如何优化C++开发中的日志输出性能-猿码集

1. 前言

C++是一门高性能、底层的编程语言，常被用于开发高性能的系统和应用程序。在C++开发中，日志输出是一项非常重要的功能，可以帮助开发人员监控程序的运行状态和诊断问题。然而，日志输出也会影响程序的性能，特别是在大型或高并发系统中，日志输出可能成为性能瓶颈。因此，优化C++开发中的日志输出性能非常重要。

2. 选择适当的日志库

2.1 介绍

在C++开发中，有很多不同的日志库可供选择，如Boost.Log、Log4cxx、spdlog等。选择适当的日志库可以提高性能，也可以提供更好的日志记录功能。以下是一些选择日志库的建议：

2.2 建议

考虑日志记录要求：不同的日志库提供不同的日志记录功能，如异步日志记录、多线程支持等。选择具有您需要功能的日志库。

考虑性能：性能通常是C++项目中的关键问题。选择具有高性能的日志库，可以减少对系统性能的影响。

考虑代码质量：选择优秀的日志库可以提高代码的质量和可维护性。

2.3 示例代码

下面是使用spdlog日志库的示例代码：


#include "spdlog/spdlog.h"
#include "spdlog/sinks/stdout_color_sinks.h"
int main() {
    // 创建控制台日志记录器
    auto console_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::stdout_color_sink_mt>();
    auto console_logger = std::make_shared<spdlog::logger>("console_logger", console_sink);
    // 创建文件日志记录器
    auto file_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::basic_file_sink_mt>("log.txt", true);
    auto file_logger = std::make_shared<spdlog::logger>("file_logger", file_sink);
    // 设置日志级别和格式
    console_logger->set_level(spdlog::level::trace);
    file_logger->set_level(spdlog::level::trace);
    console_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%^%l%$] %v");
    file_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%^%l%$] %v");
    // 输出日志
    console_logger->info("Hello, {}!", "world");
    file_logger->info("Hello, {}!", "world");
    return 0;
}

3. 减少日志量

3.1 介绍

减少日志量可以降低日志输出对程序性能的影响。在编写日志输出代码时，需要谨慎地考虑要记录的信息，并避免无效的日志记录。

3.2 建议

仅记录必要信息：只记录有用的信息，如错误和警告信息等。

避免重复日志记录：在一段时间内，同样的日志记录可能会多次发生。避免多余的日志记录，可以减少日志数量。

使用延迟日志记录：在高并发系统中，在每个请求处理时间内完成日志记录是不切实际的。可以将日志记录延迟到非高峰期。

3.3 示例代码

下面是一个减少日志量的示例代码，该代码只在需要时才输出日志。


#include <iostream>
#include "spdlog/spdlog.h"
#include "spdlog/sinks/stdout_color_sinks.h"
void do_something() {
    int x = 1, y = 0;
    try {
        std::cout << "x / y = " << x / y << std::endl;
    }
    catch (const std::exception& e) {
        spdlog::error("{}", e.what());
    }
}
int main() {
    // 创建控制台日志记录器
    auto console_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::stdout_color_sink_mt>();
    auto console_logger = std::make_shared<spdlog::logger>("console_logger", console_sink);
    // 设置日志级别和格式
    console_logger->set_level(spdlog::level::warn);
    console_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%^%l%$] %v");
    // 输出日志
    spdlog::info("Program started.");
    do_something();
    spdlog::info("Program completed.");
    return 0;
}

4. 使用异步日志记录

4.1 介绍

在高并发系统中，同步日志记录可能会限制系统的并发性能。如果您的应用程序使用大量的日志记录，异步记录可以提供更好的性能并减少延迟。

4.2 建议

使用异步记录器：许多日志库提供异步记录器，这些记录器在单独的线程中完成日志记录。这可以减少同步记录对主线程的影响。

仅限制日志队列：异步日志记录器会将日志消息放入队列中，并在单独的线程中记录它们。应该限制队列的大小，并使用适当的策略处理溢出情况。例如，可以使用环形缓冲区来保留最新的日志消息。

避免死锁：异步记录器可能会访问共享资源，如日志记录文件。请确保在访问共享资源时使用适当的线程同步机制，以避免死锁。

4.3 示例代码

下面是使用spdlog异步日志记录器的示例代码。


#include "spdlog/spdlog.h"
#include "spdlog/sinks/stdout_color_sinks.h"
#include "spdlog/async.h"
#include "spdlog/details/registry.h"
int main() {
    // 创建控制台日志记录器
    auto console_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::stdout_color_sink_mt>();
    auto console_logger = std::make_shared<spdlog::logger>("console_logger", console_sink);
    // 创建异步记录器，并添加控制台记录器
    spdlog::init_thread_pool(8192, 1);
    auto async_logger = spdlog::details::registry::instance().create<spdlog::async_logger>("async_logger", console_sink, spdlog::thread_pool(), spdlog::async_overflow_policy::block);
    // 设置日志级别和格式
    console_logger->set_level(spdlog::level::debug);
    async_logger->set_level(spdlog::level::debug);
    console_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%^%l%$] %v");
    async_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%^%l%$] %v");
    // 输出日志
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        async_logger->info("async_logger: Hello, {}!", i);
        console_logger->info("console_logger: Hello, {}!", i);
    }
    return 0;
}

5. 使用更高效的日志格式化

5.1 介绍

日志格式化是日志输出中的一个重要的环节，不同的日志格式化方式存在着不同的效率，不同的形式，选择适合的日志格式化方式可以提高日志输出的效率和可读性。

5.2 建议

使用简单的格式化方式：简单的格式化方式通常比复杂的格式化方式更高效。尽量避免使用较长的格式化字符串。

使用缓存的格式化结果：在高并发系统中，格式化字符串会成为性能瓶颈。使用缓存的格式化结果可以减少对格式化字符串的复杂计算，从而提高性能。

5.3 示例代码

下面是使用spdlog日志格式化的示例代码，该代码使用缓存的格式化结果和简单的格式化方式。


#include "spdlog/spdlog.h"
#include "spdlog/sinks/stdout_color_sinks.h"
int main() {
    // 创建控制台日志记录器
    auto console_sink = std::make_shared<spdlog::sinks::stdout_color_sink_mt>();
    auto console_logger = std::make_shared<spdlog::logger>("console_logger", console_sink);
    // 设置日志级别和格式
    console_logger->set_level(spdlog::level::trace);
    console_logger->set_pattern("[%Y-%m-%d %H:%M:%S.%e] [%^%l%$] %v");
    // 缓存格式化结果
    spdlog::memory_buf_t format_buffer;
    // 输出日志
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        format_buffer.clear();
        format_buffer.append_fmt("Hello, {}!", i);
        console_logger->trace("{}", spdlog::to_string(format_buffer));
    }
    return 0;
}

6. 总结

本文介绍了优化C++开发中的日志输出性能的几个方法，包括选择适当的日志库、减少日志量、使用异步日志记录和使用更高效的日志格式化。通过使用这些技术，我们可以提高日志输出的性能，同时减少对程序性能的影响。

如何优化C++开发中的日志输出性能