聊聊Spring中的数据绑定 --- BeanWrapper以及Java内省Introspector和PropertyDescriptor【享学Spring】

前言

这篇文章需要依赖于对属性访问器PropertyAccessor的理解,也就是上篇文章的内容:【小家Spring】聊聊Spring中的数据绑定 — 属性访问器PropertyAccessor和实现类DirectFieldAccessor的使用

如果说上篇文章所说的PropertyAccessor你没有接触过和听过,那么本文即将要说的重点:BeanWrapper你应该多少有所耳闻吧~ BeanWrapper可以简单的把它理解为:一个方便开发人员使用字符串来对Java Bean的属性执行get、set操作的工具。关于它的数据转换使用了如下两种机制:

  1. PropertyEditor:隶属于Java Bean规范PropertyEditor只提供了String <-> Object的转换。
  2. ConversionService:Spring自3.0之后提供的替代PropertyEditor的机制(BeanWrapper在Spring的第一个版本就存在了~)

按照Spring官方文档的说法,当容器内没有注册ConversionService的时候,会退回使用PropertyEditor机制。言外之意:首选方案是ConversionService 其实了解的伙伴应该知道,这不是BeanWrapper的内容,而是父接口PropertyAccessor的内容~

BeanWrapper

官方解释:Spring低级JavaBeans基础设施的中央接口。通常来说并不直接使用BeanWrapper,而是借助BeanFactory或者DataBinder来一起使用~

//@since 13 April 2001  很清晰的看到,它也是个`PropertyAccessor`属性访问器
public interface BeanWrapper extends ConfigurablePropertyAccessor {

	// @since 4.1
	void setAutoGrowCollectionLimit(int autoGrowCollectionLimit);
	int getAutoGrowCollectionLimit();


	Object getWrappedInstance();
	Class<?> getWrappedClass();

	// 获取属性们的PropertyDescriptor  获取属性们
	PropertyDescriptor[] getPropertyDescriptors();
	// 获取具体某一个属性~
	PropertyDescriptor getPropertyDescriptor(String propertyName) throws InvalidPropertyException;
}

BeanWrapper相当于一个代理器,Spring委托BeanWrapper完成Bean属性的填充工作。关于此接口的实现类,简单的说它只有唯一实现类:BeanWrapperImpl

BeanWrapperImpl

它作为BeanWrapper接口的默认实现,它足以满足所有的典型应用场景,它会缓存Bean的内省结果而提高效率。

在Spring2.5之前,此实现类是非public的,但在2.5之后给public了并且还提供了工厂:PropertyAccessorFactory帮助第三方框架能快速获取到一个实例~

public class BeanWrapperImpl extends AbstractNestablePropertyAccessor implements BeanWrapper {

	// 缓存内省结果~
	@Nullable
	private CachedIntrospectionResults cachedIntrospectionResults;
	// The security context used for invoking the property methods.
	@Nullable
	private AccessControlContext acc;

	// 构造方法都是沿用父类的~
	public BeanWrapperImpl() {
		this(true);
	}
	... 
	private BeanWrapperImpl(Object object, String nestedPath, BeanWrapperImpl parent) {
		super(object, nestedPath, parent);
		setSecurityContext(parent.acc);
	}


	// @since 4.3  设置目标对象~~~
	public void setBeanInstance(Object object) {
		this.wrappedObject = object;
		this.rootObject = object;
		this.typeConverterDelegate = new TypeConverterDelegate(this, this.wrappedObject);
		// 设置内省的clazz
		setIntrospectionClass(object.getClass());
	}

	// 复写父类的方法  增加内省逻辑
	@Override
	public void setWrappedInstance(Object object, @Nullable String nestedPath, @Nullable Object rootObject) {
		super.setWrappedInstance(object, nestedPath, rootObject);
		setIntrospectionClass(getWrappedClass());
	}

	// 如果cachedIntrospectionResults它持有的BeanClass并不是传入的clazz 那就清空缓存 重新来~~~
	protected void setIntrospectionClass(Class<?> clazz) {
		if (this.cachedIntrospectionResults != null && this.cachedIntrospectionResults.getBeanClass() != clazz) {
			this.cachedIntrospectionResults = null;
		}
	}
	private CachedIntrospectionResults getCachedIntrospectionResults() {
		if (this.cachedIntrospectionResults == null) {
			// forClass此方法:生成此clazz的类型结果,并且缓存了起来~~
			this.cachedIntrospectionResults = CachedIntrospectionResults.forClass(getWrappedClass());
		}
		return this.cachedIntrospectionResults;
	}
	...

