Spring COC TypeConverter

carl_zhao

Spring的核心思想是IOC(Inversion of Control),DI其实就是IOC的另外一种说法。所谓IoC,对于spring框架来说,就是由spring来负责控制对象的生命周期和对象间的关系。当一个对象需要使用其它对象时,通过Spring容器动态的向这个对象提供它所需要的其他对象。这一点是通过DI(Dependency Injection,依赖注入)来实现的。

这里提到Spring IOC主要是为了说明Spring IOC中的(Convention over configuration) -- 约定优于配置的一个体现,那就是类型转换。Spring把它包装得太好了,可能大家都没有意识到。我下面简单的举一个例子:

1、User.java -- 实体类

public class User {
    
    private String name;
    
    private Integer age;

    // getter and setter
    
}

2、beans.xml -- Spring配置文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans 
       http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="user" class="com.carlzone.springboot.mybatis.User">
        <property name="name" value="carl" />
        <property name="age" value="27" />
    </bean>
    
</beans>

3、Main.java 测试类

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("test-beans.xml");
        User user = context.getBean(User.class);
        System.out.println(user);
    }
    
}

结果毫无疑问,控制台会把User类的name和age输出出来。但是大家有不有想过这样一个问题,在对象实体User中,我们的属性类型这里有String,也有Integer.当然这里举了2个简单的数据类型,Spring还支持更加复杂的数据类型。Spring是如何把我们配置在xml里面的属性转换成我们需要的类型呢?是不是之前没有想过这个问题,下面我们就来分析一下Spring内部是如何这个类型转换的。

1、缘由

其实我之前在看Spring 源码的时候,对于Spring IOC这块一直都看得不是很明白。直到之前看公司代码的时候让我看到了项目中使用了 FormattingConversionServiceFactoryBean这个对象。其实这个对象是一个Factory Bean,如果大家对于这个概念不太明白可以看我之前的blog -- Spring bean 之 FactoryBean。通过对这个对象的源码分析让我明白了Spring的类型转换是如果实现的。

2、Type Conversion SPI

Spring从Spring 3开始新添加了一个包core.conver用来提供一般类型的转换系统。这个系统中定义了SPI在运行时期来实现类型转换逻辑。在Spring容器中,这个系统可以使用PropertyEditors把bean的属性值转换成需要的类型。同样的这个API同样会在你的应用中被使用到。下面我们来看一下Spring的类型转换API。

2.1 Converter SPI

这个SPI用于实现类型转换逻辑。

package org.springframework.core.convert.converter;

public interface Converter<S, T> {

    T convert(S source);

} 

2.2 Formatter SPI

Formatter SPI用于实现格式化逻辑。

package org.springframework.format;

public interface Formatter<T> extends Printer<T>, Parser<T> {
}

Formatter是继承自Printer,Parser接口

public interface Printer<T> {
    String print(T fieldValue, Locale locale);
}
import java.text.ParseException;

public interface Parser<T> {
    T parse(String clientValue, Locale locale) throws ParseException;
}

不难看出虽然Format接口其实是Converter接口的一个子集,它只是类型转换的一种特例。

  • Format : Printer接口实现 T -> String,而Parser接口实现 String -> T.
  • Converter : 而Converter接口是实现 S -> T,从任意对象转换成任意对象。

这里只是简单的介绍了一下Spring关于的Spring Type Conversion与Spring Field Formatting接口方便后续的分析。如果大家想要了解更多详情可以查看Spring官网的介绍。下面我们就来看看Spring类型转换的内部实现。

3、Type Converter Internal

我们还是首先来看看我们最开始提到的类,FormattingConversionServiceFactoryBean。最开始也说到这个类其实是一个FactoryBean。Spring IOC在进行容器初始的时候会通过它的getObject()获取到它想创建的对象。所以说我的目标就转换到了FormattingConversionService这个对象。其实Spring真正创建的对象是DefaultFormattingConversionService。下面我们就来看一下它的类继承体系。

