Spring Validation实现原理,参数校验没那么简单

忘是亡心i 2023-01-08 07:26 275阅读 0赞

## 前言 ##

本文会详细介绍Spring Validation各种场景下的最佳实践及其实现原理，死磕到底！  
项目源码：spring-validation

## 简单使用 ##

Java API规范(JSR303)定义了Bean校验的标准validation-api，但没有提供实现。hibernate validation是对这个规范的实现，并增加了校验注解如@Email、@Length等。Spring Validation是对hibernate validation的二次封装，用于支持spring mvc参数自动校验。接下来，我们以spring-boot项目为例，介绍Spring Validation的使用。

## 引入依赖 ##

如果spring-boot版本小于2.3.x，spring-boot-starter-web会自动传入hibernate-validator依赖。如果spring-boot版本大于2.3.x，则需要手动引入依赖：

<dependency>
        <groupId>org.hibernate</groupId>
        <artifactId>hibernate-validator</artifactId>
        <version>6.0.1.Final</version>
    </dependency>

对于web服务来说，为防止非法参数对业务造成影响，在Controller层一定要做参数校验的！大部分情况下，请求参数分为如下两种形式：

1.POST、PUT请求，使用requestBody传递参数；

2.GET请求，使用requestParam/PathVariable传递参数。

下面我们简单介绍下requestBody和requestParam/PathVariable的参数校验实战！

## requestBody参数校验 ##

POST、PUT请求一般会使用requestBody传递参数，这种情况下，后端使用DTO对象进行接收。只要给DTO对象加上@Validated注解就能实现自动参数校验。比如，有一个保存User的接口，要求userName长度是2-10，account和password字段长度是6-20。如果校验失败，会抛出MethodArgumentNotValidException异常，Spring默认会将其转为400（Bad Request）请求。

DTO表示数据传输对象（Data Transfer Object），用于服务器和客户端之间交互传输使用的。在spring-web项目中可以表示用于接收请求参数的Bean对象。

在DTO字段上声明约束注解

@Data
    public class UserDTO {
    
        private Long userId;
    
        @NotNull
        @Length(min = 2, max = 10)
        private String userName;
    
        @NotNull
        @Length(min = 6, max = 20)
        private String account;
    
        @NotNull
        @Length(min = 6, max = 20)
        private String password;
    }

**在方法参数上声明校验注解**

@PostMapping("/save")
    public Result saveUser(@RequestBody @Validated UserDTO userDTO) {
        // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
        return Result.ok();
    }

这种情况下，使用@Valid和@Validated都可以。

## requestParam/PathVariable参数校验 ##

GET请求一般会使用requestParam/PathVariable传参。如果参数比较多(比如超过6个)，还是推荐使用DTO对象接收。否则，推荐将一个个参数平铺到方法入参中。在这种情况下，必须在Controller类上标注@Validated注解，并在入参上声明约束注解(如@Min等)。如果校验失败，会抛出ConstraintViolationException异常。代码示例如下：

@RequestMapping("/api/user")
    @RestController
    @Validated
    public class UserController {
        // 路径变量
        @GetMapping("{userId}")
        public Result detail(@PathVariable("userId") @Min(10000000000000000L) Long userId) {
            // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
            UserDTO userDTO = new UserDTO();
            userDTO.setUserId(userId);
            userDTO.setAccount("11111111111111111");
            userDTO.setUserName("xixi");
            userDTO.setAccount("11111111111111111");
            return Result.ok(userDTO);
        }
    
        // 查询参数
        @GetMapping("getByAccount")
        public Result getByAccount(@Length(min = 6, max = 20) @NotNull String  account) {
            // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
            UserDTO userDTO = new UserDTO();
            userDTO.setUserId(10000000000000003L);
            userDTO.setAccount(account);
            userDTO.setUserName("xixi");
            userDTO.setAccount("11111111111111111");
            return Result.ok(userDTO);
        }
    }

### 统一异常处理 ###

前面说过，如果校验失败，会抛出MethodArgumentNotValidException或者ConstraintViolationException异常。在实际项目开发中，通常会用统一异常处理来返回一个更友好的提示。比如我们系统要求无论发送什么异常，http的状态码必须返回200，由业务码去区分系统的异常情况。

@RestControllerAdvice
    public class CommonExceptionHandler {
    
        @ExceptionHandler({MethodArgumentNotValidException.class})
        @ResponseStatus(HttpStatus.OK)
        @ResponseBody
        public Result handleMethodArgumentNotValidException(MethodArgumentNotValidException ex) {
            BindingResult bindingResult = ex.getBindingResult();
            StringBuilder sb = new StringBuilder("校验失败:");
            for (FieldError fieldError : bindingResult.getFieldErrors()) {
                sb.append(fieldError.getField()).append("：").append(fieldError.getDefaultMessage()).append(", ");
            }
            String msg = sb.toString();
           return Result.fail(BusinessCode.参数校验失败, msg);
        }
    