	// 获取到此属性的处理器。此处是个BeanPropertyHandler 内部类~
	@Override
	@Nullable
	protected BeanPropertyHandler getLocalPropertyHandler(String propertyName) {
		PropertyDescriptor pd = getCachedIntrospectionResults().getPropertyDescriptor(propertyName);
		return (pd != null ? new BeanPropertyHandler(pd) : null);
	}
	@Override
	protected BeanWrapperImpl newNestedPropertyAccessor(Object object, String nestedPath) {
		return new BeanWrapperImpl(object, nestedPath, this);
	}
	@Override
	public PropertyDescriptor[] getPropertyDescriptors() {
		return getCachedIntrospectionResults().getPropertyDescriptors();
	}

	// 获取具体某一个属性的PropertyDescriptor 
	@Override
	public PropertyDescriptor getPropertyDescriptor(String propertyName) throws InvalidPropertyException {
		BeanWrapperImpl nestedBw = (BeanWrapperImpl) getPropertyAccessorForPropertyPath(propertyName);
		String finalPath = getFinalPath(nestedBw, propertyName);
		PropertyDescriptor pd = nestedBw.getCachedIntrospectionResults().getPropertyDescriptor(finalPath);
		if (pd == null) {
			throw new InvalidPropertyException(getRootClass(), getNestedPath() + propertyName, "No property '" + propertyName + "' found");
		}
		return pd;
	}
	...

	// 此处理器处理的是PropertyDescriptor 
	private class BeanPropertyHandler extends PropertyHandler {
		private final PropertyDescriptor pd;

		// 是否可读、可写  都是由PropertyDescriptor 去决定了~
		// java.beans.PropertyDescriptor~~
		public BeanPropertyHandler(PropertyDescriptor pd) {
			super(pd.getPropertyType(), pd.getReadMethod() != null, pd.getWriteMethod() != null);
			this.pd = pd;
		}
		...
		@Override
		@Nullable
		public Object getValue() throws Exception {
			...
			ReflectionUtils.makeAccessible(readMethod);
			return readMethod.invoke(getWrappedInstance(), (Object[]) null);
		}
		...
	}
}

从继承体系上,首先我们应该能看出来BeanWrapperImpl的三重身份:

  1. Bean包裹器
  2. 属性访问器(PropertyAccessor)
  3. 属性编辑器注册表(PropertyEditorRegistry)

从源码中继续分析还能再得出如下两个结论:

  1. 它给属性赋值调用的是Method方法,如readMethod.invokewriteMethod.invoke
  2. 它对Bean的操作,大都委托给CachedIntrospectionResults去完成~

因此若想了解它,必然主要是要先了解java.beans.PropertyDescriptororg.springframework.beans.CachedIntrospectionResults,首当其冲的自然还有Java内省


Java内省Introspector

首先可以先了解下JavaBean的概念:一种特殊的类,主要用于传递数据信息。这种类中的方法主要用于访问私有的字段,且方法名符合某种命名规则。如果在两个模块之间传递信息,可以将信息封装进JavaBean中,这种对象称为“值对象”(Value Object),或“VO”。

因此JavaBean都有如下几个特征:

  1. 属性都是私有的;
  2. 有无参的public构造方法;
  3. 对私有属性根据需要提供公有的getXxx方法以及setXxx方法;
  4. getters必须有返回值没有方法参数;setter值没有返回值,有方法参数;

符合这些特征的类,被称为JavaBean;JDK中提供了一套API用来访问某个属性的getter/setter方法,这些API存放在java.beans中,这就是内省(Introspector)

内省和反射的区别

反射:Java反射机制是在运行中,对任意一个类,能够获取得到这个类的所有属性和方法;它针对的是任意类 内省(Introspector):是Java语言对JavaBean类属性、事件的处理方法

  1. 反射可以操作各种类的属性,而内省只是通过反射来操作JavaBean的属性
  2. 内省设置属性值肯定会调用seter方法,反射可以不用(反射可直接操作属性Field)
  3. 反射就像照镜子,然后能看到.class的所有,是客观的事实。内省更像主观的判断:比如看到getName()内省就会认为这个类中有name字段,但事实上并不一定会有name;通过内省可以获取bean的getter/setter

