Python logging模块详解与多进程日志安全切分方案

山间有风
山间有风
发布时间:2026-10-13 | 6人浏览过
原创

本文深入解析Python logging模块的四大核心组件,重点探讨多进程环境下日志文件安全切分的难题。通过分析TimedRotatingFileHandler在并发场景下的竞态条件,提供了两种重写Handler的优雅方案:基于文件存在性判断的SafeRotatingFileHandler与基于时间戳动态重命名的SafeFileHandler,确保多进程日志不丢失、不覆盖。

本文旨在深化对Python logging模块的理解,并重点探讨在多进程环境下如何安全、高效地使用logging输出日志,以及如何实现日志文件的安全切分。

1. logging日志模块介绍

Python的logging模块提供了灵活的标准接口,使得任何Python程序都能利用该模块实现日志记录功能。更多详细信息可参考python logging官方文档。

logging框架主要由以下四个核心部分组成:

  1. Loggers:供程序直接调用的日志接口。
  2. Handlers:负责将日志记录分发到正确的目的地。
  3. Filters:提供更细粒度的日志输出过滤判断。
  4. Formatters:定义最终日志记录的格式布局。

2. logging的组成

loggers

Loggers是程序可以直接调用的日志接口,允许直接向logger写入日志信息。Logger并非通过直接实例化使用,而是通过logging.getLogger(name)获取对象。实际上,Logger对象采用单例模式,且logging模块是多线程安全的,这意味着无论程序中何处获取logger,得到的都是同一个对象。然而,Logger并不原生支持多进程,这一限制将在后续章节详细解释并提供解决方案。 【注意】Logger对象存在父子关系。当没有父Logger时,其父对象为root;若拥有父对象,父子关系会被修正。例如,logging.getLogger("abc.xyz")会创建两个Logger对象:父对象abc和子对象xyz。由于abc没有父对象,其父对象默认为root。需要注意的是,abc是一个占位对象(虚的Logger),可以没有Handler处理日志;但root不是占位对象。当某个Logger打日志时,其父对象也会同时收到日志。因此,如果用户发现创建了一个Logger后日志打印了两遍,通常是因为该Logger打印了一次,同时root对象也打印了一次。

每个Logger都关联一个日志级别。logging中定义了如下级别:

Level Numeric value
NOTSET 0
DEBUG 10
INFO 20
WARNING 30
ERROR 40
CRITICAL 50

当Logger收到日志信息后,首先判断是否符合level,若决定处理,则将信息传递给Handlers进行处理。

Handlers

Handlers负责将Logger发送的信息准确分配至正确的目的地,例如控制台、文件或进程管道等。它决定了每条日志的行为,是后续配置的重点区域。

每个Handler同样拥有日志级别。一个Logger可以拥有多个Handler,这意味着Logger可以根据不同的日志级别将日志传递给不同的Handler。当然,也可以将相同级别的日志传递给多个Handler,具体设置需根据需求灵活调整。

Filters

Filters提供更细粒度的判断,决定日志是否需要打印。原则上,Handler获得日志后会根据级别统一处理;但如果Handler拥有Filter,则可以对日志进行额外处理和判断。例如,Filter可以拦截或修改来自特定源的日志,甚至修改其日志级别(修改后再进行级别判断)。

Logger和Handler都可以安装Filter,甚至可以安装多个Filter串联起来使用。

Formatters

Formatters指定了最终某条记录打印的格式布局。Formatter会将传递来的信息拼接成一条具体的字符串,默认情况下Format只会将信息%(message)s直接打印出来。Format中有一些自带的LogRecord属性可以使用,如下表格:

Attribute Format Description
asctime %(asctime)s 将日志的时间构造成可读的形式,默认情况下是‘2016-02-08 12:00:00,123'精确到毫秒
filename %(filename)s 包含path的文件名
funcName %(funcName)s 由哪个function发出的log
levelname %(levelname)s 日志的最终等级(被filter修改后的)
message %(message)s 日志信息
lineno %(lineno)d 当前日志的行号
pathname %(pathname)s 完整路径
process %(process)s 当前进程
thread %(thread)s 当前线程

一个Handler只能拥有一个Formatter,因此如果要实现多种格式的输出,必须使用多个Handler来实现。

3. logging 配置

简易配置

首先在loggers章节中说明了一点,我们拥有一个缺省的日志对象root,这个root日志对象的好处是我们直接可以使用logging来进行配置和打日志。例如:

logging.basicConfig(level=logging.INFO,filename='logger.log')
logging.info("info message")

所以这里的简易配置所指的就是root日志对象,随拿随用。每个logger都是单例对象所以配置过一遍之后程序内任何地方调用都可以。我们只需要调用basicConfig就可以对root日志对象进行简易的配置,事实上这种方式相当有效易用。它使得调用任何logger时保证至少一定会有一个Handler能够处理日志。

