Spring 实战:通过 BeanPostProcessor 动态注入 ID 生成器

你好,我是看山。

在分布式系统中,我们会需要 ID 生成器的组件,这个组件可以实现帮助我们生成顺序的或者带业务含义的 ID。

目前有很多经典的 ID 生成方式,比如数据库自增列(自增主键或序列)、Snowflake 算法、美团 Leaf 算法等等,所以,会有一些公司级或者业务级的 ID 生成器组件的诞生。本文就是通过 BeanPostProcessor 实现动态注入 ID 生成器的实战。

在 Spring 中,实现注入的方式很多,比如 springboot 的 starter,在自定义的 Configuration 中初始化 ID 生成器的 Bean,业务代码中通过@AutoWired或者@Resource注入即可,开箱即用。这种方式简单直接,但是缺点也是过于简单,缺少了使用方自定义的入口。

考虑一下实际场景,在同一个业务单据中,要保持 ID 的唯一,但是在不同单据中,可以重复。而且,这些算法在生成 ID 的时候,为了保持多线程返回结果唯一,都会锁定共享资源。如果不同业务,并发情景不同,可能低并发的业务被高并发的业务阻塞获取 ID,造成一些性能的损失。所以,我们要考虑将 ID 生成器,根据业务隔离开,这样 springboot 的 starter 就会显得不够灵活了。

实现

根据上面的需求,我们可以分几步实现我们的逻辑:

  1. 自定义属性注解,用于判断是否需要注入属性对象
  2. 定义 ID 生成器接口、实现类,以及工厂类,工厂类是为了根据定义创建不同的 ID 生成器实现对象
  3. 定义 BeanPostProcessor,查找使用自定义注解定义的属性,实现注入

自定义注解

首先自定义一个注解,可以定义一个value属性,作为隔离业务的标识:

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.METHOD})
public @interface IdGeneratorClient {
    /**
     * ID 生成器名称
     *
     * @return
     */
    String value() default "DEFAULT";
}

定义 ID 生成器

定义 ID 生成器的接口:

public interface IdGenerator {
    String groupName();

    long nextId();
}

实现 ID 生成器接口,偷懒使用AtomicLong实现自增,同时考虑 ID 生成器是分组的,通过ConcurrentHashMap实现 ID 生成器的持有:

class DefaultIdGenerator implements IdGenerator {
    private static final Map<String, AtomicLong> ID_CACHE = new ConcurrentHashMap<>(new HashMap<>());
    private final String groupName;

    DefaultIdGenerator(final String groupName) {
        this.groupName = groupName;
        synchronized (ID_CACHE) {
            ID_CACHE.computeIfAbsent(groupName, key -> new AtomicLong(1));
        }
    }

    @Override
    public String groupName() {
        return this.groupName;
    }

    @Override
    public long nextId() {
        return ID_CACHE.get(this.groupName).getAndIncrement();
    }
}

如前面设计的,我们需要一个工厂类来创建 ID 生成器,示例中使用最简单的实现,我们真正使用的时候,还可以通过更加灵活的 SPI 实现(关于 SPI 的实现,这里挖个坑,后面专门写一篇填坑):

public enum IdGeneratorFactory {
    INSTANCE;

    private static final Map<String, IdGenerator> ID_GENERATOR_MAP = new ConcurrentHashMap<>(new HashMap<>());

    public synchronized IdGenerator create(final String groupName) {
        return ID_GENERATOR_MAP.computeIfAbsent(groupName, key -> new DefaultIdGenerator(groupName));
    }
}

定义 BeanPostProcessor

前面都是属于基本操作,这里才是扩展的核心。我们的实现逻辑是:

  1. 扫描 bean 的所有属性,然后找到定义了IdGeneratorClient注解的属性
  2. 获取注解的value值,作为 ID 生成器的分组标识
  3. 使用IdGeneratorFactory这个工厂类生成 ID 生成器实例,这里会返回新建的或已经定义的实例
  4. 通过反射将 ID 生成器实例写入 bean
public class IdGeneratorBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(final Object bean, final String beanName) throws BeansException {
        return bean;
    }

