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從深處去掌握數據校驗@Valid的作用(級聯校驗)

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摘要:如果說要使用數據校驗,我十分相信小伙伴們都能夠使用,但估計大都是有個前提的環境。具體使用可參考小家讓支持對平鋪參數執行數據校驗默認使用只能對進行校驗級聯校驗什么叫級聯校驗,其實就是帶校驗的成員里存在級聯對象時,也要對它完成校驗。

每篇一句
NBA里有兩大笑話:一是科比沒天賦,二是詹姆斯沒技術
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前言

關于Bean Validation的基本原理篇完結之后,接下來就是小伙伴最為關心的干貨:使用篇
如果說要使用Bean Validation數據校驗,我十分相信小伙伴們都能夠使用,但估計大都是有個前提的:Spring MVC環境。我極其簡單的調查了一下,近乎99%的人都是只把數據校驗使用在Spring MVCController層面的,而且幾乎90%的人都是讓它必須和@RequestBody一起來使用去校驗JavaBean入參~

如果這么去理解Bean Validation的使用,那就有點太過于片面了,畢竟被Spring包裹起來,你其實很難去知道它真正做的事。
熟悉我文章風格的人知道,每篇文章我都會帶你領略一些不一樣的風景,本章亦不例外,會讓你知道數據校驗在Spring框架之外的一些事~

分組校驗

在我的前置原理篇文章,分組校驗其實是沒太大必要說的,因為使用起來確實非常的簡單。此處還是給個分組校驗的使用案例吧:

@Getter
@Setter
@ToString
public class Person {
    // 錯誤消息message是可以自定義的
    @NotNull(message = "{message} -> 名字不能為null", groups = Simple.class)
    public String name;
    @Max(value = 10, groups = Simple.class)
    @Positive(groups = Default.class) // 內置的分組:default
    public Integer age;

    @NotNull(groups = Complex.class)
    @NotEmpty(groups = Complex.class)
    private List<@Email String> emails;
    @Future(groups = Complex.class)
    private Date start;

    // 定義兩個組 Simple組和Complex組
    interface Simple {
    }
    interface Complex {

    }
}

執行分組校驗:

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        //person.setName("fsx");
        person.setAge(18);
        // email校驗:雖然是List都可以校驗哦
        person.setEmails(Arrays.asList("fsx@gmail.com", "baidu@baidu.com", "aaa.com"));
        //person.setStart(new Date()); //start 需要是一個將來的時間: Sun Jul 21 10:45:03 CST 2019
        //person.setStart(new Date(System.currentTimeMillis() + 10000)); //校驗通過

        HibernateValidatorConfiguration configure = Validation.byProvider(HibernateValidator.class).configure();
        ValidatorFactory validatorFactory = configure.failFast(false).buildValidatorFactory();
        // 根據validatorFactory拿到一個Validator
        Validator validator = validatorFactory.getValidator();


        // 分組校驗(可以區分對待Default組、Simple組、Complex組)
        Set> result = validator.validate(person, Person.Simple.class);
        //Set> result = validator.validate(person, Person.Complex.class);

        // 對結果進行遍歷輸出
        result.stream().map(v -> v.getPropertyPath() + " " + v.getMessage() + ": " + v.getInvalidValue())
                .forEach(System.out::println);

    }

運行打印:

age 最大不能超過10: 18
name {message} -> 名字不能為null -> 名字不能為null: null

可以直觀的看到效果,此處的校驗只執行Person.Simple.class這個Group組上的約束~

分組約束在Spring MVC中的使用場景還是相對比較多的,但是需要注意的是:javax.validation.Valid沒有提供指定分組的,但是org.springframework.validation.annotation.Validated擴展提供了直接在注解層面指定分組的能力
@Valid注解

我們知道JSR提供了一個@Valid注解供以使用,在本文之前,絕大多數小伙伴都是在Controller中并且結合@RequestBody一起來使用它,但在本文之后,你定會對它有個全新的認識~

==該注解用于驗證級聯的屬性方法參數方法返回類型。==
當驗證屬性、方法參數或方法返回類型時,將驗證對象及其屬性上定義的約束,另外:此行為是遞歸應用的。

:::為了理解@Valid,那就得知道處理它的時機:::

MetaDataProvider

元數據提供者:約束相關元數據(如約束、默認組序列等)的Provider。它的作用和特點如下:

基于不同的元數據:如xml、注解。(還有個編程映射) 這三種類型。對應的枚舉類為:

public enum ConfigurationSource {
    ANNOTATION( 0 ),
    XML( 1 ),
    API( 2 ); //programmatic API
}

MetaDataProvider只返回直接為一個類配置的元數據

它不處理從超類、接口合并的元數據(簡單的說你@Valid放在接口處是無效的

public interface MetaDataProvider {

    // 將**注解處理選項**歸還給此Provider配置。  它的唯一實現類為:AnnotationProcessingOptionsImpl
    // 它可以配置比如:areMemberConstraintsIgnoredFor  areReturnValueConstraintsIgnoredFor
    // 也就說可以配置:讓免于被校驗~~~~~~(開綠燈用的)
    AnnotationProcessingOptions getAnnotationProcessingOptions();
    // 返回作用在此Bean上面的`BeanConfiguration`   若沒有就返回null了
    // BeanConfiguration持有ConfigurationSource的引用~
     BeanConfiguration getBeanConfiguration(Class beanClass);
    
}

// 表示源于一個ConfigurationSource的一個Java類型的完整約束相關配置。  包含字段、方法、類級別上的元數據
// 當然還包含有默認組序列上的元數據(使用較少)
public class BeanConfiguration {
    // 三種來源的枚舉
    private final ConfigurationSource source;
    private final Class beanClass;
    // ConstrainedElement表示待校驗的元素,可以知道它會如下四個子類:
    // ConstrainedField/ConstrainedType/ConstrainedParameter/ConstrainedExecutable
    
    // 注意:ConstrainedExecutable持有的是java.lang.reflect.Executable對象
    //它的兩個子類是java.lang.reflect.Method和Constructor
    private final Set constrainedElements;

    private final List> defaultGroupSequence;
    private final DefaultGroupSequenceProvider defaultGroupSequenceProvider;
    ... // 它自己并不處理什么邏輯,參數都是通過構造器傳進來的
}

它的繼承樹:

三個實現類對應著上面所述的三種元數據類型。本文很顯然只需要關注和注解相關的:AnnotationMetaDataProvider

AnnotationMetaDataProvider

這個元數據均來自于注解的標注,然后它是Hibernate Validation的默認configuration source。它這里會處理標注有@Valid的元素~

public class AnnotationMetaDataProvider implements MetaDataProvider {

    private final ConstraintHelper constraintHelper;
    private final TypeResolutionHelper typeResolutionHelper;
    private final AnnotationProcessingOptions annotationProcessingOptions;
    private final ValueExtractorManager valueExtractorManager;

    // 這是一個非常重要的屬性,它會記錄著當前Bean  所有的待校驗的Bean信息~~~
    private final BeanConfiguration objectBeanConfiguration;

    // 唯一構造函數
    public AnnotationMetaDataProvider(ConstraintHelper constraintHelper,
            TypeResolutionHelper typeResolutionHelper,
            ValueExtractorManager valueExtractorManager,
            AnnotationProcessingOptions annotationProcessingOptions) {
        this.constraintHelper = constraintHelper;
        this.typeResolutionHelper = typeResolutionHelper;
        this.valueExtractorManager = valueExtractorManager;
        this.annotationProcessingOptions = annotationProcessingOptions;

        // 默認情況下,它去把Object相關的所有的方法都retrieve:檢索出來放著  我比較費解這件事~~~  
        // 后面才發現:一切為了效率
        this.objectBeanConfiguration = retrieveBeanConfiguration( Object.class );
    }

    // 實現接口方法
    @Override
    public AnnotationProcessingOptions getAnnotationProcessingOptions() {
        return new AnnotationProcessingOptionsImpl();
    }


    // 如果你的Bean是Object  就直接返回了~~~(大多數情況下  都是Object)
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public  BeanConfiguration getBeanConfiguration(Class beanClass) {
        if ( Object.class.equals( beanClass ) ) {
            return (BeanConfiguration) objectBeanConfiguration;
        }
        return retrieveBeanConfiguration( beanClass );
    }
}

如上可知,核心解析邏輯在retrieveBeanConfiguration()這個私有方法上。總結一下調用此方法的兩個原始入口(一個構造器,一個接口方法):

ValidatorFactory.getValidator()獲取校驗器的時候,初始化時會自己new一個,調用棧如下圖:

調用Validator.validate()方法的時候,beanMetaDataManager.getBeanMetaData( rootBeanClass )它會遍歷初始化時所有的metaDataProviders(默認情況下兩個,沒有xml方式的),拿出所有的BeanConfiguration交給BeanMetaDataBuilder,最終構建出一個屬于此Bean的BeanMetaData。對此有一點注意事項描述如下:

    1. 處理`MetaDataProvider`時會調用`ClassHierarchyHelper.getHierarchy( beanClass ) `方法,不僅僅處理本類。拿到本類自己和所有父類后,統一交給`provider.getBeanConfiguration( clazz )`處理(**也就是說任何一個類都會把Object類處理一遍**)

retrieveBeanConfiguration()詳情

這個方法說白了,就是從Bean里面去檢索屬性、方法、構造器等需要校驗的ConstrainedElement項

    private  BeanConfiguration retrieveBeanConfiguration(Class beanClass) {
        // 它檢索的范圍是:clazz.getDeclaredFields()  什么意思:就是搜集到本類所有的字段  包括private等等  但是不包括父類的所有字段
        Set constrainedElements = getFieldMetaData( beanClass );
        constrainedElements.addAll( getMethodMetaData( beanClass ) );
        constrainedElements.addAll( getConstructorMetaData( beanClass ) );

        //TODO GM: currently class level constraints are represented by a PropertyMetaData. This
        //works but seems somewhat unnatural
        // 這個TODO很有意思:當前,類級約束由PropertyMetadata表示。這是可行的,但似乎有點不自然
        // ReturnValueMetaData、ExecutableMetaData、ParameterMetaData、PropertyMetaData

        // 總之吧:此處就是把類級別的校驗器放進來了(這個set大部分時候都是空的)
        Set> classLevelConstraints = getClassLevelConstraints( beanClass );
        if (!classLevelConstraints.isEmpty()) {
            ConstrainedType classLevelMetaData = new ConstrainedType(ConfigurationSource.ANNOTATION, beanClass, classLevelConstraints);
            constrainedElements.add(classLevelMetaData);
        }
        
        // 組裝成一個BeanConfiguration返回
        return new BeanConfiguration<>(ConfigurationSource.ANNOTATION, beanClass,
                constrainedElements, 
                getDefaultGroupSequence( beanClass ),  //此類上標注的所有@GroupSequence注解
                getDefaultGroupSequenceProvider( beanClass ) // 此類上標注的所有@GroupSequenceProvider注解
        );
    }

這一步驟把該Bean上的字段、方法等等需要校驗的項都提取出來。就拿上例中的Demo校驗Person類來說,最終得出的BeanConfiguration如下:(兩個)


這是直觀的結論,可以看到僅僅是一個簡單的類其實所包含的項是挺多的。

此處說一句:項是有這么多,但是并不是每一個都需要走驗證邏輯的。因為畢竟大多數項上面并沒有約束(注解),大多數ConstrainedElement.getConstraints()為空嘛~

總得來說,我個人建議不能光只記憶結論,因為那很容易忘記,所以還是得稍微深入一點,讓記憶更深刻吧。那就從下面四個方面深入:

檢索Field:getFieldMetaData( beanClass )

拿到本類所有字段Fieldclazz.getDeclaredFields()

把每個Field都包裝成ConstrainedElement存放起來~~~

    1.  注意:此步驟完成了對每個`Field`上標注的注解進行了保存

檢索Method:getMethodMetaData( beanClass )

拿到本類所有的方法Methodclazz.getDeclaredMethods()

排除掉靜態方法和合成(isSynthetic)方法

把每個Method都轉換成一個ConstrainedExecutable裝著~~(ConstrainedExecutable也是個ConstrainedElement)。在此期間它完成了如下事(方法和構造器都復雜點,因為包含入參和返回值):

    1. 找到方法上所有的注解保存起來
    2. 處理入參、返回值(包括自動判斷是作用在入參還是返回值上)

檢索Constructor:getConstructorMetaData( beanClass )

完全同處理Method,略

檢索Type:getClassLevelConstraints( beanClass )

找打標注在此類上的所有的注解,轉換成ConstraintDescriptor

對已經找到每個ConstraintDescriptor進行處理,最終都轉換Set>這個類型

    1. 