这里写图片描述

3.1 相关接口与类

其实我们看类继承体系(e.g.:这里只画出了相关接口),主要还是看它实现的接口,这样就可以大概知道这个类干了哪些事。这个体系里面有4个接口。

  • ConversionService:类型转换服务,提供判断类型之间是否可以转换,以及转换方法。
  • ConverterRegistry :类型转换服务注册接口,提供类型转换服务的注册接口。
  • ConfigurableConversionService:这个是个空接口,只是同时继承了ConversionService与ConverterRegistry接口。
  • FormatterRegistry:Formatter服务接口注册接口。

其实这里最需要关注的还转换服务的注册以及转换服务的获取。在解释这2个方法之前,再来介绍2个类:

1、GenericConverter

格式转换包装类,包装Formatter以及Converter.内部类ConvertiblePair提供这两种的索引。

public interface GenericConverter {

    Set<ConvertiblePair> getConvertibleTypes();

    Object convert(Object source, TypeDescriptor sourceType, TypeDescriptor targetType);

    final class ConvertiblePair {

        private final Class<?> sourceType;

        private final Class<?> targetType;

        public ConvertiblePair(Class<?> sourceType, Class<?> targetType) {
            Assert.notNull(sourceType, "Source type must not be null");
            Assert.notNull(targetType, "Target type must not be null");
            this.sourceType = sourceType;
            this.targetType = targetType;
        }

        public Class<?> getSourceType() {
            return this.sourceType;
        }

        public Class<?> getTargetType() {
            return this.targetType;
        }

        @Override
        public boolean equals(Object other) {
            if (this == other) {
                return true;
            }
            if (other == null || other.getClass() != ConvertiblePair.class) {
                return false;
            }
            ConvertiblePair otherPair = (ConvertiblePair) other;
            return (this.sourceType == otherPair.sourceType && this.targetType == otherPair.targetType);
        }

        @Override
        public int hashCode() {
            return (this.sourceType.hashCode() * 31 + this.targetType.hashCode());
        }

        @Override
        public String toString() {
            return (this.sourceType.getName() + " -> " + this.targetType.getName());
        }
    }

}

2、ConditionalConverter

转换条件类,判断这个GenericConverter对象是否可以进行转换。

public interface ConditionalConverter {

    boolean matches(TypeDescriptor sourceType, TypeDescriptor targetType);

}

3.2 注册

其实类型转换的具体实现是在分为Formatter与Converter的注册。

  • Converter的注册发生在GenericConversionService类中。也就是里面各种不同的重载方法addConverter().
  • Formatter的注册发生在FormattingConversionService类中。也就是里面各种不同的addFormatterXXX()方法。

它会把这两个接口的实现都会转换成上面提到的GenericConverter接口实现,并且注册到GenericConversionService.Converters对象中,里面有2个属性。converters与globalConverters这两个属性中。

    private static class Converters {

        private final Set<GenericConverter> globalConverters = new LinkedHashSet<GenericConverter>();

        private final Map<ConvertiblePair, ConvertersForPair> converters =
                new LinkedHashMap<ConvertiblePair, ConvertersForPair>(36);

        public void add(GenericConverter converter) {
            Set<ConvertiblePair> convertibleTypes = converter.getConvertibleTypes();
            if (convertibleTypes == null) {
                Assert.state(converter instanceof ConditionalConverter,
                        "Only conditional converters may return null convertible types");
                this.globalConverters.add(converter);
            }
            else {
                for (ConvertiblePair convertiblePair : convertibleTypes) {
                    ConvertersForPair convertersForPair = getMatchableConverters(convertiblePair);
                    convertersForPair.add(converter);
                }
            }
        }

        public GenericConverter find(TypeDescriptor sourceType, TypeDescriptor targetType) {
            // Search the full type hierarchy
            List<Class<?>> sourceCandidates = getClassHierarchy(sourceType.getType());
            List<Class<?>> targetCandidates = getClassHierarchy(targetType.getType());
            for (Class<?> sourceCandidate : sourceCandidates) {
                for (Class<?> targetCandidate : targetCandidates) {
                    ConvertiblePair convertiblePair = new ConvertiblePair(sourceCandidate, targetCandidate);
                    GenericConverter converter = getRegisteredConverter(sourceType, targetType, convertiblePair);
                    if (converter != null) {
                        return converter;
                    }
                }
            }
            return null;
        }
    }

