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从深处去掌握数据校验@Valid的作用(级联校验)

BlackFlagBin / 1277人阅读

摘要:如果说要使用数据校验,我十分相信小伙伴们都能够使用,但估计大都是有个前提的环境。具体使用可参考小家让支持对平铺参数执行数据校验默认使用只能对进行校验级联校验什么叫级联校验,其实就是带校验的成员里存在级联对象时,也要对它完成校验。

每篇一句
NBA里有两大笑话:一是科比没天赋,二是詹姆斯没技术
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前言

关于Bean Validation的基本原理篇完结之后,接下来就是小伙伴最为关心的干货:使用篇
如果说要使用Bean Validation数据校验,我十分相信小伙伴们都能够使用,但估计大都是有个前提的:Spring MVC环境。我极其简单的调查了一下,近乎99%的人都是只把数据校验使用在Spring MVCController层面的,而且几乎90%的人都是让它必须和@RequestBody一起来使用去校验JavaBean入参~

如果这么去理解Bean Validation的使用,那就有点太过于片面了,毕竟被Spring包裹起来,你其实很难去知道它真正做的事。
熟悉我文章风格的人知道,每篇文章我都会带你领略一些不一样的风景,本章亦不例外,会让你知道数据校验在Spring框架之外的一些事~

分组校验

在我的前置原理篇文章,分组校验其实是没太大必要说的,因为使用起来确实非常的简单。此处还是给个分组校验的使用案例吧:

@Getter
@Setter
@ToString
public class Person {
    // 错误消息message是可以自定义的
    @NotNull(message = "{message} -> 名字不能为null", groups = Simple.class)
    public String name;
    @Max(value = 10, groups = Simple.class)
    @Positive(groups = Default.class) // 内置的分组:default
    public Integer age;

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

    // 定义两个组 Simple组和Complex组
    interface Simple {
    }
    interface Complex {

    }
}

执行分组校验:

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        //person.setName("fsx");
        person.setAge(18);
        // email校验:虽然是List都可以校验哦
        person.setEmails(Arrays.asList("fsx@gmail.com", "baidu@baidu.com", "aaa.com"));
        //person.setStart(new Date()); //start 需要是一个将来的时间: Sun Jul 21 10:45:03 CST 2019
        //person.setStart(new Date(System.currentTimeMillis() + 10000)); //校验通过

        HibernateValidatorConfiguration configure = Validation.byProvider(HibernateValidator.class).configure();
        ValidatorFactory validatorFactory = configure.failFast(false).buildValidatorFactory();
        // 根据validatorFactory拿到一个Validator
        Validator validator = validatorFactory.getValidator();


        // 分组校验(可以区分对待Default组、Simple组、Complex组)
        Set> result = validator.validate(person, Person.Simple.class);
        //Set> result = validator.validate(person, Person.Complex.class);

        // 对结果进行遍历输出
        result.stream().map(v -> v.getPropertyPath() + " " + v.getMessage() + ": " + v.getInvalidValue())
                .forEach(System.out::println);

    }

运行打印:

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

可以直观的看到效果,此处的校验只执行Person.Simple.class这个Group组上的约束~

分组约束在Spring MVC中的使用场景还是相对比较多的,但是需要注意的是:javax.validation.Valid没有提供指定分组的,但是org.springframework.validation.annotation.Validated扩展提供了直接在注解层面指定分组的能力
@Valid注解

我们知道JSR提供了一个@Valid注解供以使用,在本文之前,绝大多数小伙伴都是在Controller中并且结合@RequestBody一起来使用它,但在本文之后,你定会对它有个全新的认识~

==该注解用于验证级联的属性方法参数方法返回类型。==
当验证属性、方法参数或方法返回类型时,将验证对象及其属性上定义的约束,另外:此行为是递归应用的。

:::为了理解@Valid,那就得知道处理它的时机:::

MetaDataProvider

元数据提供者:约束相关元数据(如约束、默认组序列等)的Provider。它的作用和特点如下:

基于不同的元数据:如xml、注解。(还有个编程映射) 这三种类型。对应的枚举类为:

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

MetaDataProvider只返回直接为一个类配置的元数据

它不处理从超类、接口合并的元数据(简单的说你@Valid放在接口处是无效的

public interface MetaDataProvider {

    // 将**注解处理选项**归还给此Provider配置。  它的唯一实现类为:AnnotationProcessingOptionsImpl
    // 它可以配置比如:areMemberConstraintsIgnoredFor  areReturnValueConstraintsIgnoredFor
    // 也就说可以配置:让免于被校验~~~~~~(开绿灯用的)
    AnnotationProcessingOptions getAnnotationProcessingOptions();
    // 返回作用在此Bean上面的`BeanConfiguration`   若没有就返回null了
    // BeanConfiguration持有ConfigurationSource的引用~
     BeanConfiguration getBeanConfiguration(Class beanClass);
    