既然反射比内省比内省强大这么多,那内省用在什么时候场景呢?下面给出一个示例来说明它的用武之地:

	// 就这样简单几步,就完成了表单到User对象的封装~
    public void insertUser(HttpServletRequest request) throws Exception {
        User user = new User();

        // 遍历:根据字段名去拿值即可(此处省略判空、类型转换等细节,不在本文讨论范围)
        PropertyDescriptor[] pds = Introspector.getBeanInfo(User.class).getPropertyDescriptors();
        for (PropertyDescriptor pd : pds) {
            pd.getWriteMethod().invoke(user, request.getParameter(pd.getName()));
        }
    }

通过内省可以很轻松的将form表单的内容填充进对象里面,比反射轻松省力多了。其实像MyBatis这种框架,底层都用到了Java的内省机制。

内省的API主要有Introspector、BeanInfo、PropertyDescriptor等,下面就以他三为例来操作一个JavaBean:

@Getter
@Setter
@ToString
public class Child {

    private String name;
    private Integer age;
    
}
使用Introspector + BeanInfo
    public static void main(String[] args) throws IntrospectionException {
        BeanInfo beanInfo = Introspector.getBeanInfo(Child.class);

        BeanDescriptor beanDescriptor = beanInfo.getBeanDescriptor();
        MethodDescriptor[] methodDescriptors = beanInfo.getMethodDescriptors();
        PropertyDescriptor[] propertyDescriptors = beanInfo.getPropertyDescriptors();

        // 打印
        System.out.println(beanDescriptor);
        System.out.println("------------------------------");
        Arrays.stream(methodDescriptors).forEach(x -> System.out.println(x));
        System.out.println("------------------------------");
        Arrays.stream(propertyDescriptors).forEach(x -> System.out.println(x));
        System.out.println("------------------------------");
    }

输入内容如下:

java.beans.BeanDescriptor[name=Child; beanClass=class com.fsx.bean.Child]
------------------------------
java.beans.MethodDescriptor[name=getClass; method=public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()]
java.beans.MethodDescriptor[name=getName; method=public java.lang.String com.fsx.bean.Child.getName()]
java.beans.MethodDescriptor[name=setAge; method=public void com.fsx.bean.Child.setAge(java.lang.Integer)]
java.beans.MethodDescriptor[name=setName; method=public void com.fsx.bean.Child.setName(java.lang.String)]
java.beans.MethodDescriptor[name=getAge; method=public java.lang.Integer com.fsx.bean.Child.getAge()]
java.beans.MethodDescriptor[name=wait; method=public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException]
java.beans.MethodDescriptor[name=notifyAll; method=public final native void java.lang.Object.notifyAll()]
java.beans.MethodDescriptor[name=notify; method=public final native void java.lang.Object.notify()]
java.beans.MethodDescriptor[name=wait; method=public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException]
java.beans.MethodDescriptor[name=hashCode; method=public native int java.lang.Object.hashCode()]
java.beans.MethodDescriptor[name=wait; method=public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException]
java.beans.MethodDescriptor[name=equals; method=public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)]
java.beans.MethodDescriptor[name=toString; method=public java.lang.String com.fsx.bean.Child.toString()]
------------------------------
java.beans.PropertyDescriptor[name=age; propertyType=class java.lang.Integer; readMethod=public java.lang.Integer com.fsx.bean.Child.getAge(); writeMethod=public void com.fsx.bean.Child.setAge(java.lang.Integer)]
java.beans.PropertyDescriptor[name=class; propertyType=class java.lang.Class; readMethod=public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()]
java.beans.PropertyDescriptor[name=name; propertyType=class java.lang.String; readMethod=public java.lang.String com.fsx.bean.Child.getName(); writeMethod=public void com.fsx.bean.Child.setName(java.lang.String)]
------------------------------

可以看到getMethodDescriptors()它把父类的MethodDescriptor也拿出来了。 而PropertyDescriptor中比较特殊的是因为有getClass()方法,因此class也算是一个PropertyDescriptor,但是它没有writeMethod哦~

