从 Spring 的环境到 Spring Cloud 的配置

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来源:https://zhenbianshu.github.io

需求

不知不觉,web 开发已经进入 “微服务”、”分布式” 的时代,致力于提供通用 Java 开发解决方案的 Spring 自然不甘人后,提出了 Spring Cloud 来扩大 Spring 在微服务方面的影响,也取得了市场的认可,在我们的业务中也有应用。

前些天,我在一个需求中也遇到了 spring cloud 的相关问题。我们在用的是 Spring Cloud 的 config 模块,它是用来支持分布式配置的,原来单机配置在使用了 Spring Cloud 之后,可以支持第三方存储配置和配置的动态修改和重新加载,自己在业务代码里实现配置的重新加载,Spring Cloud 将整个流程抽离为框架,并很好的融入到 Spring 原有的配置和 Bean 模块内。

虽然在解决需求问题时走了些弯路,但也借此机会了解了 Spring Cloud 的一部分,抽空总结一下问题和在查询问题中了解到的知识,分享出来让再遇到此问题的同学少踩坑吧。

背景和问题

我们的服务原来有一批单机的配置,由于同一 key 的配置太长,于是将其配置为数组的形式,并使用 Spring Boot 的 @ConfigurationProperties@Value 注解来解析为 Bean 属性。

properties 文件配置像:

test.config.elements[0]=value1
test.config.elements[1]=value2
test.config.elements[2]=value3

在使用时:

@ConfigurationProperties(prefix="test.config")
Class Test{
    @Value("${#elements}")
    private String[] elements;
}

这样,Spring 会对 Test 类自动注入,将数组 [value1,value2,value3] 注入到 elements 属性内。

而我们使用 Spring Cloud 自动加载配置的姿势是这样:

@RefreshScope
class Test{
    @Value("${test.config.elements}")
    private String[] elements;
}

使用 @RefreshScope 注解的类,在环境变量有变动后会自动重新加载,将最新的属性注入到类属性内,但它却不支持数组的自动注入。

而我的目标是能找到一种方式,使其即支持注入数组类型的属性,又能使用 Spring Cloud 的自动刷新配置的特性。

环境和属性

无论Spring Cloud 的特性如何优秀,在 Spring 的地盘,还是要入乡随俗,和 Spring 的基础组件打成一片。所以为了了解整个流程,我们就要先了解 Spring 的基础。

Spring 是一个大容器,它不光存储 Bean 和其中的依赖,还存储着整个应用内的配置,相对于 BeanFactory 存储着各种 Bean,Spring 管理环境配置的容器就是 Environment,从 Environment 内,我们能根据 key 获取所有配置,还能根据不同的场景(Profile,如 dev,test,prod)来切换配置。

但 Spring 管理配置的最小单位并不是属性,而是 PropertySource (属性源),我们可以理解 PropertySource 是一个文件,或是某张配置数据表,Spring 在 Environment 内维护一个 PropertySourceList,当我们获取配置时,Spring 从这些 PropertySource 内查找到对应的值,并使用 ConversionService 将值转换为对应的类型返回。

Spring Cloud 配置刷新机制

分布式配置

Spring Cloud 内提供了 PropertySourceLocator 接口来对接 Spring 的 PropertySource 体系,通过 PropertySourceLocator,我们就拿到一个”自定义”的 PropertySource,Spring Cloud 里还有一个实现 ConfigServicePropertySourceLocator,通过它,我们可以定义一个远程的 ConfigService,通过公用这个 ConfigService 来实现分布式的配置服务。

从 ConfigClientProperties 这个配置类我们可以看得出来,它也为远程配置预设了用户名密码等安全控制选项,还有 label 用来区分服务池等配置。

scope 配置刷新

远程配置有了,接下来就是对变化的监测和基于配置变化的刷新。

Spring Cloud 提供了 ContextRefresher 来帮助我们实现环境的刷新,其主要逻辑在 refreshEnvironment 方法和 scope.refreshAll() 方法,我们分开来看。

我们先来看 spring cloud 支持的 scope.refreshAll 方法。

public void refreshAll() {
 super.destroy();
 this.context.publishEvent(new RefreshScopeRefreshedEvent());
}

scope.refreshAll 则更”野蛮”一些,直接销毁了 scope,并发布了一个 RefreshScopeRefreshedEvent 事件,scope 的销毁会导致 scope 内(被 RefreshScope 注解)所有的 bean 都会被销毁。而这些被强制设置为 lazyInit 的 bean 再次创建时,也就完成了新配置的重新加载。

ConfigurationProperties 配置刷新

然后再回过头来看 refreshEnvironment 方法。

Map<String, Object> before = extract(this.context.getEnvironment().getPropertySources());
  addConfigFilesToEnvironment();
  Set<String> keys = changes(before,extract(this.context.getEnvironment().getPropertySources())).keySet();
  this.context.publishEvent(new EnvironmentChangeEvent(context, keys));
  return keys;

它读取了环境内所有 PropertySource 内的配置后,重新创建了一个 SpringApplication 以刷新配置,再次读取所有配置项并得到与前面保存的配置项的对比,最后将前后配置差发布了一个 EnvironmentChangeEvent 事件。

而 EnvironmentChangeEvent 的监听器是由 ConfigurationPropertiesRebinder 实现的,其主要逻辑在 rebind 方法。

