動態代理類註冊為Spring Bean的坑

来源:https://www.cnblogs.com/beetle-shu/archive/2022/10/16/16797409.html
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背景介紹： 最近在搭建一個公共項目，類似業務操作記錄上報的功能，就想著給業務方提供統一的sdk，在sdk中實現客戶端和服務端的交互封裝，對業務方幾乎是無感的。訪問關係如下圖： 訪問關係示意圖 這裡採用了http的方式進行交互，但是，如果每次介面調用都需要感知http的封裝，一來代碼重覆度較高，二來新 ...


背景介紹：

最近在搭建一個公共項目，類似業務操作記錄上報的功能，就想著給業務方提供統一的sdk，在sdk中實現客戶端和服務端的交互封裝，對業務方幾乎是無感的。訪問關係如下圖：

訪問關係示意圖

這裡採用了http的方式進行交互，但是，如果每次介面調用都需要感知http的封裝，一來代碼重覆度較高，二來新增或修改介面也需要同步更改客戶端代碼，就有點不太友好，維護成本較高；能否實現像調用本地方法一樣調用遠程服務（RPC）呢，當然是可以的，並且也有好多可以參考的例子。例如，feign client的實現思路，定義好服務端的介面，通過Java代理的方式創建代理類，在代理類中統一封裝了http的調用，並且將代理類作為一個bean註入到Spring容器中，使用的時候就只要獲取bean調用相應的方法即可。

寫個簡單的例子來驗證一下：

假設有個遠程服務，提供瞭如下介面：

package com.example.remoteserviceproxydemo;

/**
 * IRemoteService
 * @author beetle_shu
 */
public interface IRemoteService {

    /**
     * getGreetingName
     * @return
     */
    String getGreetingName();

    /**
     * sayHello
     * @param name
     * @return
     */
    String sayHello(String name);

}

接下來，我們自定義一個InvocationHandler 來實現遠程方法的調用

package com.example.remoteserviceproxydemo;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * RemoteServiceInvocationHandler
 * @author beetle_shu
 */
public class RemoteServiceInvocationHandler implements InvocationHandler {

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 如果是遠程http服務調用，通常有以下幾步：
        // 1. 解析方法和參數：可以通過自定義註解，在方法上定義遠程服務地址，請求方式GET/POST等信息
        // 2. 採用httpclient，OkHttp，或者restTemplate進行遠程服務調用
        // 3. 解析http響應，反序列化成對應介面方法的返回對象
        // 這裡，我們就不真正調用服務了，偽代碼只是驗證下被調用的方法是不是我們自己定義的，
        // 如果是的話返回當前方法名，如果不是的話，拋出異常，程式中斷
        checkMethod(method);
        String methodName = method.getName();
        String param = "";
        if (args != null && args.length > 0) {
            param = String.valueOf(args[0]);
        }
        return methodName + ":" + param;
    }

    private void checkMethod(Method method) {
        Method[] methods = IRemoteService.class.getDeclaredMethods();
        for (Method m : methods) {
            if (m.getName().equals(method.getName())) {
                return;
            }
        }
        throw new RuntimeException("method which is not declared, " + method.getName());
    }
}

緊接著，通過java.lang.reflect.Proxy代理類創建一個代理對象，代理遠程服務的調用，同時把該對象註冊為Spring bean，加入Spring容器

package com.example.remoteserviceproxydemo;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.lang.reflect.Proxy;

@Configuration
public class RemoteServiceProxyDemoConfiguration {

    @Bean
    public IRemoteService getRemoteService() {
        return (IRemoteService) Proxy.newProxyInstance(IRemoteService.class.getClassLoader(),
                new Class[] { IRemoteService.class }, new RemoteServiceInvocationHandler());
    }
}

最後，我們創建一個Controller來調用測試一下：

package com.example.remoteserviceproxydemo;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import javax.annotation.Resource;

@RestController
public class DemoController {

    @Resource
    private IRemoteService iRemoteService;

    @GetMapping("/getGreetingName")
    public String getGreetingName() {
        return iRemoteService.getGreetingName();
    }

    @PostMapping("/sayHello/{name}")
    public String sayHello(@PathVariable("name") String name) {
        return iRemoteService.sayHello(name);
    }
}

