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为什么 @Value 可以获取配置中心的值？

hello，大家好，我是小黑，好久不见~~

@Value 注入过程

从一个最简单的程序开始：

@Configuration
@PropertySource("classpath:application.properties")
public class ValueAnnotationDemo {

    @Value("${username}")
    private String username;

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ValueAnnotationDemo.class);

        System.out.println(context.getBean(ValueAnnotationDemo.class).username);

        context.close();
    }
}

application.properties 文件内容：

username=coder-xiao-hei

由 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 负责来处理 @Value ，此外该类还负责处理 @Autowired 和 @Inject。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

在 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 中有两个内部类：AutowiredFieldElement 和 AutowiredMethodElement。

当前为 Field 注入，定位到 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.AutowiredFieldElement#inject 方法。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

通过 debug 可知，整个调用链如下：

  • AutowiredFieldElement#inject
    • DefaultListableBeanFactory#resolveDependency
      • DefaultListableBeanFactory#doResolveDependency
        • AbstractBeanFactory#resolveEmbeddedValue

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

通过上述的 debug 跟踪发现可以通过调用 ConfigurableBeanFactory#resolveEmbeddedValue 方法可以获取占位符的值。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

这里的 resolver 是一个 lambda表达式，继续 debug 我们可以找到具体的执行方法：

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

到此，我们简单总结下：

  1. @Value 的注入由 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 来提供支持
  2. 在 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 中通过调用 ConfigurableBeanFactory#resolveEmbeddedValue 来获取占位符具体的值
  3. ConfigurableBeanFactory#resolveEmbeddedValue 其实是委托给了 ConfigurableEnvironment 来实现

Spring Environment

Environment 概述

Environment 是对 profiles 和 properties 的抽象：

  • 实现了对属性配置的统一存储，同时 properties 允许有多个来源
  • 通过 Environment profiles 来实现条件化装配 Bean

现在我们主要来关注 Environment 对 properties 的支持。

StandardEnvironment

下面，我们就来具体看一下 AbstractApplicationContext#finishBeanFactoryInitialization 中的这个 lambda 表达式。

strVal -> getEnvironment().resolvePlaceholders(strVal)

首先，通过 AbstractApplicationContext#getEnvironment 获取到了 ConfigurableEnvironment 的实例对象，这里创建的其实是 StandardEnvironment 实例对象。

在 StandardEnvironment 中，默认添加了两个自定义的属性源，分别是：systemEnvironment 和 systemProperties。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

也就是说，@Value 默认是可以注入 system properties 和 system environment 的。

PropertySource

StandardEnvironment 继承了 AbstractEnvironment 。

在 AbstractEnvironment 中的属性配置被存放在 MutablePropertySources 中。同时，属性占位符的数据也来自于此。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

MutablePropertySources 中存放了多个 PropertySource ，并且这些 PropertySource 是有顺序的。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

PropertySource 是 Spring 对配置属性源的抽象。

为什么 @Value 可以获取配置中心的值？-LMLPHP

name 表示当前属性源的名称。source 存放了当前的属性。

读者可以自行查看一下最简单的基于 Map 的实现：MapPropertySource 。

配置属性源

有两种方式可以进行属性源配置：使用 @PropertySource 注解，或者通过 MutablePropertySources 的 API。例如：

@Configuration
@PropertySource("classpath:application.properties")
public class ValueAnnotationDemo {

    @Value("${username}")
    private String username;

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ValueAnnotationDemo.class);

        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("my.name", "coder小黑");
        context.getEnvironment()
                .getPropertySources()
                .addFirst(new MapPropertySource("coder-xiaohei-test", map));
    }
}

总结

  1. Spring 通过 PropertySource 来抽象配置属性源， PropertySource 允许有多个。MutablePropertySources
  2. 在 Spring 容器启动的时候，会默认加载 systemEnvironment 和 systemProperties。StandardEnvironment#customizePropertySources
  3. 我们可以通过 @PropertySource 注解或者 MutablePropertySources API 来添加自定义配置属性源
  4. Environment 是 Spring 对 profiles 和 properties 的抽象，默认实现是 StandardEnvironment
  5. @Value 的注入由 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 来提供支持，数据源来自于 PropertySource
public class Demo {

    @Value("${os.name}") // 来自 system properties
    private String osName;

    @Value("${user.name}") // 通过 MutablePropertySources API 来注册
    private String username;

    @Value("${os.version}") // 测试先后顺序
    private String osVersion;

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();
        context.register(Demo.class);
        ConfigurableEnvironment environment = context.getEnvironment();
        MutablePropertySources propertySources = environment.getPropertySources();

        Map<String, Object> source = new HashMap<>();
        source.put("user.name", "xiaohei");
        source.put("os.version", "version-for-xiaohei");
        // 添加自定义 MapPropertySource,且放在第一位
        propertySources.addFirst(new MapPropertySource("coder-xiao-hei-test", source));
        // 启动容器
        context.refresh();

        Demo bean = context.getBean(Demo.class);
        // Mac OS X
        System.out.println(bean.osName);
        // xiaohei
        System.out.println(bean.username);
        // version-for-xiaohei
        System.out.println(bean.osVersion);
        // Mac OS X
        System.out.println(System.getProperty("os.name"));
        // 10.15.7
        System.out.println(System.getProperty("os.version"));
        // xiaohei
        System.out.println(environment.getProperty("user.name"));
        //xiaohei
        System.out.println(environment.resolvePlaceholders("${user.name}"));

        context.close();
    }
}

简易版配置中心

@Value 支持配置中心数据来源

@Value 的值都来源于 PropertySource ，而我们可以通过 API 的方式来向 Spring Environment 中添加自定义的 PropertySource。

