Spring Plugin与策略模式：打造动态可扩展的应用

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一、策略模式

策略模式是一种设计模式，它允许程序在运行中动态的选择不同的行为方式进行动态执行。策略模式的核心思想是将行为封装在一个个独立的类中，这些类实现了相同的接口或抽象类，客户端可以通过接口来调用不同的实现，而不知道具体的实现细节。下面来看一个具体的案例。

现在的移动支付非常的便捷，而且有很多支付方式，假如让你负责支付路由的设计该如何设计，如何实现支付渠道的选择的呢？

比如用户支付时可以选择支付宝、微信、银行卡，那系统底层是如何进行操作的，后期如果在加入新的支付方式，该如何进行扩展呢？

当然如果你使用 if else 肯定是能实现的，但这种代码可读性差、可维护性差，而且不利于扩展，使用策略模式就能优雅的解决这些问题。

二、Spring Plugin

Spring Plugin 是 Spring 框架的一个扩展，用于实现插件化开发。它提供了插件注册、加载、卸载等功能。Spring Plugin 提供了一种简单而有效的方式来实现插件化开发，使得应用程序能够更加灵活和易于维护。

下面通过 Spring Plugin 来实现上面提到的支付路由的策略模式。

2.1 Spring Plugin 实现策略模式开发

引入依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.plugin</groupId>
    <artifactId>spring-plugin-core</artifactId>
    <version>指定版本</version>
</dependency>

定义支付方式接口

public interface PaymentStrategy extends Plugin<String> {

    /**
     * 支付路由选择
     *
     * @param paymentReq 待处理的订单信息, 入参中携带支付标识
     * @return
     */
    PayResult pay(PaymentReq paymentReq);
}

具体的支付实现

// 支付宝支付实现
@Service
public class AliPayService implements PaymentStrategy {

    @Override
    public PayResult pay(PaymentReq paymentReq) {
        // 模拟支付宝支付流程
        return new PayResult();
    }

    @Override
    public boolean supports(String payment) {
        // 支付方式是否为支付宝，这里简化一些，正常情况下需要使用枚举
        return "alipay".equals(payment);
    }
}

// 微信支付实现
@Service
public class WechatPayService implements PaymentStrategy {

    @Override
    public PayResult pay(PaymentReq paymentReq) {
        // 模拟微信支付流程
        return new PayResult();
    }

    @Override
    public boolean supports(String payment) {
        // 支付方式是否为微信，这里简化一些，正常情况下需要使用枚举
        return "wechatpay".equals(payment);
    }
}

假如后期要加入银联支付方式，相信你一定知道如何实现了吧。

定义插件配置

@Configuration
@EnablePluginRegistries({PaymentStrategy.class})
public class StrategyConfig {

}

使用支付方式进行支付操作

@RestController
public class PaymentController {

    @Autowired
    private PluginRegistry<PaymentStrategy, String> registry;

    @PostMapping(value = "/pay")
    public PayResult pay(PaymentReq req) {
        PaymentStrategy strategy = registry.getRequiredPluginFor(req.getPaymentType());
        return strategy.pay(req);
    }
}

上述即时使用 Spring Plugin 实现策略模式的案例，是不是很简单呢。

2.2 策略模式优缺点

策略模式的优点很明显，有以下优点

扩展性：使用策略模式时，如果要添加新的策略十分方便也很简单，不用修改原有的代码，扩展性好。
解耦：客户端调用时只需要知道策略接口，而具体的实现不必担心。
动态性：可以在运行时动态进行不同策略的切换，提高了灵活性和适应性。

但是也有一定的缺点，为了实现每个策略类，都需要一个新的类进行独立的封装，增加了复杂性。但是与其扩展性来说，这点实际上是可以忽略的。

三、Spring Plugin 原理

开启 Spring Plugin 功能的入口是 @EnablePluginRegistries 注解，先看一下其实现。

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
@Documented
@Import(PluginRegistriesBeanDefinitionRegistrar.class)
public @interface EnablePluginRegistries {

    /**
	 * The {@link Plugin} types to register {@link PluginRegistry} instances for. The registries will be named after the
	 * uncapitalized plugin type extended with {@code Registry}. So for a plugin interface {@code SamplePlugin} the
	 * exposed bean name will be {@code samplePluginRegistry}. This can be used on the client side to make sure you get
	 * the right {@link PluginRegistry} injected by using the {@link Qualifier} annotation and referring to that bean
	 * name. If the auto-generated bean name collides with one already in your application you can use the
	 * {@link Qualifier} annotation right at the plugin interface to define a custom name.
	 * 
	 * @return
	 */
	Class<? extends Plugin<?>>[] value();

}

该注解声明了需要开启插件化能力的接口，并且导入了PluginRegistriesBeanDefinitionRegistrar，它是一个 ImportBeanDefinitionRegistrar，会在 Spring Boot 启动的时候执行 registerBeanDefinitions 方法。registerBeanDefinitions 方法实现如下：