###
GET http://localhost:8080/getGreetingName

HTTP/1.1 200 
Content-Type: text/plain;charset=UTF-8
Content-Length: 16
Date: Thu, 06 Oct 2022 12:28:45 GMT
Connection: close

getGreetingName:

###
POST http://localhost:8080/sayHello/ketty

HTTP/1.1 200 
Content-Type: text/plain;charset=UTF-8
Content-Length: 14
Date: Thu, 06 Oct 2022 12:30:40 GMT
Connection: close

sayHello:ketty

通過測試我們可以看到，通過代理實現了遠程介面的封裝和調用，至此，一切正常，好像沒毛病！！！可是，過了段時間就有同事找過來說依賴了我的sdk導致應用無法正常啟動了。。。

問題分析：

通過報錯的堆棧信息及debug跟蹤，最後找到問題在Spring bean的創建過程中，registerDisposableBeanIfNecessary註冊實現了Disposable Bean介面或者指定了destroy method的bean，亦或者是被指定的DestructionAwareBeanPostProcessor處理的bean，在bean銷毀的時候執行對應的方法；我們看下如下代碼片段：

/**
 * Determine whether the given bean requires destruction on shutdown.
 * <p>The default implementation checks the DisposableBean interface as well as
 * a specified destroy method and registered DestructionAwareBeanPostProcessors.
 * @param bean the bean instance to check
 * @param mbd the corresponding bean definition
 * @see org.springframework.beans.factory.DisposableBean
 * @see AbstractBeanDefinition#getDestroyMethodName()
 * @see org.springframework.beans.factory.config.DestructionAwareBeanPostProcessor
 */
protected boolean requiresDestruction(Object bean, RootBeanDefinition mbd) {
	return (bean.getClass() != NullBean.class && (DisposableBeanAdapter.hasDestroyMethod(bean, mbd) ||
      // 判斷是否有DestructionAwareBeanPostProcessors處理該bean
			(hasDestructionAwareBeanPostProcessors() && DisposableBeanAdapter.hasApplicableProcessors(
					bean, getBeanPostProcessorCache().destructionAware))));
}

繼續跟蹤到 DisposableBeanAdapter.hasApplicableProcessors

/**
 * Check whether the given bean has destruction-aware post-processors applying to it.
 * @param bean the bean instance
 * @param postProcessors the post-processor candidates
 */
public static boolean hasApplicableProcessors(Object bean, List<DestructionAwareBeanPostProcessor> postProcessors) {
	if (!CollectionUtils.isEmpty(postProcessors)) {
		for (DestructionAwareBeanPostProcessor processor : postProcessors) {
      // 每個processor根據自己的具體情況實現requiresDestruction方法，預設是返回true
			if (processor.requiresDestruction(bean)) {
				return true;
			}
		}
	}
	return false;
}

接下來，我們稍微改下代碼來重現下該問題，加入spring-boot-starter-data-jpa 以及 mapper-spring-boot-starter依賴，重新啟動應用之後，意想不到的事情發生了：

// 應用啟動報錯了，這個異常正是我們代理處理類中定義的，
// 說明應用啟動的時候，調用了iRemoteService非聲明的方法，這裡列印出來的是【hashCode】方法
Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCreationException: 
Error creating bean with name 'iRemoteService' defined in class path resource 
[com/example/remoteserviceproxydemo/RemoteServiceProxyDemoConfiguration.class]: 
Unexpected exception during bean creation; nested exception is java.lang.RuntimeException: 
method which is not declared, hashCode

通過以上代碼分析，我們找到了調用的地方，PersistenceAnnotationBeanPostProcessor.requiresDestruction` 方法，這裡最終會執行註冊bean的hashCode方法，由於是代理類，所以會執行InvocationHandler的invoke方法；而hashCode方法並不是我們IRemoteService介面類中聲明的方法，所以會在checkMethod中拋出異常

@Override
public boolean requiresDestruction(Object bean) {
  // 這裡extendedEntityManagersToClose是ConcurrentHashMap
	return this.extendedEntityManagersToClose.containsKey(bean);
}

