Spring核心——IOC处理器扩展 原

非侵入式框架

Spring一直标注自己是一个非侵入式框架。非侵入式设计的概念并不新鲜,目标就是降低使用者和框架代码的耦合,毕竟框架的开发者和使用者几乎肯定不是同一个团队。Spring最早的非侵入式实现就是他的一系列XML配置,理想状态下Spring框架的所有的功能都应该是通过配置实现的。元编程在Java中的使用现给非侵入式的设计提供了更好的解决方案,在Java中通过注解(Annotation)即可标记某个类、方法、域的附加功能,而无需通过继承的方式来扩展原始框架没有的功能。下面通过3段代码的例子来说明侵入式与非侵入式的区别。

文章中的代码仅仅用于说明原理,已经删除了一些无关代码,无法执行。可执行代码在:https://github.com/chkui/spring-core-example,如有需要请自行clone,仅支持gradle依赖。

一个基本的容器

下面的代码是大致模仿的IoC容器创建Bean的过程。BeanFactory::createBeans方法传入Bean的类型列表,而迭代器遍历列表完成每一个类的实例创建:

/**框架代码*/
package chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.nopluging;

//创建Bean的工厂类,由框架开发者开发
class BeanFactory {
	//创建一系列的Bean
	public List<Object> createBeans(List<Class<?>> clslist){
		return clslist.stream().map(cls->{
			return createBean(cls);
		}).collect(Collectors.toList());
	}
	//创建一个Bean
	Object createBean(Class<?> cls){
		//添加到容器
		return new BeanWrapper(cls.newInstance());
	}
}

//包装代理
class BeanWrapper {
	private Object bean;
	public BeanWrapper(Object bean) {
		this.bean = bean;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Wrapper(" + this.bean.toString() + ")";
	}
}

下面的代码是框架使用者的代码——将Bean1和Bean2交给BeanFactory来完成初始化:

/**使用端代码*/
package chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.nopluging;

//import ...

public class IocExtensionSampleNoPluging {
    public static void main(String[] args) {
    	List<Class<?>> classes = Arrays.asList(new Class<?>[]{MyBean1.class, MyBean2.class});
    	List<Object> ins = new BeanFactory().createBeans(classes);
    	System.out.println("Result:" + ins.toString());
    }
}

//Bean1,由使用者编码
class MyBean1 {
	public String toString() {
		return "MyBean1 Ins";
	}
}

//Bean2,使用者编码
class MyBean2 {
	public String toString() {
		return "MyBean2 Ins";
	}
}

classpath:chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.nopluging.IocExtensionSample。源码地址

某个时刻,框架的使用者有个新需求是在要在每个Bean创建的前后进行一些处理。我们可以通过继承的方式来实现功能。下面我们修改使用端代码实现这个功能。

继承实现功能扩展

通过继承类BeanFactory,并修改createBean方法可以实现我们的需求:

package chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.extend;

//执行
public class IocExtensionSampleNoPluging {
    public static void main(String[] args) {
    	List<Class<?>> classes = Arrays.asList(new Class<?>[]{MyBean1.class, MyBean2.class});
    	List<Object> ins = new ModifyBeanFactory().createBeans(classes);
    	System.out.println("Result:" + ins.toString());
    }
}

//新建一个BeanFactory的派生类,并修改createBean的实现,添加使用者的处理逻辑
class ModifyBeanFactory extends BeanFactory {
	Object createBean(Class<?> cls){
		Object ins = cls.newInstance();
		//添加容器之前的处理
		BeanWrapper wrapper = new BeanWrapper(ins);
		//添加容器之后的处理
		return wrapper;
	}
}

classpath:chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.extend.IocExtensionSample。源码地址

这里在使用者的代码里新增了一个ModifyBeanFactory类,并重写了createBean方法。在重写的方法中实现我们需要的功能逻辑。但是这样开发会出现以下2点问题:

  1. 导致使用者的代码与框架代码产生了极强的耦合性。如果某天框架进行了调整,例如将方法名改为buildBean、或者增加了更多的代理模式会出现一些意想不到的问题。更麻烦的是可能会遇到一些到运行期才出现的问题。
  2. 我们需要先理解框架的源码才能植入我们的功能,这和很多设计模式的原则是背道而驰的。也会大大影响我们的开发效率。

出现这些问题就叫做“侵入式”——框架代码侵入到使用者的工程代码,导致2者严重耦合,对未来的升级、扩展、二次开发都有深远的影响。

通过注解(Annotation)扩展功能

实际上注解和在XML进行配置都是一样的思路,只是注解讲关系写在了源码上,而使用XML是将关系通过XML来描述。这里实现的功能就类似于在 Bean的定义与控制 一文中介绍的Bean的生命周期方法。

使用注解最大的价值就是非侵入式。非侵入式的好处显而易见:

  1. 无需和框架代码耦合,更新升级框架风险和成本都很小。
  2. 任何时候我们需要需要更换框架,只需修改配置或注解,而无需再去调整我们自己的功能代码。

非侵入式也有一个问题,那就是接入的功能还是需要框架预设,而不可能像继承那样随心所欲。

我们将前面的代码进行一些修改,支持通过注解来指定扩展的功能:

package chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.annotation;

class BeanFactory {
	public List<Object> createBeans(List<Class<?>> clslist){
		//同前文...
	}
	Object createBean(Class<?> cls){
		BeanWrapper wrapper = null;
		Object ins = cls.newInstance();
        /**这里增加了一个Handle对象。
           Handle会对注解进行处理,确定添加容器前后的执行方法。*/
		Handle handle = processBeforeAndAfterHandle(ins);
		handle.exeBefore();
		wrapper = new BeanWrapper(ins);
		handle.exeAfter();
		return wrapper;
	}
	
    // 通过反射来确定Bean被添加到容器前后的执行方法。
	private Handle processBeforeAndAfterHandle(Object obj) {
		Method[] methods = obj.getClass().getDeclaredMethods();
		Handle handle = new Handle(obj);
		for(Method method : methods) {
			Annotation bef = method.getAnnotation(before.class);
			Annotation aft = method.getAnnotation(after.class);
			if(null != bef) handle.setBefore(method);
			if(null != aft) handle.setBefore(method);
		}
		return handle;
	}
}

下面是Handle处理器和对应的注解的代码:

class Handle{
	Object instance;
	Method before;
	Method after;
	Handle(Object ins){
		this.instance = ins;
	}
	void setBefore(Method method) {
		this.before = method;
	}
	void setAfter(Method method) {
		this.after = method;
	}
	void exeBefore(){
		if(null != this.before) {
			this.before.invoke(this.instance, null);
		}
	}
	void exeAfter(){
		if(null != this.after) {
			this.after.invoke(this.instance, null);
		}
	}
}

//注解----------------------------------------
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface before {}

@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface after{}

使用者的代码,我们将注解添加到Bean的对应的方法上:

public class IocExtensionSampleNoPluging {
    public static void main(String[] args) {
    	List<Class<?>> classes = Arrays.asList(new Class<?>[]{MyBean1.class, MyBean2.class});
    	List<Object> ins = new BeanFactory().createBeans(classes);
    	System.out.println("Result:" + ins.toString());
    }
}

//预设的Bean1
class MyBean1 {
	public String toString() {
		return "MyBean1 Ins";
	}
	
	@before
	public void init() {
    	System.out.println("Before Init:" + this.toString());
	}
}

//预设的Bean2
class MyBean2 {
	public String toString() {
		return "MyBean2 Ins";
	}
	
	@after
	public void post() {
    	System.out.println("After Init:" + this.toString());
	}
}

我们为MyBean1和MyBean2分别添加了init、post方法和对应的@before、@after注解。执行之后输出一下内容:

Before Init:MyBean1 Ins
After Init:MyBean2 Ins
Result:[Wrapper(MyBean1 Ins), Wrapper(MyBean2 Ins)]

classpath:chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.annotation.IocExtensionSample。源码地址

注解对应的方法都顺利执行。

通过注解,我们实现了扩展功能,任何时候只需要通过添加或修改注解即可向容器扩展功能。在Spring核心功能里,Bean的生命周期管理都是通过这种思路实现的,除了注解之外还有XML支持。

在使用spring的过程中,我想各位码友多多少少都通过继承Spring某些类来实现了一些需要扩展的功能。而且我发现网上很多使用spring某些功能的例子也是通过继承实现的。建议尽量不要去采用这种加深耦合的方式实现扩展,Spring提供了多种多样的容器扩展机制,后面的文章会一一介绍。

后置处理器

后置处理器——BeanPostProcessor是Spring核心框架容器扩展功能之一,作用和Bean的生命周期方法类似,也是在Bean完成初始化前后被调用。但是和生命周期方法不同的是,他无需在每一个Bean上去实现代码,而是通过一个独立的Bean来处理全局的初始化过程。

BeanPostProcessor与Bean生命周期方法体现出的差异是:我们无论任何时候都可以加入处理器来实现扩展功能,这样做的好处是无需调整之前的Bean的任何代码也可以植入功能。

这种实现方式与切面(AOP)有一些相似的地方,但是实现的方式是完全不一样的,而且处理器会对所有Bean进行处理。

BeanPostProcessor的实现非常简单,只添加一个Bean实现BeanPostProcessor接口即可:

package chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor;

public class Processor implements BeanPostProcessor {
    //初始化之前
	public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) {
        return bean;
    }
	//初始化之后
	public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {
        System.out.println("Bean '" + beanName + "' created : " + bean.toString());
        return bean;
    }
}

BeanPostProcessor的使用案例请查看实例代码中 chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor 包中的代码,包含:

一个实体类:chkui.springcore.example.xml.entity.User

一个服务接口和服务类:chkui.springcore.example.xml.service.UserService

处理器:chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.Processor

Main入口:chkui.springcore.example.xml.beanpostprocessor.BeanPostProcessor

配置文件:/src/main/resources/xml/config.xml

更多的后置处理器说明

见:https://www.chkui.com/article/spring/spring_core_post_processor_of_official

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