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SpringBoot之通過BeanPostProcessor動態(tài)注入ID生成器案例詳解

更新時間：2021年09月03日 11:39:17 作者：沉潛飛動

這篇文章主要介紹了SpringBoot之通過BeanPostProcessor動態(tài)注入ID生成器案例詳解,本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術(shù)的了解與使用,以下就是詳細(xì)內(nèi)容,需要的朋友可以參考下

在分布式系統(tǒng)中，我們會需要 ID 生成器的組件，這個組件可以實現(xiàn)幫助我們生成順序的或者帶業(yè)務(wù)含義的 ID。

目前有很多經(jīng)典的 ID 生成方式，比如數(shù)據(jù)庫自增列（自增主鍵或序列）、Snowflake 算法、美團 Leaf 算法等等，所以，會有一些公司級或者業(yè)務(wù)級的 ID 生成器組件的誕生。本文就是通過 BeanPostProcessor 實現(xiàn)動態(tài)注入 ID 生成器的實戰(zhàn)。

在 Spring 中，實現(xiàn)注入的方式很多，比如 springboot 的 starter，在自定義的 Configuration 中初始化 ID 生成器的 Bean，業(yè)務(wù)代碼中通過@AutoWired或者@Resource注入即可，開箱即用。這種方式簡單直接，但是缺點也是過于簡單，缺少了使用方自定義的入口。

考慮一下實際場景，在同一個業(yè)務(wù)單據(jù)中，要保持 ID 的唯一，但是在不同單據(jù)中，可以重復(fù)。而且，這些算法在生成 ID 的時候，為了保持多線程返回結(jié)果唯一，都會鎖定共享資源。如果不同業(yè)務(wù)，并發(fā)情景不同，可能低并發(fā)的業(yè)務(wù)被高并發(fā)的業(yè)務(wù)阻塞獲取 ID，造成一些性能的損失。所以，我們要考慮將 ID 生成器，根據(jù)業(yè)務(wù)隔離開，這樣 springboot 的 starter 就會顯得不夠靈活了。

實現(xiàn)

根據(jù)上面的需求，我們可以分幾步實現(xiàn)我們的邏輯：

自定義屬性注解，用于判斷是否需要注入屬性對象
定義 ID 生成器接口、實現(xiàn)類，以及工廠類，工廠類是為了根據(jù)定義創(chuàng)建不同的 ID 生成器實現(xiàn)對象
定義 BeanPostProcessor，查找使用自定義注解定義的屬性，實現(xiàn)注入

自定義注解

首先自定義一個注解，可以定義一個value屬性，作為隔離業(yè)務(wù)的標(biāo)識：

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

定義 ID 生成器

定義 ID 生成器的接口：

public interface IdGenerator {
    String groupName();

    long nextId();
}

實現(xiàn) ID 生成器接口，偷懶使用AtomicLong實現(xiàn)自增，同時考慮 ID 生成器是分組的，通過ConcurrentHashMap實現(xiàn) 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();
    }
}

如前面設(shè)計的，我們需要一個工廠類來創(chuàng)建 ID 生成器，示例中使用最簡單的實現(xiàn)，我們真正使用的時候，還可以通過更加靈活的 SPI 實現(xiàn)（關(guān)于 SPI 的實現(xiàn)，這里挖個坑，后面專門寫一篇填坑）：

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));
    }
}

定義 BeanPostProcessor

前面都是屬于基本操作，這里才是擴展的核心。我們的實現(xiàn)邏輯是：

掃描 bean 的所有屬性，然后找到定義了IdGeneratorClient注解的屬性
獲取注解的value值，作為 ID 生成器的分組標(biāo)識
使用IdGeneratorFactory這個工廠類生成 ID 生成器實例，這里會返回新建的或已經(jīng)定義的實例
通過反射將 ID 生成器實例寫入 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("未知字段類型無法初始化，bean: " + bean + "，field: " + field);
            } catch (Throwable t) {
                throw new RuntimeException("初始化字段失敗，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);
    }
}

實現(xiàn)BeanPostProcessor接口需要完成postProcessBeforeInitialization和postProcessAfterInitialization兩個方法的定義。下圖是 Spring 中 Bean 的實例化過程：

Spring 中 Bean 的實例化過程圖示

從圖中可以知道，Spring 調(diào)用BeanPostProcessor的這兩個方法時，bean 已經(jīng)被實例化，所有能注入的屬性都已經(jīng)被注入了，是一個完整的 bean。而且兩個方法的返回值，可以是原來的 bean 實例，也可以是包裝后的實例，這就要看我們的定義了。

測試我們的代碼

寫一個測試用例，驗證我們的實現(xiàn)是否生效：

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

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

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

}

運行結(jié)果為：

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，默認(rèn)的 ID 生成器與定義名稱為 group1 的 ID 生成器是分別生成的，符合預(yù)期。

文末思考

我們實現(xiàn)了通過BeanPostProcessor實現(xiàn)自動注入自定義的業(yè)務(wù)對象，上面的實現(xiàn)還比較簡單，有很多可以擴展的地方，比如工廠方法實現(xiàn)，可以借助 SPI 的方式更加靈活的創(chuàng)建 ID 生成器對象。同時，考慮到分布式場景，我們還可以在 ID 生成器實現(xiàn)類中，通過注入 rpc 實例，實現(xiàn)遠(yuǎn)程 ID 生成邏輯。

玩法無限，就看我們的想象了。