在此处，我们选择通过监听 ApplicationEnvironmentPreparedEvent 事件来实现。

@Slf4j
public class CentralConfigPropertySourceListener implements ApplicationListener<ApplicationEnvironmentPreparedEvent> {

    private final CentralConfig centralConfig = new CentralConfig();

    @Override
    public void onApplicationEvent(ApplicationEnvironmentPreparedEvent event) {
        centralConfig.loadCentralConfig();
        event.getEnvironment().getPropertySources().addFirst(new CentralConfigPropertySource(centralConfig));
    }


    static class CentralConfig {
        private volatile Map<String, Object> config = new HashMap<>();

        private void loadCentralConfig() {
            // 模拟从配置中心获取数据
            config.put("coder.name", "xiaohei");
            config.put("coder.language", "java");

            new Thread(() -> {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 模拟配置更新
                config.put("coder.language", "java222");
                System.out.println("update 'coder.language' success");
            }).start();

        }
    }

    static class CentralConfigPropertySource extends EnumerablePropertySource<CentralConfig> {

        private static final String PROPERTY_SOURCE_NAME = "centralConfigPropertySource";

        public CentralConfigPropertySource(CentralConfig source) {
            super(PROPERTY_SOURCE_NAME, source);
        }

        @Override
        @Nullable
        public Object getProperty(String name) {
            return this.source.config.get(name);
        }

        @Override
        public boolean containsProperty(String name) {
            return this.source.config.containsKey(name);
        }

        @Override
        public String[] getPropertyNames() {
            return StringUtils.toStringArray(this.source.config.keySet());
        }
    }
}

通过 META-INF/spring.factories 文件来注册：

org.springframework.context.ApplicationListener=com.example.config.CentralConfigPropertySourceListener

实时发布更新配置

一般来说有两种方案：

  • 客户端拉模式：客户端长轮询服务端，如果服务端数据发生修改，则立即返回给客户端

  • 服务端推模式：发布更新配置之后，由配置中心主动通知各客户端

    • 在这里我们选用服务端推模式来进行实现。在集群部署环境下，一旦某个配置中心服务感知到了配置项的变化，就会通过 redis 的 pub/sub 来通知客户端和其他的配置中心服务节点
    • 轻量级实现方案，代码简单，但强依赖 redis，pub/sub 可以会有丢失

自定义注解支持动态更新配置

Spring 的 @Value 注入是在 Bean 初始化阶段执行的。在程序运行过程当中，配置项发生了变更， @Value 并不会重新注入。

我们可以通过增强 @Value 或者自定义新的注解来支持动态更新配置。这里小黑选择的是第二种方案，自定义新的注解。

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface ConfigValue {
    String value();
}

@Component
public class ConfigValueAnnotationBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor, EnvironmentAware {

    private static final PropertyPlaceholderHelper PROPERTY_PLACEHOLDER_HELPER =
            new PropertyPlaceholderHelper(
                    SystemPropertyUtils.PLACEHOLDER_PREFIX,
                    SystemPropertyUtils.PLACEHOLDER_SUFFIX,
                    SystemPropertyUtils.VALUE_SEPARATOR,
                    false);

    private MultiValueMap<String, ConfigValueHolder> keyHolder = new LinkedMultiValueMap<>();

    private Environment environment;

    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {

        ReflectionUtils.doWithFields(bean.getClass(),
                field -> {
                    ConfigValue annotation = AnnotationUtils.findAnnotation(field, ConfigValue.class);
                    if (annotation == null) {
                        return;
                    }
                    String value = environment.resolvePlaceholders(annotation.value());
                    ReflectionUtils.makeAccessible(field);
                    ReflectionUtils.setField(field, bean, value);
                    String key = PROPERTY_PLACEHOLDER_HELPER.replacePlaceholders(annotation.value(), placeholderName -> placeholderName);
                    ConfigValueHolder configValueHolder = new ConfigValueHolder(bean, beanName, field, key);
                    keyHolder.add(key, configValueHolder);
                });

        return bean;
    }

    /**
     * 当配置发生了修改
     *
     * @param key 配置项
     */
    public void update(String key) {
        List<ConfigValueHolder> configValueHolders = keyHolder.get(key);
        if (CollectionUtils.isEmpty(configValueHolders)) {
            return;
        }
        String property = environment.getProperty(key);
        configValueHolders.forEach(holder -> ReflectionUtils.setField(holder.field, holder.bean, property));
    }

    @Override
    public void setEnvironment(Environment environment) {
        this.environment = environment;
    }

    @AllArgsConstructor
    static class ConfigValueHolder {
        final Object bean;
        final String beanName;
        final Field field;
        final String key;
    }
}

主测试代码：

@SpringBootApplication
public class ConfigApplication {

    @Value("${coder.name}")
    String coderName;

    @ConfigValue("${coder.language}")
    String language;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(ConfigApplication.class, args);
        ConfigApplication bean = context.getBean(ConfigApplication.class);
        // xiaohei
        System.out.println(bean.coderName);
        // java
        System.out.println(bean.language);

        ConfigValueAnnotationBeanPostProcessor processor = context.getBean(ConfigValueAnnotationBeanPostProcessor.class);

        // 模拟配置发生了更新
        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);

        processor.update("coder.language");

        // java222
        System.out.println(bean.language);
    }
}
11-24 17:22
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