关于BeanInfo,Spring在3.1提供了一个类ExtendedBeanInfo继承自它实现了功能扩展,并且提供了BeanInfoFactory来专门生产它~~~(实现类为:ExtendedBeanInfoFactory

但是如果只想拿某一个属性的话,使用Introspector就不是那么方便了,下面介绍更为常用的PropertyDescriptor来处理某一个属性~

PropertyDescriptor 属性描述器

属性描述符描述了Java bean通过一对访问器方法导出的一个属性。上面的示例此处用PropertyDescriptor试试:

    public static void main(String[] args) throws IntrospectionException {
        PropertyDescriptor age = new PropertyDescriptor("age", Child.class);
        System.out.println(age.getPropertyType()); //class java.lang.Integer
        System.out.println(age.getDisplayName()); //age


        // 最重要的两个方法~~~
        System.out.println(age.getReadMethod()); //public java.lang.Integer com.fsx.bean.Child.getAge()
        System.out.println(age.getWriteMethod()); //public void com.fsx.bean.Child.setAge(java.lang.Integer)
    }

可以看到它可以实现更加细粒度的控制。将PropertyDescriptor类的一些主要方法描述如下:

  1. getPropertyType(),获得属性的Class对象;
  2. getReadMethod(),获得用于读取属性值的方法;
  3. getWriteMethod(),获得用于写入属性值的方法;
  4. setReadMethod(Method readMethod),设置用于读取属性值的方法;
  5. setWriteMethod(Method writeMethod),设置用于写入属性值的方法。

CachedIntrospectionResults

Spring如果需要依赖注入那么就必须依靠Java内省这个特性了,说到Spring IOC与JDK内省的结合那么就不得不说一下Spring中的CachedIntrospectionResults这个类了。 它是Spring提供的专门用于缓存JavaBean的PropertyDescriptor描述信息的类,不能被应用代码直接使用。

它的缓存信息是被静态存储起来的(应用级别),因此对于同一个类型的被操作的JavaBean并不会都创建一个新的CachedIntrospectionResults,因此,这个类使用了工厂模式,使用私有构造器和一个静态的forClass工厂方法来获取实例。

public final class CachedIntrospectionResults {
	
	// 它可以通过在spring.properties里设置这个属性,来关闭内省的缓存~~~
	public static final String IGNORE_BEANINFO_PROPERTY_NAME = "spring.beaninfo.ignore";
	private static final boolean shouldIntrospectorIgnoreBeaninfoClasses = SpringProperties.getFlag(IGNORE_BEANINFO_PROPERTY_NAME);

	// 此处使用了SpringFactoriesLoader这个SPI来加载BeanInfoFactory,唯一实现类是ExtendedBeanInfoFactory
	/** Stores the BeanInfoFactory instances. */
	private static List<BeanInfoFactory> beanInfoFactories = SpringFactoriesLoader.loadFactories(
			BeanInfoFactory.class, CachedIntrospectionResults.class.getClassLoader());

	static final Set<ClassLoader> acceptedClassLoaders = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));
	static final ConcurrentMap<Class<?>, CachedIntrospectionResults> strongClassCache = new ConcurrentHashMap<>(64);
	static final ConcurrentMap<Class<?>, CachedIntrospectionResults> softClassCache = new ConcurrentReferenceHashMap<>(64);

	// 被包裹类的BeanInfo~~~也就是目标类
	private final BeanInfo beanInfo;
	// 它缓存了被包裹类的所有属性的属性描述器PropertyDescriptor。
	private final Map<String, PropertyDescriptor> propertyDescriptorCache;



	... // 其它的都是静态方法
	// 只有它会返回一个实例,此类是单例的设计~  它保证了每个beanClass都有一个CachedIntrospectionResults 对象,然后被缓存起来~
	static CachedIntrospectionResults forClass(Class<?> beanClass) throws BeansException { ... }
}

本处理类的核心内容是Java内省getBeanInfo()以及PropertyDescriptor~注意:为了使此内省缓存生效,有个前提条件请保证了:

  • 确保将Spring框架的Jar包和你的应用类使用的是同一个ClassLoader加载的,这样在任何情况下会允许随着应用的生命周期来清楚缓存。

因此对于web应用来说,Spring建议给web容器注册一个IntrospectorCleanupListener监听器来防止多ClassLoader布局,这样也可以有效的利用caching从而提高效率~