Object bean = this.applicationContext.getBean(name);
if (AopUtils.isAopProxy(bean)) {
 bean = ProxyUtils.getTargetObject(bean);
}
if (bean != null) {
 this.applicationContext.getAutowireCapableBeanFactory().destroyBean(bean);
             this.applicationContext.getAutowireCapableBeanFactory().initializeBean(bean, name);
 return true;

可以看到它的处理逻辑,就是把其内部存储的 ConfigurationPropertiesBeans 依次执行销毁逻辑,再执行初始化逻辑实现属性的重新绑定。

这里可以知道,Spring Cloud 在进行配置刷新时是考虑过 ConfigurationProperties 的,经过测试,在 ContextRefresher 刷新上下文后,ConfigurationProperties 注解类的属性是会进行动态刷新的。

测试一次就解决的事情,感觉有些白忙活了。。不过既然查到这里了,就再往下深入一些。

Bean 的创建与环境

接着我们再来看一下,环境里的属性都是怎么在 Bean 创建时被使用的。

我们知道,Spring 的 Bean 都是在 BeanFactory 内创建的,创建逻辑的入口在 AbstractBeanFactory.doGetBean(name, requiredType, args, false) 方法,而具体实现在 AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean 方法内,在这个方法里,实现了 Bean 实例的创建、属性填充、初始化方法调用等逻辑。

在这里,有一个非常复杂的步骤就是调用全局的 BeanPostProcessor,这个接口是 Spring 为 Bean 创建准备的勾子接口,实现这个接口的类可以对 Bean 创建时的操作进行修改。它是一个非常重要的接口,是我们能干涉 Spring Bean 创建流程的重要入口。

我们要说的是它的一种具体实现 ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor,它通过调用链 ConfigurationPropertiesBinder.bind() --> Binder.bindObject() --> Binder.findProperty() 方法查找环境内的属性。

private ConfigurationProperty findProperty(ConfigurationPropertyName name,
   Context context)
 
{
  if (name.isEmpty()) {
   return null;
  }
  return context.streamSources()
    .map((source) -> source.getConfigurationProperty(name))
    .filter(Objects::nonNull).findFirst().orElse(null);
 }

找到对应的属性后,再使用 converter 将属性转换为对应的类型注入到 Bean 骨。

private <T> Object bindProperty(Bindable<T> target, Context context,
  ConfigurationProperty property)
 
{
 context.setConfigurationProperty(property);
 Object result = property.getValue();
 result = this.placeholdersResolver.resolvePlaceholders(result);
 result = context.getConverter().convert(result, target);
 return result;
}

一种 trick 方式

由上面可以看到,Spring 是支持 @ConfigurationProperties 属性的动态修改的,但在查询流程时,我也找到了一种比较 trick 的方式。

我们先来整理动态属性注入的关键点,再从这些关键点里找可修改点。

  • PropertySourceLocator 将 PropertySource 从远程数据源引入,如果这时我们能修改数据源的结果就能达到目的,可是 Spring Cloud 的远程资源定位器 ConfigServicePropertySourceLocator 和 远程调用工具 RestTemplate 都是实现类,如果生硬地对其继承并修改,代码很不优雅。
  • Bean 创建时会依次使用 BeanPostProcessor 对上下文进行操作。这时添加一个 BeanPostProcessor,可以手动实现对 Bean 属性的修改。但这种方式 实现起来很复杂,而且由于每一个 BeanPostProcessor 在所有 Bean 创建时都会调用,可能会有安全问题。
  • Spring 会在解决类属性注入时,使用 PropertyResolver 将配置项解析为类属性指定的类型。这时候添加属性解析器 PropertyResolver 或类型转换器 ConversionService 可以插手属性的操作。但它们都只负责处理一个属性,由于我的目标是”多个”属性变成一个属性,它们也无能为力。

我这里能想到的方式是借用 Spring 自动注入的能力,把 Environment Bean 注入到某个类中,然后在类的初始化方法里对 Environment 内的 PropertySource 里进行修改,也可以达成目的,这里贴一下伪代码。

@Component
@RefreshScope  // 借用 Spring Cloud 实现此 Bean 的刷新
public class ListSupportPropertyResolver {
    @Autowired
    ConfigurableEnvironment env; // 将环境注入到 Bean 内是修改环境的重要前提

    @PostConstruct
    public void init() {
        // 将属性键值对从环境内取出
        Map<String, Object> properties = extract(env.getPropertySources());

        // 解析环境里的数组,抽取出其中的数组配置
        Map<String, List<String>> listProperties = collectListProperties(properties)
        Map<String, Object> propertiesMap = new HashMap<>(listProperties);

        MutablePropertySources propertySources = env.getPropertySources();
        // 把数组配置生成一个 PropertySource 并放到环境的 PropertySourceList 内
        propertySources.addFirst(new MapPropertySource("modifiedProperties", propertiesMap));
    }
}

这样,在创建 Bean 时,就能第一优先级使用我们修改过的 PropertySource 了。

当然了,有了比较”正规”的方式后,我们不必要对 PropertySource 进行修改,毕竟全局修改等于未知风险或埋坑。

小结

查找答案的过程中,我更深刻地理解到 Environment、BeanFactory 这些才是 Spring 的基石,框架提供的各种花式功能都是基于它们实现的,对这些知识的掌握,对于理解它表现出来的高级特性很有帮助,之后再查找框架问题也会更有方向。

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原文始发于微信公众号(Java知音):从 Spring 的环境到 Spring Cloud 的配置