    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(final Object bean, final String beanName) throws BeansException {
        parseFields(bean);
        return bean;
    }

    private void parseFields(final Object bean) {
        if (bean == null) {
            return;
        }
        Class<?> clazz = bean.getClass();
        parseFields(bean, clazz);

        while (clazz.getSuperclass() != null && !clazz.getSuperclass().equals(Object.class)) {
            clazz = clazz.getSuperclass();
            parseFields(bean, clazz);
        }
    }

    private void parseFields(final Object bean, Class<?> clazz) {
        if (bean == null || clazz == null) {
            return;
        }

        for (final Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
            try {
                final IdGeneratorClient annotation = AnnotationUtils.getAnnotation(field, IdGeneratorClient.class);
                if (annotation == null) {
                    continue;
                }

                final String groupName = annotation.value();

                final Class<?> fieldType = field.getType();
                if (fieldType.equals(IdGenerator.class)) {
                    final IdGenerator idGenerator = IdGeneratorFactory.INSTANCE.create(groupName);
                    invokeSetField(bean, field, idGenerator);
                    continue;
                }

                throw new RuntimeException("未知字段类型无法初始化,bean: " + bean + ",field: " + field);
            } catch (Throwable t) {
                throw new RuntimeException("初始化字段失败,bean=" + bean + ",field=" + field, t);
            }
        }
    }

    private void invokeSetField(final Object bean, final Field field, final Object param) {
        ReflectionUtils.makeAccessible(field);
        ReflectionUtils.setField(field, bean, param);
    }
}

实现BeanPostProcessor接口需要完成postProcessBeforeInitializationpostProcessAfterInitialization两个方法的定义。下图是 Spring 中 Bean 的实例化过程:

Spring 中 Bean 的实例化过程图示

从图中可以知道,Spring 调用BeanPostProcessor的这两个方法时,bean 已经被实例化,所有能注入的属性都已经被注入了,是一个完整的 bean。而且两个方法的返回值,可以是原来的 bean 实例,也可以是包装后的实例,这就要看我们的定义了。

测试我们的代码

写一个测试用例,验证我们的实现是否生效:

@SpringBootTest
class SpringBeanPostProcessorApplicationTests {
    @IdGeneratorClient
    private IdGenerator defaultIdGenerator;
    @IdGeneratorClient("group1")
    private IdGenerator group1IdGenerator;

    @Test
    void contextLoads() {
        Assert.notNull(defaultIdGenerator, "注入失败");
        System.out.println(defaultIdGenerator.groupName() + " => " + defaultIdGenerator.nextId());

        Assert.notNull(group1IdGenerator, "注入失败");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(defaultIdGenerator.groupName() + " => " + defaultIdGenerator.nextId());
            System.out.println(group1IdGenerator.groupName() + " => " + group1IdGenerator.nextId());
        }
    }

}

运行结果为:

DEFAULT => 1
DEFAULT => 2
group1 => 1
DEFAULT => 3
group1 => 2
DEFAULT => 4
group1 => 3
DEFAULT => 5
group1 => 4
DEFAULT => 6
group1 => 5

可以看到,默认的 ID 生成器与定义名称为 group1 的 ID 生成器是分别生成的,符合预期。

文末思考

我们实现了通过BeanPostProcessor实现自动注入自定义的业务对象,上面的实现还比较简单,有很多可以扩展的地方,比如工厂方法实现,可以借助 SPI 的方式更加灵活的创建 ID 生成器对象。同时,考虑到分布式场景,我们还可以在 ID 生成器实现类中,通过注入 rpc 实例,实现远程 ID 生成逻辑。

玩法无限,就看我们的想象了。

源码

附上源码:https://github.com/howardliu-cn/effective-spring/tree/main/spring-beanpostprocessor

参考

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你好,我是看山,公众号:看山的小屋,10 年老猿,开源贡献者。游于码界,戏享人生。

个人主页:https://www.howardliu.cn
个人博文:Spring 实战:通过 BeanPostProcessor 动态注入 ID 生成器
CSDN 主页:http://blog.csdn.net/liuxinghao
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