监听器的配置形如这样(此处以web.xml里配置为例):

<listener>
    <listener-class>org.springframework.web.util.IntrospectorCleanupListener</listener-class>
</listener>

说明:请保证此监听器配置在第一个位置,比ContextLoaderListener还靠前~ 此监听器能有效的防止内存泄漏问题~~~(因为内省的缓存是应用级别的全局缓存,很容易造成泄漏的~) 其实流行框架比如struts, Quartz等在使用JDK的内省时,存在没有释的内存泄漏问题~


DirectFieldAccessFallbackBeanWrapper

说完了BeanWrapperImpl,可以看看它的子类DirectFieldAccessFallbackBeanWrapper,他就像BeanWrapperImplDirectFieldAccessor的结合体。它先用BeanWrapperImpl.getPropertyValue(),若抛出异常了(毕竟内省不是十分靠谱,哈哈)再用DirectFieldAccessor~~~此子类在JedisClusterConnection有被使用到过,比较简单没啥太多好说的~

PropertyAccessorFactory

Spring2.5后提供的快速获取PropertyAccessor两个重要实现类的工厂。

public final class PropertyAccessorFactory {
	private PropertyAccessorFactory() {
	}
	// 生产一个BeanWrapperImpl(最为常用)
	public static BeanWrapper forBeanPropertyAccess(Object target) {
		return new BeanWrapperImpl(target);
	}
	// 生产一个DirectFieldAccessor
	public static ConfigurablePropertyAccessor forDirectFieldAccess(Object target) {
		return new DirectFieldAccessor(target);
	}

}

BeanWrapper使用Demo

说了这么多,是时候实战一把了~

// 省略Apple类和Size类,有需要的请参照上篇文章(加上@Getter、@Setter即可

    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = new Apple();

        BeanWrapper beanWrapper = PropertyAccessorFactory.forBeanPropertyAccess(apple);

        // ================当作一个普通的PropertyAccessor来使用  默认情况下字段也都必须有初始值才行~===================
        // 设置普通属性
        beanWrapper.setPropertyValue("color", "红色"); //请保证对应字段有set方法才行,否则抛错:Does the parameter type of the setter match the return type of the getter?
        // 设置嵌套属性(注意:此处能够正常work是因为有= new Size(),
        // 否则报错:Value of nested property 'size' is null 下同~)
        beanWrapper.setPropertyValue("size.height", 10);

        // 设置集合/数组属性
        beanWrapper.setPropertyValue("arrStr[0]", "arrStr");
        beanWrapper.setPropertyValue("arrStr[1]", "arrStr1"); // 注意:虽然初始化时初始化过数组了,但是仍以此处的为准
        // =========打印输出
        System.out.println(apple); //Apple(color=红色, size=Size(height=10, width=null), arrStr=[arrStr, arrStr1], listStr=[], map={}, listList=[[]], listMap=[{}])


        // 当作BeanWrapper使用
        PropertyDescriptor[] propertyDescriptors = beanWrapper.getPropertyDescriptors();
        PropertyDescriptor color = beanWrapper.getPropertyDescriptor("color");
        System.out.println(propertyDescriptors.length); // 8
        System.out.println(color); //org.springframework.beans.GenericTypeAwarePropertyDescriptor[name=color]

        System.out.println(beanWrapper.getWrappedClass()); //class com.fsx.bean.Apple
        System.out.println(beanWrapper.getWrappedInstance()); //Apple(color=红色, size=Size(height=10...
    }

上面代码能够清晰的表示了通过BeanWrapper来操作JavaBean还是非常之简便的。


最后,上一张比较丑的结构图,画一画属性编辑器、类型转换器、属性解析器、属性访问器大致的一个关系(此图不喜勿碰):

总结

BeanWrapper接口,作为Spring内部的一个核心接口,正如其名,它是bean的包裹类,即在内部中将会保存该bean的实例,提供其它一些扩展功能。

Spring对Bean的属性存取都是通过BeanWrapperImpl实现的,BeanWrapperImplBean是一对一的关系,BeanWrapperImpl通过属性的读方法写方法来存取Bean属性的。为了更加深刻的了解BeanWrapper,下篇文章会深入分析Spring BeanFactory对它的应用~

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