@Override
	public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {

		Map<String, Object> annotationAttributes = importingClassMetadata
				.getAnnotationAttributes(EnablePluginRegistries.class.getName());

		if (annotationAttributes == null) {
			LOG.info("No EnablePluginRegistries annotation found on type {}!", importingClassMetadata.getClassName());
			return;
		}

		Class<?>[] types = (Class<?>[]) annotationAttributes.get("value");

		for (Class<?> type : types) {

			BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(PluginRegistryFactoryBean.class);
			builder.addPropertyValue("type", type);

			RootBeanDefinition beanDefinition = (RootBeanDefinition) builder.getBeanDefinition();
			beanDefinition.setTargetType(getTargetType(type));

			Qualifier annotation = type.getAnnotation(Qualifier.class);

			// If the plugin interface has a Qualifier annotation, propagate that to the bean definition of the registry
			if (annotation != null) {
				AutowireCandidateQualifier qualifierMetadata = new AutowireCandidateQualifier(Qualifier.class);
				qualifierMetadata.setAttribute(AutowireCandidateQualifier.VALUE_KEY, annotation.value());
				beanDefinition.addQualifier(qualifierMetadata);
			}

			// Default
			String beanName = annotation == null //
					? StringUtils.uncapitalize(type.getSimpleName() + "Registry") //
					: annotation.value();

			registry.registerBeanDefinition(beanName, builder.getBeanDefinition());
		}
	}

registerBeanDefinitions 从 EnablePluginRegistries 解析出插件接口，然后注册成 PluginRegistryFactoryBean 类型的 BeanDefination。

PluginRegistryFactoryBean 是一个 FactoryBean，所以注入 PluginRegistry 类型的时候实际是调用 PluginRegistryFactoryBean 的 getObject 返回的内容。

public class PluginRegistryFactoryBean<T extends Plugin<S>, S> extends AbstractTypeAwareSupport<T>
		implements FactoryBean<PluginRegistry<T, S>> {


	@NonNull
	public OrderAwarePluginRegistry<T, S> getObject() {
		return OrderAwarePluginRegistry.of(getBeans());
	}


	@NonNull
	public Class<?> getObjectType() {
		return OrderAwarePluginRegistry.class;
	}


	public boolean isSingleton() {
		return true;
	}
}

注入的时候返回的类型是 OrderAwarePluginRegistry，注入调用 getObject 返回，里边调用了父类 AbstractTypeAwareSupport 的 getBeans 方法。

protected List<T> getBeans() {
  TargetSource targetSource = this.targetSource;
  if (targetSource == null) {
    throw new IllegalStateException("Traget source not initialized!");
  }
  ProxyFactory factory = new ProxyFactory(List.class, targetSource);


  return (List<T>) factory.getProxy();
}


public void afterPropertiesSet() {
  ApplicationContext context = this.context;
  if (context == null) {
    throw new IllegalStateException("ApplicationContext not set!");
  }
  Class<?> type = this.type;


  if (type == null) {
    throw new IllegalStateException("No type configured!");
  }
  this.targetSource = new BeansOfTypeTargetSource(context, type, false, exclusions);
}

由于实现了 InitializingBean 接口，初始化时会获取到 ApplicationContext 上下文，基于上下文的 type 封装成 BeansOfTypeTargetSource 赋值给 targetSource 变量，BeansOfTypeTargetSource 实现了 TargetSource，getTarget返回基于实际类型封装的增强类型。

class BeansOfTypeTargetSource implements TargetSource {

		@NonNull
		@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
		public synchronized Object getTarget() throws Exception {

			Collection<Object> components = this.components == null //
					? getBeansOfTypeExcept(type, exclusions) //
					: this.components;

			if (frozen && this.components == null) {
				this.components = components;
			}

			return new ArrayList(components);
		}
    
    private Collection<Object> getBeansOfTypeExcept(Class<?> type, Collection<Class<?>> exceptions) {

			return Arrays.stream(context.getBeanNamesForType(type, false, eagerInit)) //
					.filter(it -> !exceptions.contains(context.getType(it))) //
					.map(it -> context.getBean(it)) //
					.collect(Collectors.toList());
		}
}

getBeans 方法,会基于动态代理将 BeansOfTypeTargetSource 创建成 List 类型代理对象备用。然后回到 PluginRegistryFactoryBean 的 getObject 方法,会最终将插件接口实现封装成OrderAwarePluginRegistry 类型。

也就是说通过 PluginRegistryFactoryBean 注入的 PluginRegistry 是包含了所有实现了插件接口实例的封装类型,我们常用到的有 getPlugins 和 getPluginFor 方法:

@Override
public List<T> getPlugins() {
  return Collections.unmodifiableList(super.getPlugins());
}


@Override
public Optional<T> getPluginFor(S delimiter) {
  return super.getPlugins().stream()//
      .filter(it -> it.supports(delimiter))//
      .findFirst();
}

到这里基本上就可以了解其工作原理了。

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