        @ExceptionHandler({ConstraintViolationException.class})
        @ResponseStatus(HttpStatus.OK)
        @ResponseBody
        public Result handleConstraintViolationException(ConstraintViolationException ex) {
            return Result.fail(BusinessCode.参数校验失败, ex.getMessage());
        }
    }

## 进阶使用 ##

### 分组校验 ###

在实际项目中，可能多个方法需要使用同一个DTO类来接收参数，而不同方法的校验规则很可能是不一样的。这个时候，简单地在DTO类的字段上加约束注解无法解决这个问题。因此，spring-validation支持了分组校验的功能，专门用来解决这类问题。还是上面的例子，比如保存User的时候，UserId是可空的，但是更新User的时候，UserId的值必须>=10000000000000000L；其它字段的校验规则在两种情况下一样。  
**这个时候使用分组校验的代码示例如下：**

### 约束注解上声明适用的分组信息groups ###

### @Validated注解上指定校验分组 ###

@PostMapping("/save")
    public Result saveUser(@RequestBody @Validated(UserDTO.Save.class) UserDTO userDTO) {
        // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
        return Result.ok();
    }
    
    @PostMapping("/update")
    public Result updateUser(@RequestBody @Validated(UserDTO.Update.class) UserDTO userDTO) {
        // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
        return Result.ok();
    }

### 嵌套校验 ###

前面的示例中，DTO类里面的字段都是基本数据类型和String类型。但是实际场景中，有可能某个字段也是一个对象，这种情况先，可以使用嵌套校验。比如，上面保存User信息的时候同时还带有Job信息。需要注意的是，此时DTO类的对应字段必须标记@Valid注解。

@Data
    public class UserDTO {
    
        @Min(value = 10000000000000000L, groups = Update.class)
        private Long userId;
    
        @NotNull(groups = {Save.class, Update.class})
        @Length(min = 2, max = 10, groups = {Save.class, Update.class})
        private String userName;
    
        @NotNull(groups = {Save.class, Update.class})
        @Length(min = 6, max = 20, groups = {Save.class, Update.class})
        private String account;
    
        @NotNull(groups = {Save.class, Update.class})
        @Length(min = 6, max = 20, groups = {Save.class, Update.class})
        private String password;
    
        @NotNull(groups = {Save.class, Update.class})
        @Valid
        private Job job;
    
        @Data
        public static class Job {
    
            @Min(value = 1, groups = Update.class)
            private Long jobId;
    
            @NotNull(groups = {Save.class, Update.class})
            @Length(min = 2, max = 10, groups = {Save.class, Update.class})
            private String jobName;
    
            @NotNull(groups = {Save.class, Update.class})
            @Length(min = 2, max = 10, groups = {Save.class, Update.class})
            private String position;
        }
    
        /**
         * 保存的时候校验分组
         */
        public interface Save {
        }
    
        /**
         * 更新的时候校验分组
         */
        public interface Update {
        }
    }

嵌套校验可以结合分组校验一起使用。还有就是嵌套集合校验会对集合里面的每一项都进行校验，例如List字段会对这个list里面的每一个Job对象都进行校验。

### 集合校验 ###

如果请求体直接传递了json数组给后台，并希望对数组中的每一项都进行参数校验。此时，如果我们直接使用java.util.Collection下的list或者set来接收数据，参数校验并不会生效！我们可以使用自定义list集合来接收参数：

### 包装List类型，并声明@Valid注解 ###

public class ValidationList<E> implements List<E> {
    
        @Delegate // @Delegate是lombok注解
        @Valid // 一定要加@Valid注解
        public List<E> list = new ArrayList<>();
    
        // 一定要记得重写toString方法
        @Override
        public String toString() {
            return list.toString();
        }
    }

@Delegate注解受lombok版本限制，1.18.6以上版本可支持。如果校验不通过，会抛出NotReadablePropertyException，同样可以使用统一异常进行处理。

**比如，我们需要一次性保存多个User对象，Controller层的方法可以这么写：**

@PostMapping("/saveList")
    public Result saveList(@RequestBody @Validated(UserDTO.Save.class) ValidationList<UserDTO> userList) {
        // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
        return Result.ok();
    }

### 自定义校验 ###

业务需求总是比框架提供的这些简单校验要复杂的多，我们可以自定义校验来满足我们的需求。自定义spring validation非常简单，假设我们自定义加密id（由数字或者a-f的字母组成，32-256长度）校验，主要分为两步：