// ConcurrentHashMap的containsKey方法
/**
 * Tests if the specified object is a key in this table.
 *
 * @param  key possible key
 * @return {@code true} if and only if the specified object
 *         is a key in this table, as determined by the
 *         {@code equals} method; {@code false} otherwise
 * @throws NullPointerException if the specified key is null
 */
public boolean containsKey(Object key) {
    return get(key) != null;
}

/**
 * Returns the value to which the specified key is mapped,
 * or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
 *
 * <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
 * {@code k} to a value {@code v} such that {@code key.equals(k)},
 * then this method returns {@code v}; otherwise it returns
 * {@code null}.  (There can be at most one such mapping.)
 *
 * @throws NullPointerException if the specified key is null
 */
public V get(Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
    // 這裡可以看到，調用了hashCode方法，由於該bean是代理類，
    // 所以會執行RemoteServiceInvocationHandler的invoke方法，
    // 從而拋出自定義異常throw new RuntimeException("method which is not declared, " + method.getName());
    int h = spread(key.hashCode());
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
        if ((eh = e.hash) == h) {
            if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                return e.val;
        }
        else if (eh < 0)
            return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
        while ((e = e.next) != null) {
            if (e.hash == h &&
                ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                return e.val;
        }
    }
    return null;
}

解決方法：

  1. 不用代理類，寫個具體實現類

    這種方法跟我們初衷有點相背離，以後介面新增修改也都要改sdk中的實現類，具體實現如下：

    package com.example.remoteserviceproxydemo;

import java.lang.reflect.Proxy;

// 定義具體的實現類
public class RemoteServiceImpl implements IRemoteService {

    private IRemoteService iRemoteService;

    public RemoteServiceImpl() {
        this.iRemoteService = (IRemoteService) Proxy.newProxyInstance(IRemoteService.class.getClassLoader(),
                new Class[] { IRemoteService.class }, new RemoteServiceInvocationHandler());
    }

    @Override
    public String getGreetingName() {
        return iRemoteService.getGreetingName();
    }

    @Override
    public String sayHello(String name) {
        return iRemoteService.sayHello(name);
    }
}

    package com.example.remoteserviceproxydemo;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.lang.reflect.Proxy;

@Configuration
public class RemoteServiceProxyDemoConfiguration {

    @Bean("iRemoteService")
    public IRemoteService getRemoteService() {
// 註冊的bean也改為具體實現類，這樣就可以繞過代理類沒有【hashCode】方法的問題了
        return new RemoteServiceImpl();
//        return (IRemoteService) Proxy.newProxyInstance(IRemoteService.class.getClassLoader(),
//                new Class[] { IRemoteService.class }, new RemoteServiceInvocationHandler());
    }

}

  2. 用代理類，在invoke方法中對【hashCode】方法調用做特殊處理

    這種方法也是參考feign的實現，改起來也比較簡單，invoke方法進來先判斷是hashCode/equals/toString方法，就執行重寫的hashCode/equals/toString方法，改寫RemoteServiceInvocationHandler如下 ：

    package com.example.remoteserviceproxydemo;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * RemoteServiceInvocationHandler
 * @author beetle_shu
 */
public class RemoteServiceInvocationHandler implements InvocationHandler {

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 新增對hashCode/equals/toString方法的處理
        if ("equals".equals(method.getName())) {
            try {
                Object otherHandler =
                        args.length > 0 && args[0] != null ? Proxy.getInvocationHandler(args[0]) : null;
                // 可以根據實際情況重寫【equals】方法
                return this.equals(otherHandler);
            } catch (IllegalArgumentException e) {
                return false;
            }
        } else if ("hashCode".equals(method.getName())) {
            // 可以根據實際情況重寫【hashCode】方法
            return this.hashCode();
        } else if ("toString".equals(method.getName())) {
            // 可以根據實際情況重寫【toString】方法
            return this.toString();
        }
        // 如果是遠程http服務調用，通常有以下幾步：
        // 1. 解析方法和參數：可以通過自定義註解，在方法上定義遠程服務地址，請求方式GET/POST等信息
        // 2. 採用httpclient，OkHttp，或者restTemplate進行遠程服務調用
        // 3. 解析http響應，反序列化成對應介面方法的返回對象
        // 這裡，我們就不真正調用服務了，偽代碼僅返回當前方法名
        checkMethod(method);
        String methodName = method.getName();
        String param = "";
        if (args != null && args.length > 0) {
            param = String.valueOf(args[0]);
        }
        return methodName + ":" + param;
    }

    private void checkMethod(Method method) {
        Method[] methods = IRemoteService.class.getDeclaredMethods();
        for (Method m : methods) {
            if (m.getName().equals(method.getName())) {
                return;
            }
        }
        throw new RuntimeException("method which is not declared, " + method.getName());
    }
}