}

// 表示源于一个ConfigurationSource的一个Java类型的完整约束相关配置。  包含字段、方法、类级别上的元数据
// 当然还包含有默认组序列上的元数据(使用较少)
public class BeanConfiguration {
    // 三种来源的枚举
    private final ConfigurationSource source;
    private final Class beanClass;
    // ConstrainedElement表示待校验的元素,可以知道它会如下四个子类:
    // ConstrainedField/ConstrainedType/ConstrainedParameter/ConstrainedExecutable
    
    // 注意:ConstrainedExecutable持有的是java.lang.reflect.Executable对象
    //它的两个子类是java.lang.reflect.Method和Constructor
    private final Set constrainedElements;

    private final List> defaultGroupSequence;
    private final DefaultGroupSequenceProvider defaultGroupSequenceProvider;
    ... // 它自己并不处理什么逻辑,参数都是通过构造器传进来的
}

它的继承树:

三个实现类对应着上面所述的三种元数据类型。本文很显然只需要关注和注解相关的:AnnotationMetaDataProvider

AnnotationMetaDataProvider

这个元数据均来自于注解的标注,然后它是Hibernate Validation的默认configuration source。它这里会处理标注有@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;

    // 这是一个非常重要的属性,它会记录着当前Bean  所有的待校验的Bean信息~~~
    private final BeanConfiguration objectBeanConfiguration;

    // 唯一构造函数
    public AnnotationMetaDataProvider(ConstraintHelper constraintHelper,
            TypeResolutionHelper typeResolutionHelper,
            ValueExtractorManager valueExtractorManager,
            AnnotationProcessingOptions annotationProcessingOptions) {
        this.constraintHelper = constraintHelper;
        this.typeResolutionHelper = typeResolutionHelper;
        this.valueExtractorManager = valueExtractorManager;
        this.annotationProcessingOptions = annotationProcessingOptions;

        // 默认情况下,它去把Object相关的所有的方法都retrieve:检索出来放着  我比较费解这件事~~~  
        // 后面才发现:一切为了效率
        this.objectBeanConfiguration = retrieveBeanConfiguration( Object.class );
    }

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


    // 如果你的Bean是Object  就直接返回了~~~(大多数情况下  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,核心解析逻辑在retrieveBeanConfiguration()这个私有方法上。总结一下调用此方法的两个原始入口(一个构造器,一个接口方法):

ValidatorFactory.getValidator()获取校验器的时候,初始化时会自己new一个,调用栈如下图:

调用Validator.validate()方法的时候,beanMetaDataManager.getBeanMetaData( rootBeanClass )它会遍历初始化时所有的metaDataProviders(默认情况下两个,没有xml方式的),拿出所有的BeanConfiguration交给BeanMetaDataBuilder,最终构建出一个属于此Bean的BeanMetaData。对此有一点注意事项描述如下:

    1. 处理`MetaDataProvider`时会调用`ClassHierarchyHelper.getHierarchy( beanClass ) `方法,不仅仅处理本类。拿到本类自己和所有父类后,统一交给`provider.getBeanConfiguration( clazz )`处理(**也就是说任何一个类都会把Object类处理一遍**)

retrieveBeanConfiguration()详情

这个方法说白了,就是从Bean里面去检索属性、方法、构造器等需要校验的ConstrainedElement项

    private  BeanConfiguration retrieveBeanConfiguration(Class beanClass) {
        // 它检索的范围是:clazz.getDeclaredFields()  什么意思:就是搜集到本类所有的字段  包括private等等  但是不包括父类的所有字段
        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
        // 这个TODO很有意思:当前,类级约束由PropertyMetadata表示。这是可行的,但似乎有点不自然
        // ReturnValueMetaData、ExecutableMetaData、ParameterMetaData、PropertyMetaData

        // 总之吧:此处就是把类级别的校验器放进来了(这个set大部分时候都是空的)
        Set> classLevelConstraints = getClassLevelConstraints( beanClass );
        if (!classLevelConstraints.isEmpty()) {
            ConstrainedType classLevelMetaData = new ConstrainedType(ConfigurationSource.ANNOTATION, beanClass, classLevelConstraints);
            constrainedElements.add(classLevelMetaData);
        }
        
        // 组装成一个BeanConfiguration返回
        return new BeanConfiguration<>(ConfigurationSource.ANNOTATION, beanClass,
                constrainedElements, 
                getDefaultGroupSequence( beanClass ),  //此类上标注的所有@GroupSequence注解
                getDefaultGroupSequenceProvider( beanClass ) // 此类上标注的所有@GroupSequenceProvider注解
        );
    }

这一步骤把该Bean上的字段、方法等等需要校验的项都提取出来。就拿上例中的Demo校验Person类来说,最终得出的BeanConfiguration如下:(两个)


这是直观的结论,可以看到仅仅是一个简单的类其实所包含的项是挺多的。

此处说一句:项是有这么多,但是并不是每一个都需要走验证逻辑的。因为毕竟大多数项上面并没有约束(注解),大多数ConstrainedElement.getConstraints()为空嘛~