Set>用一個ConstrainedType包裝起來(ConstrainedType是個ConstrainedElement

==關于級聯校驗此處補充說明一點,處理Type,都會處理級聯校驗情況,并且還是遞歸處理:==
也就是這個方法(課件@Valid在此處生效):

    // type解釋:分如下N中情況
    // Field為:.getGenericType() // 字段的類型
    // Method為:.getGenericReturnType() // 返回值類型
    // Constructor:.getDeclaringClass() // 構造器所在類

    // annotatedElement:可不一定說一定要有注解才能進來(每個字段、方法、構造器等都能傳進來)
    private CascadingMetaDataBuilder getCascadingMetaData(Type type, AnnotatedElement annotatedElement, Map, CascadingMetaDataBuilder> containerElementTypesCascadingMetaData) {
        return CascadingMetaDataBuilder.annotatedObject( type, annotatedElement.isAnnotationPresent( Valid.class ), containerElementTypesCascadingMetaData, getGroupConversions( annotatedElement ) );
    }

這里對我們理解級聯校驗最重要的一句是:annotatedElement.isAnnotationPresent(Valid.class)。也就是說:若元素被此注解標注了,那就證明需要對它進行級聯校驗,這就是JSR定位@Valid的作用~

Spring提升了它???請關注后文Spring對它的應用吧~
ConstraintValidator.isValid()調用處

我們知道,每個約束注解都是交給約束校驗器ConstraintValidator.isValid()這個方法來處理的,它被調用(生效)的地方在此(唯一處):

public abstract class ConstraintTree {
    ...
    protected final  Set> validateSingleConstraint(ValidationContext executionContext,
            ValueContext valueContext,
            ConstraintValidatorContextImpl constraintValidatorContext,
            ConstraintValidator validator) {
        ...
        V validatedValue = (V) valueContext.getCurrentValidatedValue();
        isValid = validator.isValid( validatedValue, constraintValidatorContext );
        ...
        // 顯然校驗不通過就返回錯誤消息  否則返回空集合
        if ( !isValid ) {
            return executionContext.createConstraintViolations(valueContext, constraintValidatorContext);
        }
        return Collections.emptySet();
    }
    ...
}

這個方法的調用,會在執行每個Group的時候

success = metaConstraint.validateConstraint( validationContext, valueContext );

MetaConstraint在上面檢索的時候就已經準備好了,最后通過ConstrainedElement.getConstraints就拿到了每個元素的校驗器們,繼續調用

// ConstraintTree
boolean validationResult = constraintTree.validateConstraints( executionContext, valueContext );

so,最終就調用到了isValid這個真正做事的方法上了。

==說了這么多,你可能還云里霧里,那么就show一把吧:==

Demo Show

上面用一個示例校驗Person這個JavaBean了,但是你會發現示例中我們全都是校驗的Field屬性。從理論里我們知道了Bean Validation它是有校驗方法、構造器、入參甚至遞歸校驗級聯屬性的能力的

校驗屬性Field

校驗Method入參、返回值 校驗Constructor入參、返回值 既校驗入參,同時也校驗返回值

這些是不能直接使用的,需要在運行時進行校驗。具體使用可參考:【小家Spring】讓Controller支持對平鋪參數執行數據校驗(默認Spring MVC使用@Valid只能對JavaBean進行校驗)

級聯校驗

什么叫級聯校驗,其實就是帶校驗的成員里存在級聯對象時,也要對它完成校驗。這個在實際應用場景中是比較常見的,比如入參Person對象中,還持有Child對象,我們不僅僅要完成Person的校驗,也依舊還要對Child內的屬性校驗:

@Getter
@Setter
@ToString
public class Person {

    @NotNull
    private String name;
    @NotNull
    @Positive
    private Integer age;
    @Valid
    @NotNull
    private InnerChild child;

    @Getter
    @Setter
    @ToString
    public static class InnerChild {
        @NotNull
        private String name;
        @NotNull
        @Positive
        private Integer age;
    }

}

校驗邏輯如下:

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.setName("fsx");
        Person.InnerChild child = new Person.InnerChild();
        child.setName("fsx-son");
        child.setAge(-1);
        person.setChild(child); // 放進去

        Validator validator = Validation.byProvider(HibernateValidator.class).configure().failFast(false)
                .buildValidatorFactory().getValidator();
        Set> result = validator.validate(person);

        // 輸出錯誤消息
        result.stream().map(v -> v.getPropertyPath() + " " + v.getMessage() + ": " + v.getInvalidValue())
                .forEach(System.out::println);
    }

運行:

child.age 必須是正數: -1
age 不能為null: null

child.age這個級聯屬性校驗成功~

總結

本文值得說是深入了解數據校驗(Bean Validation)了,對于數據校驗的基本使用一直都不是難事,特別是在Spring環境下使用就更簡單了~

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