SpringBoot之通过BeanPostProcessor动态注入ID生成器案例详解

2024-04-05 14:54:09

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。