简易配置大致可以这么设置:

logging.basicConfig(level=logging.INFO,
     format='%(asctime)s %(filename)s[line:%(lineno)d] %(levelname)s %(message)s',
     datefmt='[%Y-%m_%d %H:%M:%S]',
     filename='../log/my.log',
     filemode='a')

代码配置

另一种更加细致地设置方式是在代码中配置,但这种设置方式是使用的最少的方式,毕竟谁也不希望把设置写死到代码里面去。但是这里也稍微介绍一下,虽然用的不多,在必要的时候也可以用一把。(以后补上)

配置文件配置

python中logging的配置文件是基于ConfigParser的功能。也就是说配置文件的格式也是按照这种方式来编写。先奉上一个比较一般的配置文件再细说

##############################################
[loggers]
keys=root, log02

[logger_root]
level=INFO
handlers=handler01


[logger_log02]
level=DEBUG
handler=handler02
qualname=log02
##############################################
[handlers]
keys=handler01,handler02

[handler_handler01]
class=FileHandler
level=INFO
formatter=form01
args=('../log/cv_parser_gm_server.log',"a")

[handler_handler02]
class=StreamHandler
level=NOTSET
formatter=form01
args=(sys.stdout,)
##############################################
[formatters]
keys=form01,form02

[formatter_form01]
format=%(asctime)s %(filename)s[line:%(lineno)d] %(levelname)s %(process)d %(message)s
datefmt=[%Y-%m-%d %H:%M:%S]

[formatter_form02]
format=(message)s
##############################################

相信看一遍以后,也找出规律了,我将几个大块用#分了出来。每一个logger或者handler或者formatter都有一个key名字。以logger为例,首先需要在[loggers]配置中加上key名字代表了这个logger。然后用[loggers_xxxx]其中xxxx为key名来具体配置这个logger,在log02中我配置了level和一个handler名,当然你可以配置多个hander。根据这个handler名再去 [handlers]里面去找具体handler的配置,以此类推。

然后在代码中,这样加载配置文件即可:

logging.config.fileConfig(log_conf_file)

在handler中有一个class配置,可能有些读者并不是很懂。其实这个是logging里面原先就写好的一些handler类,你可以在这里直接调用。class指向的类相当于具体处理的Handler的执行者。在logging的文档中可以知道这里所有的Handler类都是线程安全的,大家可以放心使用。那么问题就来了,如果多进程怎么办呢。在下一章我主要就是重写Handler类,来实现在多进程环境下使用logging。 我们自己重写或者全部新建一个Handler类,然后将class配置指向自己的Handler类就可以加载自己重写的Handler了。

4. logging遇到多进程(important)

这部分其实是我写这篇文章的初衷。python中由于某种历史原因,多线程的性能基本可以无视。所以一般情况下python要实现并行操作或者并行计算的时候都是使用多进程。但是 python 中logging 并不支持多进程,所以会遇到不少麻烦。

本次就以 TimedRotatingFileHandler 这个类的问题作为例子。这个Handler本来的作用是:按天切割日志文件。(当天的文件是xxxx.log 昨天的文件是xxxx.log.2016-06-01)。这样的好处是,一来可以按天来查找日志,二来可以让日志文件不至于非常大, 过期日志也可以按天删除。

但是问题来了,如果是用多进程来输出日志,则只有一个进程会切换,其他进程会在原来的文件中继续打,还有可能某些进程切换的时候早就有别的进程在新的日志文件里打入东西了,那么他会无情删掉之,再建立新的日志文件。反正将会很乱很乱,完全没法开心的玩耍。

所以这里就想了几个办法来解决多进程logging问题

原因

在解决之前,我们先看看为什么会导致这样的原因。 先将 TimedRotatingFileHandler 的源代码贴上来,这部分是切换时所作的操作:

  def doRollover(self):
    """
    do a rollover; in this case, a date/time stamp is appended to the filename
    when the rollover happens. However, you want the file to be named for the
    start of the interval, not the current time. If there is a backup count,
    then we have to get a list of matching filenames, sort them and remove
    the one with the oldest suffix.
    """
    if self.stream:
      self.stream.close()
      self.stream = None
    # get the time that this sequence started at and make it a TimeTuple
    currentTime = int(time.time())
    dstNow = time.localtime(currentTime)[-1]
    t = self.rolloverAt - self.interval
    if self.utc:
      timeTuple = time.gmtime(t)
    else:
      timeTuple = time.localtime(t)
      dstThen = timeTuple[-1]
      if dstNow != dstThen:
        if dstNow:
          addend = 3600
        else:
          addend = -3600
        timeTuple = time.localtime(t + addend)
    dfn = self.baseFilename + "." + time.strftime(self.suffix, timeTuple)
    if os.path.exists(dfn):
      os.remove(dfn)
    # Issue 18940: A file may not have been created if delay is True.
    if os.path.exists(self.baseFilename):
      os.rename(self.baseFilename, dfn)
    if self.backupCount > 0:
      for s in self.getFilesToDelete():
        os.remove(s)
    if not self.delay:
      self.stream = self._open()
    newRolloverAt = self.computeRollover(currentTime)
    while newRolloverAt <= currentTime:
      newRolloverAt = newRolloverAt + self.interval
    #If DST changes and midnight or weekly rollover, adjust for this.
    if (self.when == 'MIDNIGHT' or self.when.startswith('W')) and not self.utc:
      dstAtRollover = time.localtime(newRolloverAt)[-1]
      if dstNow != dstAtRollover:
        if not dstNow: # DST kicks in before next rollover, so we need to deduct an hour
          addend = -3600
        else:      # DST bows out before next rollover, so we need to add an hour
          addend = 3600
        newRolloverAt += addend
    self.rolloverAt = newRolloverAt

我们观察 if os.path.exists(dfn) 这一行开始,这里的逻辑是如果 dfn 这个文件存在,则要先删除掉它,然后将 baseFilename 这个文件重命名为 dfn 文件。然后再重新打开 baseFilename这个文件开始写入东西。那么这里的逻辑就很清楚了

  1. 假设当前日志文件名为 current.log 切分后的文件名为 current.log.2016-06-01
  2. 判断 current.log.2016-06-01 是否存在,如果存在就删除
  3. 将当前的日志文件名 改名为current.log.2016-06-01
  4. 重新打开新文件(我观察到源代码中默认是"a" 模式打开,之前据说是"w")

于是在多进程的情况下,一个进程切换了,其他进程的句柄还在 current.log.2016-06-01 还会继续往里面写东西。又或者一个进程执行切换了,会把之前别的进程重命名的 current.log.2016-06-01 文件直接删除。又或者还有一个情况,当一个进程在写东西,另一个进程已经在切换了,会造成不可预估的情况发生。还有一种情况两个进程同时在切文件,第一个进程正在执行第3步,第二进程刚执行完第2步,然后第一个进程 完成了重命名但还没有新建一个新的 current.log 第二个进程开始重命名,此时第二个进程将会因为找不到 current 发生错误。如果第一个进程已经成功创建了 current.log 第二个进程会将这个空文件另存为 current.log.2016-06-01。那么不仅删除了日志文件,而且,进程一认为已经完成过切分了不会再切,而事实上他的句柄指向的是current.log.2016-06-01。

好了这里看上去很复杂,实际上就是因为对于文件操作时,没有对多进程进行一些约束,而导致的问题。

那么如何优雅地解决这个问题呢。我提出了两种方案,当然我会在下面提出更多可行的方案供大家尝试。

解决方案1

先前我们发现 TimedRotatingFileHandler 中逻辑的缺陷。我们只需要稍微修改一下逻辑即可:

  1. 判断切分后的文件 current.log.2016-06-01 是否存在,如果不存在则进行重命名。(如果存在说明有其他进程切过了,我不用切了,换一下句柄即可)
  2. 以"a"模式 打开 current.log

发现修改后就这么简单~

talking is cheap show me the code:

class SafeRotatingFileHandler(TimedRotatingFileHandler):
  def __init__(self, filename, when='h', interval=1, backupCount=0, encoding=None, delay=False, utc=False):
    TimedRotatingFileHandler.__init__(self, filename, when, interval, backupCount, encoding, delay, utc)
  """
  Override doRollover
  lines commanded by "##" is changed by cc
  """
  def doRollover(self):
    """
    do a rollover; in this case, a date/time stamp is appended to the filename
    when the rollover happens. However, you want the file to be named for the
    start of the interval, not the current time. If there is a backup count,
    then we have to get a list of matching filenames, sort them and remove
    the one with the oldest suffix.
    
    Override,  1. if dfn not exist then do rename
          2. _open with "a" model
    """
    if self.stream:
      self.stream.close()
      self.stream = None
    # get the time that this sequence started at and make it a TimeTuple
    currentTime = int(time.time())
    dstNow = time.localtime(currentTime)[-1]
    t = self.rolloverAt - self.interval
    if self.utc:
      timeTuple = time.gmtime(t)
    else:
      timeTuple = time.localtime(t)
      dstThen = timeTuple[-1]
      if dstNow != dstThen:
        if dstNow:
          addend = 3600
        else:
          addend = -3600
        timeTuple = time.localtime(t + addend)
    dfn = self.baseFilename + "." + time.strftime(self.suffix, timeTuple)
##    if os.path.exists(dfn):
##      os.remove(dfn)
      
