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阿里云发布 Spring Boot 新脚手架,真香

  • 2020-04-21
  • 本文字数:10250 字

    阅读完需:约 34 分钟

阿里云发布 Spring Boot 新脚手架,真香

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。


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。


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。


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:


<dependencyManagement>    <dependencies>        <dependency>            <groupId>io.spring.initializr</groupId>            <artifactId>initializr-bom</artifactId>            <version>0.9.0.BUILD-SNAPSHOT</version>            <type>pom</type>            <scope>import</scope>        </dependency>    </dependencies>
</dependencyManagement>
复制代码


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:


<dependency>            <groupId>io.spring.initializr</groupId>            <artifactId>initializr-generator-spring</artifactId>        </dependency>        <dependency>            <groupId>io.spring.initializr</groupId>            <artifactId>initializr-version-resolver</artifactId>        </dependency>        <dependency>            <groupId>io.spring.initializr</groupId>            <artifactId>initializr-web</artifactId>        </dependency>
复制代码


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:


initializr:    packagings:    - name: Jar      id: jar      default: true    - name: War      id: war      default: false  javaVersions:    - id: 13      default: false    - id: 11      default: false    - id: 1.8      name: 8      default: true  languages:    - name: Java      id: java      default: true    - name: Kotlin      id: kotlin      default: false    - name: Groovy      id: groovy
default: false
复制代码


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:


initializr:    types:    - name: Maven Project      id: maven-project      description: Generate a Maven based project archive.      tags:        build: maven        format: project      default: true      action: /starter.zip    - name: Maven POM      id: maven-build      description: Generate a Maven pom.xml.      tags:        build: maven        format: build      default: false      action: /pom.xml    - name: Gradle Project      id: gradle-project      description: Generate a Gradle based project archive.      tags:        build: gradle        format: project      default: false      action: /starter.zip    - name: Gradle Config      id: gradle-build      description: Generate a Gradle build file.      tags:        build: gradle        format: build      default: false      action: /build.gradle
复制代码


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:


initializr:  dependencies:    - name: Web      content:        - name: Web          id: web          description: Full-stack web development with Tomcat and Spring MVC        - name: Developer Tools      content:        - name: Spring Boot DevTools          id: devtools          groupId: org.springframework.boot          artifactId: spring-boot-devtools          description: Provides fast application restarts, LiveReload, and configurations for enhanced development experience.        - name: Lombok          id: lombok          groupId: org.projectlombok          artifactId: lombok          description: Java annotation library which helps to reduce boilerplate code.
复制代码


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:


initializr:  dependencies:    - name: Stuff      content:        - name: Foo          id: foo          ...          compatibilityRange: 1.2.0.M1        - name: Bar          id: bar          ...
compatibilityRange: "[1.5.0.RC1,2.0.0.M1)"
复制代码


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:


initializr:


  dependencies:    - name: Stuff      content:        - name: Foo          id: foo          groupId: org.acme.foo          artifactId: foo-spring-boot-starter          compatibilityRange: 1.3.0.RELEASE          mappings:            - compatibilityRange: "[1.3.0.RELEASE,1.3.x.RELEASE]"              artifactId: foo-starter
- compatibilityRange: "1.4.0.RELEASE"
复制代码


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:


initializr:  env:    boms:      my-api-bom:        groupId: org.acme        artifactId: my-api-dependencies        version: 1.0.0.RELEASE
repositories: my-api-repo-1
复制代码


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 :


initializr:  dependencies:    - name: Other      content:        - name: My API          id : my-api          groupId: org.acme          artifactId: my-api
bom: my-api-bom
复制代码


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:


<dependency>    <groupId>javax.cache</groupId>    <artifactId>cache-api</artifactId></dependency><dependency>    <groupId>org.ehcache</groupId>    <artifactId>ehcache</artifactId></dependency>
复制代码


然后,在 SpringBootApplication 类上增加 @EnableCaching 注解:



在 SpringCloudProjectGenerationConfiguration 中,我们通过 ConditionalOnRequestedDependency 注解来识别不同组件:


@ProjectGenerationConfigurationpublic class SpringCloudAlibabaProjectGenerationConfiguration {    private final InitializrMetadata metadata;    private final ProjectDescription description;    private final IndentingWriterFactory indentingWriterFactory;    private final TemplateRenderer templateRenderer;    public SpringCloudAlibabaProjectGenerationConfiguration(InitializrMetadata metadata,                                                            ProjectDescription description,                                                            IndentingWriterFactory indentingWriterFactory,                                                            TemplateRenderer templateRenderer) {        this.metadata = metadata;        this.description = description;        this.indentingWriterFactory = indentingWriterFactory;        this.templateRenderer = templateRenderer;    }    @Bean    @ConditionalOnRequestedDependency("sca-oss")    public OSSDemoCodeContributor ossContributor() {        return new OSSDemoCodeContributor(description, templateRenderer);    }
......}
复制代码


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:


private void writeCodeFile(TemplateRenderer templateRenderer, Language langeuage,                               Map<String, Object> params, Path path, String temp) throws IOException {        ......        Path pkgPath = 生成包路径        Path filePath = 成成代码文件路径        // 渲染模板        String code = templateRenderer.render(temp, params);        // demo文件写入        Files.createDirectories(pkgPath);        Files.write(filePath, code.getBytes("UTF-8"));    }
复制代码


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 :


  • initializr-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 。


@Configuration@EnableConfigurationProperties(InitializrProperties.class)public class InitializrAutoConfiguration {    @Bean    @ConditionalOnMissingBean    public ProjectDirectoryFactory projectDirectoryFactory()    @Bean    @ConditionalOnMissingBean    public IndentingWriterFactory indentingWriterFactory()    @Bean    @ConditionalOnMissingBean(TemplateRenderer.class)    public MustacheTemplateRenderer templateRenderer(Environment environment, ObjectProvider<CacheManager> cacheManager)    @Bean    @ConditionalOnMissingBean    public InitializrMetadataUpdateStrategy initializrMetadataUpdateStrategy(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder,            ObjectMapper objectMapper)    @Bean    @ConditionalOnMissingBean(InitializrMetadataProvider.class)    public InitializrMetadataProvider initializrMetadataProvider(InitializrProperties properties,            InitializrMetadataUpdateStrategy initializrMetadataUpdateStrategy)    @Bean    @ConditionalOnMissingBean    public DependencyMetadataProvider dependencyMetadataProvider()    @Configuration    @ConditionalOnWebApplication    static class InitializrWebConfiguration {        @Bean        InitializrWebConfig initializrWebConfig()        @Bean        @ConditionalOnMissingBean        ProjectGenerationController<ProjectRequest> projectGenerationController(                InitializrMetadataProvider metadataProvider, ApplicationContext applicationContext)        @Bean        @ConditionalOnMissingBean        ProjectMetadataController projectMetadataController(InitializrMetadataProvider metadataProvider,                DependencyMetadataProvider dependencyMetadataProvider)        @Bean        @ConditionalOnMissingBean        CommandLineMetadataController commandLineMetadataController(InitializrMetadataProvider metadataProvider,                TemplateRenderer templateRenderer)        @Bean        @ConditionalOnMissingBean        SpringCliDistributionController cliDistributionController(InitializrMetadataProvider metadataProvider)    }}
复制代码


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。


本文转载自技术琐话公众号。


原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/XOjxv5KQGo2fzinC0GhZRg


2020-04-21 17:121255

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