### 自定义约束注解 ###

@Target({METHOD, FIELD, ANNOTATION_TYPE, CONSTRUCTOR, PARAMETER})
    @Retention(RUNTIME)
    @Documented
    @Constraint(validatedBy = {EncryptIdValidator.class})
    public @interface EncryptId {
    
        // 默认错误消息
        String message() default "加密id格式错误";
    
        // 分组
        Class<?>[] groups() default {};
    
        // 负载
        Class<? extends Payload>[] payload() default {};
    }

### 实现ConstraintValidator接口编写约束校验器 ###

public class EncryptIdValidator implements ConstraintValidator<EncryptId, String> {
    
        private static final Pattern PATTERN = Pattern.compile("^[a-f\\d]{32,256}$");
    
        @Override
        public boolean isValid(String value, ConstraintValidatorContext context) {
            // 不为null才进行校验
            if (value != null) {
                Matcher matcher = PATTERN.matcher(value);
                return matcher.find();
            }
            return true;
        }
    }

这样我们就可以使用@EncryptId进行参数校验了！

### 编程式校验 ###

上面的示例都是基于注解来实现自动校验的，在某些情况下，我们可能希望以编程方式调用验证。这个时候可以注入javax.validation.Validator对象，然后再调用其api。

@Autowired
    private javax.validation.Validator globalValidator;
    
    // 编程式校验
    @PostMapping("/saveWithCodingValidate")
    public Result saveWithCodingValidate(@RequestBody UserDTO userDTO) {
        Set<ConstraintViolation<UserDTO>> validate = globalValidator.validate(userDTO, UserDTO.Save.class);
        // 如果校验通过，validate为空；否则，validate包含未校验通过项
        if (validate.isEmpty()) {
            // 校验通过，才会执行业务逻辑处理
    
        } else {
            for (ConstraintViolation<UserDTO> userDTOConstraintViolation : validate) {
                // 校验失败，做其它逻辑
                System.out.println(userDTOConstraintViolation);
            }
        }
        return Result.ok();
    }

### 快速失败(Fail Fast) ###

Spring Validation默认会校验完所有字段，然后才抛出异常。可以通过一些简单的配置，开启Fali Fast模式，一旦校验失败就立即返回。

@Bean
    public Validator validator() {
        ValidatorFactory validatorFactory = Validation.byProvider(HibernateValidator.class)
                .configure()
                // 快速失败模式
                .failFast(true)
                .buildValidatorFactory();
        return validatorFactory.getValidator();
    }

@Valid和@Validated区别

![54d9a42bd251615ffb5f9e0b0ac413c3.png][]

## 实现原理 ##

### requestBody参数校验实现原理 ###

在spring-mvc中，RequestResponseBodyMethodProcessor是用于解析@RequestBody标注的参数以及处理@ResponseBody标注方法的返回值的。显然，执行参数校验的逻辑肯定就在解析参数的方法resolveArgument()中：

public class RequestResponseBodyMethodProcessor extends AbstractMessageConverterMethodProcessor {
        @Override
        public Object resolveArgument(MethodParameter parameter, @Nullable ModelAndViewContainer mavContainer,
                                      NativeWebRequest webRequest, @Nullable WebDataBinderFactory binderFactory) throws Exception {
    
            parameter = parameter.nestedIfOptional();
            //将请求数据封装到DTO对象中
            Object arg = readWithMessageConverters(webRequest, parameter, parameter.getNestedGenericParameterType());
            String name = Conventions.getVariableNameForParameter(parameter);
    
            if (binderFactory != null) {
                WebDataBinder binder = binderFactory.createBinder(webRequest, arg, name);
                if (arg != null) {
                    // 执行数据校验
                    validateIfApplicable(binder, parameter);
                    if (binder.getBindingResult().hasErrors() && isBindExceptionRequired(binder, parameter)) {
                        throw new MethodArgumentNotValidException(parameter, binder.getBindingResult());
                    }
                }
                if (mavContainer != null) {
                    mavContainer.addAttribute(BindingResult.MODEL_KEY_PREFIX + name, binder.getBindingResult());
                }
            }
            return adaptArgumentIfNecessary(arg, parameter);
        }
    }

