背景
相信很多人都使用过 start.spring.io 来初始化自己的 Spring Boot 工程,这个工具为开发者提供了丰富的可选组件,并且可以选择多种打包方式,大大方便了开发人员的使用。最近,阿里的 Nacos、Sentinel 也进入 start.spring.io 的选项中,进一步的方便开发者使用阿里云的产品。
但是,生成的工程骨架中,只有组件坐标信息,缺少对应的使用方法和 Demo 代码;于是,开发者还是需要去寻找相关使用教程,或者样例代码;如果找的不对,或者是版本不匹匹配,还需要花费不少时间去排查和解决问题;这些问题都在无形中增加用户的工作量。
我们将对软件工程的抽象层次自上而下进行切分,会得到如下的几个层级:行业、解决方案、应用、功能、组件;明显的, start.spring.io 目前只能提供组件级别的支持。再将组件这层展开,会发现这样一个生命周期:组件引入、组件配置、功能开发、线上运维。 start.spring.io 也只实现了“组件引入”这一功能。
我们的目标是“让阿里云成为广大 Java 开发者最好用的云”。要实现这个目标,是否可以再向前走几步,在解决“组件引入”问题的基础上,将组件的典型使用方法、样例代码、使用说明也加入到工程中呢?基于这种思考,我们上线了自己的 bootstrap 站点 start.aliyun.com :
当然,本着不重复造轮子的原则,我们不再构建一套工程生成底层框架,而是使用 Spring Initializr 来实现这部分功能。在此之上专注于增加新特性,实现服务广大开发者的目标。
Spring Initializr:
https://github.com/spring-io/initializr
在 start.aliyun.com 中,我们为广大开发者带来了如下便利特性:
1、为每个组件提供了单独的 DemoCode 和对应的配置样例(本次已发布)。
2、工程内置说明,减少用户查找文档的困难(部分实现)。
3、开发者只需要做减法,而非加法的使用方式(部分实现)。
4、提供多组件集成的解决方案(开发中)。
5、定期跟进 start.spring.io 的更新,方便大家使用到 spring 的最新功能。
start.aliyun.com:
未来,我们还需要再助力开发者这条路上继续发力,不仅仅是做好组件集成的工作,还要需要继续向上支持,提供更多功能、服务、应用层级的快速构建能力。
本文,围绕 spring initializr 框架,以 start.spring.io 为例,全面的给大家介绍如何使用和扩展这个框架,以及背后的运行原理。
使用篇
由于 spring-initializr 提供了灵活的扩展能力,以及丰富的默认实现;其使用方式也是非常的灵活多变;为了便于说明,我们直接通过 start.spring.io ,看看 Spring 自己是怎么使用这套框架的。
基本用法
基本用法的原则,是尽量少写代码,甚至是不写代码。只通过配置就可以实现 initializr 工程的创建。
依赖引入
要使用 spring-initializr ,首先要引入这套框架。很简单,直接依赖 bom 即可:
有了这个 bom 依赖,我们就不用再关心内部组件的版本等信息了。
一般来说,我们还需要引入具体组件:
具体每个子模块的用途,这里列出来,供读者参考:
initializr-actuator: 监控诊断的附加信息,这个暂时忽略。
initializr-bom: 便于外部使用的 bom 依赖。
initializr-docs: 使用文档。
initializr-generator: 核心工程生成库。
initializr-generator-spring: 用于生成典型的 spring boot 工程。
initializr-generator-test: 测试框架。
initializr-metadata: 项目各个方面的元数据基础结构。
initializr-service-sample: 基本使用案例。
initializr-version-resolver:版本号解析能力。
initializr-web: 提供给三方客户端使用的 web 入口。
基本配置
1、完成了框架引入,就需要做一些基础配置了。
2、支持哪些语言:Java、groovy、Kotlin。
3、支持哪些版本:1.8、11、13 。
4、支持哪些打包方式:jar、war 。
将这些信息全部配置到 application.yml 文件中,如下:
其中 name 是可选的, id 是必填的。
每个配置项下,可以有一个默认值(将 default 这是为 true 即可),除了这些基本配置,我们还需要定义可以支持的项目类型:
默认情况下, initializr 已经支持 4 种项目类型:
/pom.xml 生成一个 Maven 的 pom.xml 配置文件
/build.gradle 生成 Gradle 的配置文件
/starter.zip 生成 zip 方式压缩的工程文件
/starter.tgz 生成以 tgz 方式压缩的工程文件
通过 tags 标签,我们可以定义不同配型的编译方式(build)和打包格式(format)。
配置基本依赖
完成了基本配置以后,就可以配置可选的依赖组件了。
依赖配置以 dependency 为 key ,同样配置在 application.yml 的 initializr 下面,这里给出一个简单的样例:
dependencies 下定义分组。分组的作用是便于展示和快速查找,所以不需要 id ,只需要 name 信息;每个分组的 content 是分组的具体内容,也就是这个分组下的组件定义;支持以列表形式定义多个;另外,每个分组都可以设置当前分组内组件公用的配置信息;