当你实现Formatter、Converter接口时,它会把转换接口以转换源对象sourceType(Class<?>)与转换目标对象targetType(Class<?>)生成ConvertiblePair对象插入到一个converters属性中。如果你实现GenericConverter接口分为两种情况:

1) 如果实现的getConvertibleTypes()返回你需要转换的源对象与目标对象构成的Set<ConvertiblePair>不为空。它就会把转换对象添加到converters属性中。

2) 如果实现的getConvertibleTypes()返回你需要转换的源对象与目标对象构成的Set<ConvertiblePair>为空。它会检查它的类型是不是ConditionalConverter。所以如果你要实现GenericConverter并且实现getConvertibleTypes()方法返回为空,那么你同时需要实现ConditionalConverter。Spring提供了实现了这2个接口的接口ConditionalGenericConverter,你只需要实现它就行了。而且它会把这个转换器添加到globalConverters属性中。

3.3 查询

在Spring中的自定义转换中,当首先会查询GenericConversionService.Converters中的converters属性,然后才会查询GenericConversionService.Converters中的globalConverters属性。所以说实现ConditionalGenericConverter的方法getConvertibleTypes()如果返回为空,那么它就是一个备胎。

4、Spring IOC Type Converter

Spring IOC在进行类型转换的时候最终会调用在TypeConverterDelegate类的convertIfNecessary方法。下面我们来看一这个方法的具体实现。

class TypeConverterDelegate {

    public <T> T convertIfNecessary(String propertyName, Object oldValue, Object newValue,
            Class<T> requiredType, TypeDescriptor typeDescriptor) throws IllegalArgumentException {

        // Custom editor for this type?
        PropertyEditor editor = this.propertyEditorRegistry.findCustomEditor(requiredType, propertyName);

        ConversionFailedException conversionAttemptEx = null;

        // No custom editor but custom ConversionService specified?
        ConversionService conversionService = this.propertyEditorRegistry.getConversionService();
        if (editor == null && conversionService != null && newValue != null && typeDescriptor != null) {
            TypeDescriptor sourceTypeDesc = TypeDescriptor.forObject(newValue);
            if (conversionService.canConvert(sourceTypeDesc, typeDescriptor)) {
                try {
                    return (T) conversionService.convert(newValue, sourceTypeDesc, typeDescriptor);
                }
                catch (ConversionFailedException ex) {
                    // fallback to default conversion logic below
                    conversionAttemptEx = ex;
                }
            }
        }

        Object convertedValue = newValue;

        // Value not of required type?
        if (editor != null || (requiredType != null && !ClassUtils.isAssignableValue(requiredType, convertedValue))) {
            if (typeDescriptor != null && requiredType != null && Collection.class.isAssignableFrom(requiredType) &&
                    convertedValue instanceof String) {
                TypeDescriptor elementTypeDesc = typeDescriptor.getElementTypeDescriptor();
                if (elementTypeDesc != null) {
                    Class<?> elementType = elementTypeDesc.getType();
                    if (Class.class == elementType || Enum.class.isAssignableFrom(elementType)) {
                        convertedValue = StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) convertedValue);
                    }
                }
            }
            if (editor == null) {
                editor = findDefaultEditor(requiredType);
            }
            convertedValue = doConvertValue(oldValue, convertedValue, requiredType, editor);
        }

        boolean standardConversion = false;

        if (requiredType != null) {
            // Try to apply some standard type conversion rules if appropriate.