可以看到，resolveArgument()调用了validateIfApplicable()进行参数校验。

protected void validateIfApplicable(WebDataBinder binder, MethodParameter parameter) {
        // 获取参数注解，比如@RequestBody、@Valid、@Validated
        Annotation[] annotations = parameter.getParameterAnnotations();
        for (Annotation ann : annotations) {
            // 先尝试获取@Validated注解
            Validated validatedAnn = AnnotationUtils.getAnnotation(ann, Validated.class);
            //如果直接标注了@Validated，那么直接开启校验。
            //如果没有，那么判断参数前是否有Valid起头的注解。
            if (validatedAnn != null || ann.annotationType().getSimpleName().startsWith("Valid")) {
                Object hints = (validatedAnn != null ? validatedAnn.value() : AnnotationUtils.getValue(ann));
                Object[] validationHints = (hints instanceof Object[] ? (Object[]) hints : new Object[] {hints});
                //执行校验
                binder.validate(validationHints);
                break;
            }
        }
    }

看到这里，大家应该能明白为什么这种场景下@Validated、@Valid两个注解可以混用。我们接下来继续看WebDataBinder.validate()实现。

@Override
    public void validate(Object target, Errors errors, Object... validationHints) {
        if (this.targetValidator != null) {
            processConstraintViolations(
                //此处调用Hibernate Validator执行真正的校验
                this.targetValidator.validate(target, asValidationGroups(validationHints)), errors);
        }
    }

最终发现底层最终还是调用了Hibernate Validator进行真正的校验处理。

### 方法级别的参数校验实现原理 ###

上面提到的将参数一个个平铺到方法参数中，然后在每个参数前面声明约束注解的校验方式，就是方法级别的参数校验。实际上，这种方式可用于任何Spring Bean的方法上，比如Controller/Service等。其底层实现原理就是AOP，具体来说是通过MethodValidationPostProcessor动态注册AOP切面，然后使用MethodValidationInterceptor对切点方法织入增强。

public class MethodValidationPostProcessor extends AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessorimplements InitializingBean {
        @Override
        public void afterPropertiesSet() {
            //为所有`@Validated`标注的Bean创建切面
            Pointcut pointcut = new AnnotationMatchingPointcut(this.validatedAnnotationType, true);
            //创建Advisor进行增强
            this.advisor = new DefaultPointcutAdvisor(pointcut, createMethodValidationAdvice(this.validator));
        }
    
        //创建Advice，本质就是一个方法拦截器
        protected Advice createMethodValidationAdvice(@Nullable Validator validator) {
            return (validator != null ? new MethodValidationInterceptor(validator) : new MethodValidationInterceptor());
        }
    }

接着看一下MethodValidationInterceptor：

public class MethodValidationInterceptor implements MethodInterceptor {
        @Override
        public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
            //无需增强的方法，直接跳过
            if (isFactoryBeanMetadataMethod(invocation.getMethod())) {
                return invocation.proceed();
            }
            //获取分组信息
            Class<?>[] groups = determineValidationGroups(invocation);
            ExecutableValidator execVal = this.validator.forExecutables();
            Method methodToValidate = invocation.getMethod();
            Set<ConstraintViolation<Object>> result;
            try {
                //方法入参校验，最终还是委托给Hibernate Validator来校验
                result = execVal.validateParameters(
                    invocation.getThis(), methodToValidate, invocation.getArguments(), groups);
            }
            catch (IllegalArgumentException ex) {
                ...
            }
            //有异常直接抛出
            if (!result.isEmpty()) {
                throw new ConstraintViolationException(result);
            }
            //真正的方法调用
            Object returnValue = invocation.proceed();
            //对返回值做校验，最终还是委托给Hibernate Validator来校验
            result = execVal.validateReturnValue(invocation.getThis(), methodToValidate, returnValue, groups);
            //有异常直接抛出
            if (!result.isEmpty()) {
                throw new ConstraintViolationException(result);
            }
            return returnValue;
        }
    }

实际上，不管是requestBody参数校验还是方法级别的校验，最终都是调用Hibernate Validator执行校验，Spring Validation只是做了一层封装。

## 最后 ##

![6bd0f6dc6eaf730200ce130a58f97653.png][]

我这边整理了一份：Spring相关资料文档以及知识图谱、Java的系统化资料，（包括Java核心知识点、面试专题和20年最新的互联网真题、电子书等）有需要的朋友可以[免费获取资料][Link 1]。

[54d9a42bd251615ffb5f9e0b0ac413c3.png]: /images/20221119/6a3a7e49fb1e4e5793ccd0c06c52476b.png
[6bd0f6dc6eaf730200ce130a58f97653.png]: /images/20221119/08f162a1730240de9184930f31b070a5.png
[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODUzMDg1OQ==&mid=2247483699&idx=1&sn=c0d55c9ecf68a17105134cd5b3d9cef0&chksm=ceabaef7f9dc27e13dc0d7ada9bee4baf1c3d559fda084c9d92ff09a98f9381e798d4520cbed&token=1112674627&lang=zh_CN#rd