  3. 用FactoryBean的getObject返回代理類，並且自定義BeanDefinitionRegistrar註冊bean

    這種方法也是我比較推薦的，很好的利用了Spring的擴展，進行動態bean的註冊；當然，結合第2種方法一起實現，應該會完美：

    package com.example.remoteserviceproxydemo;

import org.springframework.beans.factory.FactoryBean;

import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * 定義RemoteServiceFactoryBean
 * @author beetle_shu
 */
public class RemoteServiceFactoryBean implements FactoryBean<IRemoteService> {

    @Override
    public IRemoteService getObject() throws Exception {
        return (IRemoteService) Proxy.newProxyInstance(IRemoteService.class.getClassLoader(),
                new Class[] { IRemoteService.class }, new RemoteServiceInvocationHandler());
    }

    @Override
    public Class<?> getObjectType() {
        return IRemoteService.class;
    }

    @Override
    public boolean isSingleton() {
        return true;
    }
}

    自定義BeanDefinitionRegistryPostProcessor 並且通過FactoryBean註冊iRemoteService

    package com.example.remoteserviceproxydemo;

import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionBuilder;
import org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionRegistry;
import org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionRegistryPostProcessor;

/**
 * RemoteServiceBeanDefinitionRegistryPostProcessor
 * @author beetle_shu
 */
public class RemoteServiceBeanDefinitionRegistryPostProcessor implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor {

    @Override
    public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {
        BeanDefinitionBuilder definitionBuilder = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition(RemoteServiceFactoryBean.class);
        registry.registerBeanDefinition("iRemoteService", definitionBuilder.getBeanDefinition());
    }

    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {

    }
}

    修改下配置類，通過@Import載入RemoteServiceBeanDefinitionRegistryPostProcessor

    package com.example.remoteserviceproxydemo;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Import;

import java.lang.reflect.Proxy;

@Configuration
@Import(RemoteServiceBeanDefinitionRegistryPostProcessor.class)
public class RemoteServiceProxyDemoConfiguration {

//    @Bean("iRemoteService")
//    public IRemoteService getRemoteService() {
////        return new RemoteServiceImpl();
//        return (IRemoteService) Proxy.newProxyInstance(IRemoteService.class.getClassLoader(),
//                new Class[] { IRemoteService.class }, new RemoteServiceInvocationHandler());
//    }

}

  4. 重寫PersistenceAnnotationBeanPostProcessor

    個人不太建議用這種方式，除非對Spring框架有比較透徹的理解以及對源代碼有比較高的把控度，具體實現可以參考該大神的文章：https://www.huluohu.com/posts/202102252023/

總結：

雖說是個小問題也比較細節，但是，整個過程梳理下來還是涉及到很多的知識點：Spring boot啟動過程；Spring bean的生命周期；Spring boot擴展BeanPostProcessor; FactoryBean的用法；動態註冊Spring bean的幾種方法；Java反射及代理等等。通過這些知識的梳理，重新回顧的同時也學到了一些新的知識，希望以後能多抓住這種排查問題和分析問題的機會，多多總結，少踩坑。

參考：

  1. 如何記憶 Spring Bean 的生命周期 https://juejin.cn/post/6844904065457979405
  2. 三萬字盤點Spring/Boot的那些擴展點 https://mdnice.com/writing/97dd3ca064304bc9b8d3231dbba2f3b8
  3. jpa調用遠程代理類的hashcode方法導致無法初始化的問題 https://www.huluohu.com/posts/202102252023/
  4. 動態註冊bean，Spring官方套路：使用BeanDefinitionRegistryPostProcessor https://zhuanlan.zhihu.com/p/30590254
  5. 使用BeanDefinitionRegistryPostProcessor動態註入BeanDefinition https://www.jianshu.com/p/b4bec64ada70

代碼示例：


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