    # Issue 18940: A file may not have been created if delay is True.
##    if os.path.exists(self.baseFilename):
    if not os.path.exists(dfn) and os.path.exists(self.baseFilename):
      os.rename(self.baseFilename, dfn)
    if self.backupCount > 0:
      for s in self.getFilesToDelete():
        os.remove(s)
    if not self.delay:
      self.mode = "a"
      self.stream = self._open()
    newRolloverAt = self.computeRollover(currentTime)
    while newRolloverAt <= currentTime:
      newRolloverAt = newRolloverAt + self.interval
    #If DST changes and midnight or weekly rollover, adjust for this.
    if (self.when == 'MIDNIGHT' or self.when.startswith('W')) and not self.utc:
      dstAtRollover = time.localtime(newRolloverAt)[-1]
      if dstNow != dstAtRollover:
        if not dstNow: # DST kicks in before next rollover, so we need to deduct an hour
          addend = -3600
        else:      # DST bows out before next rollover, so we need to add an hour
          addend = 3600
        newRolloverAt += addend
    self.rolloverAt = newRolloverAt

不要以为代码那么长,其实修改部分就是 "##" 注释的地方而已,其他都是照抄源代码。这个类继承了 TimedRotatingFileHandler 重写了这个切分的过程。这个解决方案十分优雅,改换的地方非常少,也十分有效。但有网友提出,这里有一处地方依然不完美,就是rename的那一步,如果就是这么巧,同时两个或者多个进程进入了 if 语句,先后开始 rename 那么依然会发生删除掉日志的情况。确实这种情况确实会发生,由于切分文件一天才一次,正好切分的时候同时有两个Handler在操作,又正好同时走到这里,也是蛮巧的,但是为了完美,可以加上一个文件锁,if 之后加锁,得到锁之后再判断一次,再进行rename这种方式就完美了。代码就不贴了,涉及到锁代码,影响美观。

解决方案2

我认为最简单有效的解决方案。重写FileHandler类(这个类是所有写入文件的Handler都需要继承的TimedRotatingFileHandler 就是继承的这个类;我们增加一些简单的判断和操作就可以。 我们的逻辑是这样的:

  1. 判断当前时间戳是否与指向的文件名是同一个时间
  2. 如果不是,则切换 指向的文件即可

结束,是不是很简单的逻辑。

talking is cheap show me the code:

class SafeFileHandler(FileHandler):
  def __init__(self, filename, mode, encoding=None, delay=0):
    """
    Use the specified filename for streamed logging
    """
    if codecs is None:
      encoding = None
    FileHandler.__init__(self, filename, mode, encoding, delay)
    self.mode = mode
    self.encoding = encoding
    self.suffix = "%Y-%m-%d"
    self.suffix_time = ""

  def emit(self, record):
    """
    Emit a record.

    Always check time 
    """
    try:
      if self.check_baseFilename(record):
        self.build_baseFilename()
      FileHandler.emit(self, record)
    except (KeyboardInterrupt, SystemExit):
      raise
    except:
      self.handleError(record)
      
  def check_baseFilename(self, record):
    """
    Determine if builder should occur.
    
    record is not used, as we are just comparing times, 
    but it is needed so the method signatures are the same
    """
    timeTuple = time.localtime()
    
    if self.suffix_time != time.strftime(self.suffix, timeTuple) or not os.path.exists(self.baseFilename+'.'+self.suffix_time):
      return 1
    else:
      return 0
  def build_baseFilename(self):
    """
    do builder; in this case, 
    old time stamp is removed from filename and
    a new time stamp is append to the filename
    """
    if self.stream:
      self.stream.close()
      self.stream = None
    
    # remove old suffix
    if self.suffix_time != "":
      index = self.baseFilename.find("."+self.suffix_time)
      if index == -1:
        index = self.baseFilename.rfind(".")
      self.baseFilename = self.baseFilename[:index]
    
    # add new suffix
    currentTimeTuple = time.localtime()
    self.suffix_time = time.strftime(self.suffix, currentTimeTuple)
    self.baseFilename = self.baseFilename + "." + self.suffix_time
    
    self.mode = 'a'
    if not self.delay:
      self.stream = self._open()

check_baseFilename 就是执行逻辑1判断;build_baseFilename 就是执行逻辑2换句柄。就这么简单完成了。

这种方案与之前不同的是,当前文件就是 current.log.2016-06-01 ,到了明天当前文件就是current.log.2016-06-02 没有重命名的情况,也没有删除的情况。十分简洁优雅。也能解决多进程的logging问题。

解决方案其他

当然还有其他的解决方案,例如由一个logging进程统一打日志,其他进程将所有的日志内容打入logging进程管道由它来打理。还有将日志打入网络socket当中也是同样的道理。

5. 参考资料

python logging 官方文档

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持本站。

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