每一依赖,包含如下的基本信息:
id:组件的唯一标识符
groupId & artifactId:组件的坐标;
name:显示名称
description:描述信息,主要用于展示用途;
version:组件版本;
关于 groupId & artifactId :
如果设置了坐标,生成的项目里会使用这里的坐标定位组件;但是如果没有设置坐标,框架会认为这是一个标准的 spring-boot 组件,自动添加 spring-boot-starter-{id} 作为生成的依赖坐标。
关于 version :
如果直接在组件上设置版本信息,框架会直接使用这个值作为组件依赖的版本;但是很多时候,组件的版本会受到 spring-boot 版本的影响,此时就需要对版本做特殊的定义 &管理。
配置依赖版本管理
版本范围:
这里需要先了解一下版本命名规则:一个典型的版本,一般包含如下 4 个信息:大版本、小版本、修正版本、版本限定符。
版本范围有一个上界和下界,可以方括号 [] 或者圆括号 () 表示。方括号代表上下界的闭区间,圆括号代表上下界的开区间。
例如:“[1.1.6.RELEASE,1.3.0.M1)”代表所有从 1.1.6.RELEASE 到 1.3.0.M1 之间所有的版本(包含 1.1.6.RELEASE ,但不包含 1.3.0.M1 )。
同时,可以使用单一版本号作为版本范围,例如“1.2.0.RELEASE”。单一版本号的版本范围代表“从这个版本以及之后的所有版本”。
如果需要使用“最新的 Release 版本”的概念,可以使用一个字母 x 代表具体的版本号。
例如, 1.4.x.BUILD-SNAPSHOT 代表 1.4.x 的最新快照版本。
再比如:如果需要表达,从 1.1.0.RELEASE 到 1.3.x 之间的所有版本,可以用[1.1.0.RELEASE,1.3.x.RELEASE]来表达。
另外,版本限定符也是有顺序的(升序):
M:里程碑版本
RC:发布候选版本
RELEASE:发布版本
BUILD-SNAPSHOT:为开发构建的快照版本
所以快照版本是所有限定符里优先级最高的。假设某个组件需要 Spring Boot 的最新版本,可以使用 1.5.x.BUILD-SNAPSHOT (假设 1.5 版是 Spring Boot 的最新版本)。
最后,版本范围中讨论的版本,指的都是 Spring Boot 的版本,而不是组件自己的版本。
使用版本范围:
前面介绍了,可以使用 version 属性定义组件的具体版本号;但是,如果组件版本与 Spring Boot 的版本存在关联关系,就需要使用 compatibilityRange 来配置依赖的版本范围。
compatibilityRange 可以定义在两个地方:
1、直接定义在组件(或 Bom )上:
这种定义方式,代表组件只支持 Spring Boot 的某一个版本范围,例如下面的配置:
Foo 可以支持 Spring boot 1.2.0 之后的所有版本;而 Bar 只能支持 Spring Boot 1.5.0 到 2.0.0 之间的版本,且不包含 2.0.0 ;
2、定义在组件的 mappgin 属性下:
可以支持在 Spring Boot 不同版本之下对组件做不同的设置(可以重置组件部分或者是所有的属性),下面的例子中对 artifactId 做了特殊定义:
这个例子中, foo 在 Spring Boot 的 1.3 使用 foo-starter 作为坐标的 artifactId ;在 1.4.0.RELEASE 以及之后的版本中,还是使用 foo-spring-boot-starter 作为 artifactId 的值;
使用 Bom 管理版本:
有时候,需要使用 Bom 的方式管理组件版本;此时不需要对组件单独设置版本号;
要使用 Bom ,首先要配置 Bom 定义:
注意,Bom 信息,定义在 initializr.env.boms 下面。
其属性和依赖组件基本一致,都是坐标、版本;同时, Bom 也支持版本范围管理。
完成了 Bom 的定义,就需要在组件中引用 Bom :
一旦用户选择了 my-api 组件,框架会自动为生成的项目添加了 my-api-dependencies 的 Bom 依赖;
高级定制
启用缓存
如果你启动过 start.spring.io 项目,你会在日志里发现这样的输出“ Fetching boot metadata from spring.io/project_metadata/spring-boot ”为了避免过于频繁的检查 Spring Boot 版本,官方是建议配合缓存一起使用。
首先需要引入缓存框架:
然后,在 SpringBootApplication 类上增加 @EnableCaching 注解:
如果需要自己定义缓存,可以调整如下缓存配置:
增加 Demo 代码
由于不同的组件有不同的功能,如果需要为项目增加 Demo 代码。
为不同的组件增加独立配置:
还记得原理篇中提到的 spring.factories 吗?对,我们要增加自己的配置项,就需要在这里增加针对不同组件样例代码的扩展入口:
在 SpringCloudProjectGenerationConfiguration 中,我们通过 ConditionalOnRequestedDependency 注解来识别不同组件:
上面的代码,会在选择了 sca-oss 组件时,创建一个 OSSDemoCodeContributor 用于对应 Demo 代码的生成。
生成具体的 Demo 代码:
继续以 OSSDemoCodeContributor 为例,他是一个 ProjectContributor ,会在项目文件空间创建完成了调用。我们需要为这个 Contributor 在实例化时增加生成过程中需要的元数据信息,例如 ProjectDescription 。
代码生成过程,比较简单,可以直接复用框架中就提供的 mstache 模板引擎。
我们直接将 Demo 代码,以模板的形式,放置在 resources 文件夹之下:
然后,我们在通过模板引擎,解析这些模板文件,再拷贝到项目目录下即可:
除了模板代码意外,我们通常还需要在 applicatioin.properties 文件写写入模块的配置信息。
这里,我们依然可以使用代码生成的方式:创建模板、解析模板,追加文件的方式来实现。具体代码这里就不贴了,读者可以自己发挥;
原理篇
原理篇,主要介绍 spring.initializr 是如何实现项目工程构建的,以及作为一个框架,如何提供丰富的扩展能力的。
在原理篇,我们将 initializr 的执行分为两个阶段:启动阶段和生成阶段。
启动阶段:启动应用,加载配置,扩展信息初始化;
生成阶段:一个项目生成,从收到请求,到返回内容的完整流程;
启动阶段
再开始启动流程之前,先要看一下 initializr 的扩展体系。
整个架构大量使用了 spring 的 spi 机制,我们来看一下一共有哪些 spring.factories :
nitializr-generator/src/main/resources/META-INF/spring.factories
initializr-generator-spring/src/main/resources/META-INF/spring.factories
initializr-web/src/main/resources/META-INF/spring.factories
initializr-actuator/src/main/resources/META-INF/spring.factories
start-site/src/main/resources/META-INF/spring.factories
其中只有一个在 start.spring.io 中,其他 4 个都在 initializr 工程中(各 spring.factories 的具体内容见参考资料)。
不过要注意,这些 spring.factories 定义,仅仅代表了各个 SPI 有哪些扩展。不同 spi 的实现创建和使用完全是在不同的阶段进行的。
在应用启动阶段,其实只有一个 spi 会被加载(暂不考虑 actuator):io.spring.initializr.web.autoconfigure.InitializrAutoConfiguration 。
这里会作如下几件事情:
初始化元数据 Provider ;
创建模板引擎;
创建目录、缩进工厂;
初始化 web 配置;
创建 spring mvc 的 web 入口
各种 ProjectGenerationController
其中最关键的元数据加载部分,使用了 EnableConfigurationProperties 注解,将 spring 环境中的配置项写到 InitializrProperties 上:
在 application.yml 文件中,可以找到如下的配置信息,这里就是实际的项目依赖关系元数据的配置存储点:
整体来看,启动阶段的动作还是比较简单的,这也是为什么 start.spring.io 启动只需要数秒的原因。
更多的逻辑,都被留在了工程生成阶段。
生成阶段
生成阶段, spring-initializr 使用了一个很有意思的实现方式:
initializr 框架会为每一次项目生成,创建一个独立的 context 用于存放生成流程中需要使用到的各种 bean 。
先来一张时序图:
1、蓝色的类,是在应用启动阶段就完成了创建和数据填充;其生命周期和整个应用一致;
2、黄色的类,会在具体的项目构建过程中生成;其生命周期在一次项目生成流程之内结束;
从上面的时序图中可以看出:一个典型的创建行为,通常从 ProjectGenerationController 收到 web 端的创建请求开始,通过 ProjectGenerationInvoker 这个中间层转换,最终进入 ProjectGenerator 的核心构建流程。
主干流程
下图,是 ProjectGenerator 的核心构建流程:
106 行,通过 contextFactory 构建了一个新的 ProjectGenerationContext 。
看一下这个 context 的继承关系,原来于 spring 提供的 AnnotationConfigApplicationContext 。
再结合 110 行的 refresh() 方法,是不是发现了什么?就是 spring 的 ApplicationContext 的刷新流程。
107 行的 resolve 方法,向 context 中注册了一个 ProjectDescription 的 Provider ,代码如下:
由于注册的是 Provider ,所以这段逻辑会在 Context 执行 refresh 时运行。
这里的 ProjectDescriptionCustomizer 就是针对 ProjectDescription 的扩展,用于对用户传入的 ProjectDescription 做调整。这里主要是一些强制依赖关系的调整,例如语言版本等。
这时候再看 108 行,这里向 Context 注册一个 Configuration 。
那么这个这个 Configuration 包含了什么内容呢?一起来看下面这段代码:
ProjectGenerationConfiguration!!!前面提到的 spring.factories 中有很多这个 SPI 的实现(参见参考资料)。
原来, initializr 的整个扩展体系,在这里才开始创建实例;
ProjectGenerator 的 109 行,对一个 consumer 做了 accept 操作;其实就是调用了下面的代码:
这里通过 setParent 将应用的主上下文设置为这次 ProjectGenerationContext 的父节点。
并且向这次 ProjectGenerationContext 中注册了元数据对象。
最后,在 ProjectGenerator 的 112 行,调用了 projectAssetGenerator 的 generate 方法,实现如下:
通过上面的代码可以发现,这里对实际的工程构建工作,其实就是很多的 ProjectContributor 共同叠加;
至此,主干流程已经结束了。
我们可以发现,在主干流程中,没有做任何写文件的操作(只创建了根文件夹);它仅仅是定义了一套数据加载、扩展加载的机制与流程,将所有的具体实现都作为扩展的一部分。
扩展流程
spring-initializr 提供了 2 中主要扩展途径:
ProjectContributor:
从方法签名就可以看出,入参只有一个项目的根路径,其职责就是向这个路径下些人项目文件。这个扩展点非常的灵活,几乎可以支持任何的代码、配置文件写入工作。
实现过程中,可以通过 ProjectGenerationContext 获取相关依赖,然后通过自定义逻辑完成文件生成工作。
下面是 initializr 和 start.spring.io 提供的 ProjectContributor 实现:
拿几个主要的实现看看:
MavenBuildProjectContributor:写入 maven 项目 pom.xml 文件。
WebFoldersContributor:创建 web 项目的资源文件夹。
ApplicationPropertiesContributor:写入 application.properties 文件。
MainSourceCodeProjectContributor:写入应用入口类 xxxApplication.java 文件。
HelpDocumentProjectContributor:写入帮助文档 HELP.md 文件。
xxxxxCustomizer:
相对于 ProjectContributor,xxxxxCustomizer 不是一个统一的接口,我把他理解为一种感念和与之对应的命名习惯;每个 Customizer 都有自己明确的名字,同时也对应了明确的触发逻辑和职责边界。
下面列出框架提供的 Customizer 的说明:
MainApplicationTypeCustomizer:自定义 MainApplication 类。
MainCompilationUnitCustomizer:自定义 MainApplication 编译单元。
MainSourceCodeCustomizer:自定义 MainApplication 源码。
BuildCustomizer:自定义项目构建工具的配置内容。
GitIgnoreCustomizer:自定义项目的 .gitignore 文件。
HelpDocumentCustomizer:自定义项目的帮助文档。
InitializrMetadataCustomizer:自定义项目初始化配置元数据;这个 Customizer 比较特殊,框架会在首次加载元数据配置时调用。
ProjectDescriptionCustomizer:自定义 ProjectDescription ;即在生成项目文件之前,允许调整项目描述信息。
ServletInitializerCustomizer:自定义 web 应用在类上的配置内容。
TestApplicationTypeCustomizer:自定义测试 Application 类。
TestSourceCodeCustomizer:自定义测试 Application 类的源码。
参考资料
相关链接
initializr 说明文档
https://docs.spring.io/initializr/docs/current-SNAPSHOT/reference/html/
spring-initializr 项目地址
start.spring.io 项目地址
spring.factories 明细:
initializr-generator-spring/src/main/resources/META-INF/spring.factories
initializr-web/src/main/resources/META-INF/spring.factories
initializr-actuator/src/main/resources/META-INF/spring.factories
start-site/src/main/resources/META-INF/spring.factories
作者介绍:
陈曦,花名良名,阿里巴巴技术专家。目前在应用容器 &服务框架团队,Spring Cloud Alibaba 项目成员,致力于将阿里云打造为 Java 开发者最好用的云。2014 年加入 B2B,多次参与双 11、618 作战。
本文转载自公众号阿里巴巴中间件(ID:Aliware_2018)。
原文链接:
https://mp.weixin.qq.com/s/JetokN9kyRVr7sC0WVbIMw
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