string) error {
	return std.Output(calldepth+1, s) // +1 for this frame.
}

至此，log 包的全部代码我们就一起走读完成了。

总结一下：log 包主要设计了 Logger 对象和其方法，并且为了开箱即用，在包级别又对外提供了默认的 Logger 对象 std 和一些包级别的对外函数。Logger 对象的方法，和包级别的函数基本上是一一对应的，签名一样，这样就大大降低了使用难度。

使用建议

关于 log 包的使用，我还有几条建议分享给你：

log 默认不支持 Debug、Info、Warn 等更细粒度级别的日志输出方法，不过我们可以通过创建多个 Logger 对象的方式来实现，只需要给每个 Logger 对象指定不同的日志前缀即可：

loggerDebug = log.New(os.Stdout, "[Debug]", log.LstdFlags)
loggerInfo = log.New(os.Stdout, "[Info]", log.LstdFlags)
loggerWarn = log.New(os.Stdout, "[Warn]", log.LstdFlags)
loggerError = log.New(os.Stdout, "[Error]", log.LstdFlags)

• 仅在 main.go 文件中使用 log.Panic、log.Fatal，下层程序遇到错误时先记录日志，然后将错误向上一层层抛出，直到调用栈顶层才决定要不要使用 log.Panic、log.Fatal。
• log 包作为 Go 标准库，仅支持日志的基本功能，不支持记录结构化日志、日志切割、Hook 等高级功能，所以更适合小型项目使用，比如一个单文件的脚本。对于中大型项目，则推荐使用一些主流的第三方日志库，如 logrus、zap、glog 等。
• 另外，如果你对 Go 标准日志库有所期待，Go 官方还打造了另一个日志库 slog 现已进入实验阶段，如果项目发展顺利，将可能成为 log 包的替代品。