            if (convertedValue != null) {
                if (Object.class == requiredType) {
                    return (T) convertedValue;
                }
                else if (requiredType.isArray()) {
                    // Array required -> apply appropriate conversion of elements.
                    if (convertedValue instanceof String && Enum.class.isAssignableFrom(requiredType.getComponentType())) {
                        convertedValue = StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) convertedValue);
                    }
                    return (T) convertToTypedArray(convertedValue, propertyName, requiredType.getComponentType());
                }
                else if (convertedValue instanceof Collection) {
                    // Convert elements to target type, if determined.
                    convertedValue = convertToTypedCollection(
                            (Collection<?>) convertedValue, propertyName, requiredType, typeDescriptor);
                    standardConversion = true;
                }
                else if (convertedValue instanceof Map) {
                    // Convert keys and values to respective target type, if determined.
                    convertedValue = convertToTypedMap(
                            (Map<?, ?>) convertedValue, propertyName, requiredType, typeDescriptor);
                    standardConversion = true;
                }
                if (convertedValue.getClass().isArray() && Array.getLength(convertedValue) == 1) {
                    convertedValue = Array.get(convertedValue, 0);
                    standardConversion = true;
                }
                if (String.class == requiredType && ClassUtils.isPrimitiveOrWrapper(convertedValue.getClass())) {
                    // We can stringify any primitive value...
                    return (T) convertedValue.toString();
                }
                else if (convertedValue instanceof String && !requiredType.isInstance(convertedValue)) {
                    if (conversionAttemptEx == null && !requiredType.isInterface() && !requiredType.isEnum()) {
                        try {
                            Constructor<T> strCtor = requiredType.getConstructor(String.class);
                            return BeanUtils.instantiateClass(strCtor, convertedValue);
                        }
                        catch (NoSuchMethodException ex) {
                            // proceed with field lookup
                            if (logger.isTraceEnabled()) {
                                logger.trace("No String constructor found on type [" + requiredType.getName() + "]", ex);
                            }
                        }
                        catch (Exception ex) {
                            if (logger.isDebugEnabled()) {
                                logger.debug("Construction via String failed for type [" + requiredType.getName() + "]", ex);
                            }
                        }
                    }
                    String trimmedValue = ((String) convertedValue).trim();
                    if (requiredType.isEnum() && "".equals(trimmedValue)) {
                        // It's an empty enum identifier: reset the enum value to null.
                        return null;
                    }
                    convertedValue = attemptToConvertStringToEnum(requiredType, trimmedValue, convertedValue);
                    standardConversion = true;
                }
                else if (convertedValue instanceof Number && Number.class.isAssignableFrom(requiredType)) {
                    convertedValue = NumberUtils.convertNumberToTargetClass(
                            (Number) convertedValue, (Class<Number>) requiredType);
                    standardConversion = true;
                }
            }
            else {
                // convertedValue == null
                if (javaUtilOptionalEmpty != null && requiredType == javaUtilOptionalEmpty.getClass()) {
                    convertedValue = javaUtilOptionalEmpty;
                }
            }

            if (!ClassUtils.isAssignableValue(requiredType, convertedValue)) {
                if (conversionAttemptEx != null) {
                    // Original exception from former ConversionService call above...
                    throw conversionAttemptEx;
                }
                else if (conversionService != null) {
                    // ConversionService not tried before, probably custom editor found
                    // but editor couldn't produce the required type...
                    TypeDescriptor sourceTypeDesc = TypeDescriptor.forObject(newValue);
                    if (conversionService.canConvert(sourceTypeDesc, typeDescriptor)) {
                        return (T) conversionService.convert(newValue, sourceTypeDesc, typeDescriptor);
                    }
                }

                // Definitely doesn't match: throw IllegalArgumentException/IllegalStateException
                StringBuilder msg = new StringBuilder();
                msg.append("Cannot convert value of type '").append(ClassUtils.getDescriptiveType(newValue));
                msg.append("' to required type '").append(ClassUtils.getQualifiedName(requiredType)).append("'");
                if (propertyName != null) {
                    msg.append(" for property '").append(propertyName).append("'");
                }
                if (editor != null) {
                    msg.append(": PropertyEditor [").append(editor.getClass().getName()).append(
                            "] returned inappropriate value of type '").append(
                            ClassUtils.getDescriptiveType(convertedValue)).append("'");
                    throw new IllegalArgumentException(msg.toString());
                }
                else {
                    msg.append(": no matching editors or conversion strategy found");
                    throw new IllegalStateException(msg.toString());
                }
            }
        }

        if (conversionAttemptEx != null) {
            if (editor == null && !standardConversion && requiredType != null && Object.class != requiredType) {
                throw conversionAttemptEx;
            }
            logger.debug("Original ConversionService attempt failed - ignored since " +
                    "PropertyEditor based conversion eventually succeeded", conversionAttemptEx);
        }

        return (T) convertedValue;
    }


}

这个Spring IOC类型转换分为以下4个步骤:

  1. 通过Java中的PropertyEditor的内省机制对Spring的对象属性进行类型转换
  2. 通过Spring中的ConversionService的自定义类型转换实现对象属性进行类型转换
  3. 通过一般类型判断对对象的属性进行类型转换(Array, Collection, Map, String, Number, Optional)
  4. 报错(不遵循COC -- 约定大于配置)。

5、应用

在Spring通过它的约定大于配置,它帮助我们实现了一些默认的类型转换。具体的默认的类型转换在DefaultFormattingConversionService接口。可以如果你的包依赖中没有joda-time,Spring就不会提供String转换Date的转换服务。下面我们就来自定义类型转换服务:

5.1 Order.java -- 实体类

public class Order {

    private Date createDt;

    public Date getCreateDt() {
        return createDt;
    }

    public void setCreateDt(Date createDt) {
        this.createDt = createDt;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Order{" +
                "createDt=" + createDt +
                '}';
    }
}

5.2 StringToDateConverter -- 实现Formatter接口

public class StringToDateConverter implements Formatter<Date> {

    private String pattern;

    public StringToDateConverter(String pattern) {
        this.pattern = pattern;
    }

    @Override
    public Date parse(String text, Locale locale) throws ParseException {
        DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat(pattern, locale);
        return dateFormat.parse(text);
    }

    @Override
    public String print(Date date, Locale locale) {
        DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat(pattern, locale);
        return dateFormat.format(date);
    }
}

5.3 ConverterController.java

@RestController
public class ConverterController {

    @InitBinder
    public void init(DataBinder dataBinder){
        dataBinder.addCustomFormatter(new StringToDateConverter("yyyy-MM-dd"));
    }

    @RequestMapping("converter")
    public Order converter(Order order){
        return order;
    }

}

5.4 SpringBootMybatisApplication.java

@SpringBootApplication
public class SpringBootMybatisApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringBootMybatisApplication.class, args);
    }
}

5.4 测试

通过访问http://localhost:8080/conveter?createDt=2017-08-12,根据以上的测试代码就会返回以下的结果。

这里写图片描述

在Spring MVC中因为前端HttpServletRequest的传值只会涉及到String,所以在Spring MVC在进行数据绑定的时候只开放的Formatter接口,而没有开放Converter接口。

但是我们可以使用FormattingConversionServiceFactoryBean来注册Converter接口。

public class FormattingConversionServiceFactoryBean
        implements FactoryBean<FormattingConversionService>, EmbeddedValueResolverAware, InitializingBean {

    private Set<?> converters;

    private Set<?> formatters;

    private Set<FormatterRegistrar> formatterRegistrars;

}

它可以注册Converter与Formatter接口.Spring会在容器开始依赖注入之前检测容器中是否有名称有conversionService,就会把conversionService设计到BeanFactory当中,当类型转换的时候就会把这个对象设置进去。

    protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        // Initialize conversion service for this context.
        if (beanFactory.containsBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME) &&
                beanFactory.isTypeMatch(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class)) {
            beanFactory.setConversionService(
                    beanFactory.getBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class));
        }

        // Initialize LoadTimeWeaverAware beans early to allow for registering their transformers early.
        String[] weaverAwareNames = beanFactory.getBeanNamesForType(LoadTimeWeaverAware.class, false, false);
        for (String weaverAwareName : weaverAwareNames) {
            getBean(weaverAwareName);
        }

        // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.
        beanFactory.setTempClassLoader(null);

        // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes.
        beanFactory.freezeConfiguration();

        // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
        beanFactory.preInstantiateSingletons();
    }

可以看到在代码最开始的时候就是判断容器是否有这个对象。如果有就设置到BeanFactory里面。代码的最后面才是Spring容器初始化单例bean的逻辑。

beanFactory.preInstantiateSingletons();
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