总得来说,我个人建议不能光只记忆结论,因为那很容易忘记,所以还是得稍微深入一点,让记忆更深刻吧。那就从下面四个方面深入:

检索Field:getFieldMetaData( beanClass )

拿到本类所有字段Fieldclazz.getDeclaredFields()

把每个Field都包装成ConstrainedElement存放起来~~~

    1.  注意:此步骤完成了对每个`Field`上标注的注解进行了保存

检索Method:getMethodMetaData( beanClass )

拿到本类所有的方法Methodclazz.getDeclaredMethods()

排除掉静态方法和合成(isSynthetic)方法

把每个Method都转换成一个ConstrainedExecutable装着~~(ConstrainedExecutable也是个ConstrainedElement)。在此期间它完成了如下事(方法和构造器都复杂点,因为包含入参和返回值):

    1. 找到方法上所有的注解保存起来
    2. 处理入参、返回值(包括自动判断是作用在入参还是返回值上)

检索Constructor:getConstructorMetaData( beanClass )

完全同处理Method,略

检索Type:getClassLevelConstraints( beanClass )

找打标注在此类上的所有的注解,转换成ConstraintDescriptor

对已经找到每个ConstraintDescriptor进行处理,最终都转换Set>这个类型

    1. 

Set>用一个ConstrainedType包装起来(ConstrainedType是个ConstrainedElement

==关于级联校验此处补充说明一点,处理Type,都会处理级联校验情况,并且还是递归处理:==
也就是这个方法(课件@Valid在此处生效):

    // type解释:分如下N中情况
    // Field为:.getGenericType() // 字段的类型
    // Method为:.getGenericReturnType() // 返回值类型
    // Constructor:.getDeclaringClass() // 构造器所在类

    // annotatedElement:可不一定说一定要有注解才能进来(每个字段、方法、构造器等都能传进来)
    private CascadingMetaDataBuilder getCascadingMetaData(Type type, AnnotatedElement annotatedElement, Map, CascadingMetaDataBuilder> containerElementTypesCascadingMetaData) {
        return CascadingMetaDataBuilder.annotatedObject( type, annotatedElement.isAnnotationPresent( Valid.class ), containerElementTypesCascadingMetaData, getGroupConversions( annotatedElement ) );
    }

这里对我们理解级联校验最重要的一句是:annotatedElement.isAnnotationPresent(Valid.class)。也就是说:若元素被此注解标注了,那就证明需要对它进行级联校验,这就是JSR定位@Valid的作用~

Spring提升了它???请关注后文Spring对它的应用吧~
ConstraintValidator.isValid()调用处

我们知道,每个约束注解都是交给约束校验器ConstraintValidator.isValid()这个方法来处理的,它被调用(生效)的地方在此(唯一处):

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 );
        ...
        // 显然校验不通过就返回错误消息  否则返回空集合
        if ( !isValid ) {
            return executionContext.createConstraintViolations(valueContext, constraintValidatorContext);
        }
        return Collections.emptySet();
    }
    ...
}

这个方法的调用,会在执行每个Group的时候

success = metaConstraint.validateConstraint( validationContext, valueContext );

MetaConstraint在上面检索的时候就已经准备好了,最后通过ConstrainedElement.getConstraints就拿到了每个元素的校验器们,继续调用

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

so,最终就调用到了isValid这个真正做事的方法上了。

==说了这么多,你可能还云里雾里,那么就show一把吧:==

Demo Show

上面用一个示例校验Person这个JavaBean了,但是你会发现示例中我们全都是校验的Field属性。从理论里我们知道了Bean Validation它是有校验方法、构造器、入参甚至递归校验级联属性的能力的

校验属性Field

校验Method入参、返回值 校验Constructor入参、返回值 既校验入参,同时也校验返回值

这些是不能直接使用的,需要在运行时进行校验。具体使用可参考:【小家Spring】让Controller支持对平铺参数执行数据校验(默认Spring MVC使用@Valid只能对JavaBean进行校验)

级联校验

什么叫级联校验,其实就是带校验的成员里存在级联对象时,也要对它完成校验。这个在实际应用场景中是比较常见的,比如入参Person对象中,还持有Child对象,我们不仅仅要完成Person的校验,也依旧还要对Child内的属性校验:

@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;
    }

}

校验逻辑如下:

    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); // 放进去

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

        // 输出错误消息
        result.stream().map(v -> v.getPropertyPath() + " " + v.getMessage() + ": " + v.getInvalidValue())
                .forEach(System.out::println);
    }

运行:

child.age 必须是正数: -1
age 不能为null: null

child.age这个级联属性校验成功~

总结

本文值得说是深入了解数据校验(Bean Validation)了,对于数据校验的基本使用一直都不是难事,特别是在Spring环境下使用就更简单了~

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