SpringBoot之通过BeanPostProcessor动态注入ID生成器案例详解
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:
- 自定义属性注解,用于判断是否需要注入属性对象
- 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
- 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:
- 扫描 bean 的所有属性,然后找到定义了
IdGeneratorClient
注解的属性 - 获取注解的
value
值,作为 ID 生成器的分组标识 - 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 - 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postProcessBeforeInitialization
和postProcessAfterInitialization
两个方法的定义。下图是 Spring 中 Bean 的实例化过程:
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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