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一个关于HttpClient的轮子

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由于本文较长，需要耐住性子阅读，另外本文中涉及到的知识点较多，想要深入学习某知识点可以参考其他博客或官网资料。本文也非源码分析文章，示例中的源码大多是伪代码和剪辑过的代码示例，由于该轮子为公司内部使用所以源码不便公开，敬请谅解。造轮子不重要，重要的是掌握轮子原理，取其精华，去其糟粕。欢迎大家拍砖。

背景

目前部门内部接口调用基本都是基于Http的，并且部门内部也有封装好的HttpClient。即便如此，每次有新的项目也要写一些繁琐的请求代码，即使不写也是复制粘贴，体验不算太好。于是乎想造一个轮子使用，为什么说是造轮子呢？因为它的功能和SpringCloud的OpenFeign差不多，不过由于是自己项目使用，自然是没有OpenFeign功能强大。

原理

用过MyBatis的同学应该都知道Mapper，所以此次造轮子我借鉴（抄袭）了Spring-Mybatis的部分代码，而且也是先把它的代码大致过了一遍才开始动工，大概要掌握的知识有如下几点：

  • 动态代理
  • Spring的FactoryBean
  • Spring的自定义Bean注册机制，包括扫描，自定义BeanDefinition等
  • 自定义注解的使用
  • 反射机制

轮子目标

实现一个基于动态代理的HttpClient，看一下代码基本就明白了。

造轮子之前

//日常编码方案（伪代码）
public class HttpUtil {
	public Object post(String url){
		HttpClient client = new HttpClient(url);
  	client.addHeader("Content-Type","application/json");
  	return client.send();
	}
}

造轮子之后

//轮子方案
@HttpApi("http://localhost:8080/")
public interface UserService{
  
   @HttpGet("user/{id}")
   User getUserById(@Path("id") Long id);
   
   @HttpPost("user/register")
   boolean register(@Json User user);
}

//使用方法示例（伪代码）
//本地Controller或者其他服务类
public class UserController{
  //注入
  @Autowired
  private UserService userService;
  
  @GetMapping("/")
  public User getUser(){
     //发送Http请求，调用远程接口
     return userService.getUserById(1L);
  }
}

OK，那么到这里也就基本介绍了这个轮子的用途和大体实现方向了。如果看上述示例代码还是不太明白的话，没关系，继续往下看。

轮子雏形

理解FactoryBean

想要实现动态获取Bean那么这个接口至关重要，为什么呢？试想一下，当你定义了一个接口例如:

public interface UserService{
  User getUserById(Long id);
}

那么我们势必要将该接口作为一个Bean注册到BeanFactory中，在《原理》那一段我们都知道使用动态代理创建实现类，那么如何优雅的将实现类作为Bean注册到BeanFactory中呢？此时FactoryBean接口就派上用场了。

/**
 * If a bean implements this
 * interface, it is used as a factory for an object to expose, not directly as a
 * bean instance that will be exposed itself
*/
public interface FactoryBean<T> {
  //获取真正的 bean 实例
	T getObject() throws Exception;
  // bean 类型
	Class<?> getObjectType();
  //是否单例
	boolean isSingleton();
}

看英文注释就可以知道，当注册到BeanFactory中的类是FactoryBean的实现类时，暴露出来的真实的Bean其实是getObject()方法返回的bean实例，而不是FactoryBean本身。那么结合上文中的接口，我们简单定义一个UserServiceFactoryBean作为示范：

@Component
public class UserServiceFactoryBean implements FactoryBean<UserService> {
    
    @Override
    public UserService getObject() throws Exception {
        //使用动态代理创建UserService的实现类
        UserService serviceByProxy = createUserServiceByProxy();
        return serviceByProxy;
    }

    @Override
    public Class<?> getObjectType() {
        return UserService.class;
    }

    @Override
    public boolean isSingleton() {
        return true;
    }
}

是不是很简单，虽然是继承自FactoryBean，但是注入到服务类中的对象其实是由动态代理生成的UserService的实现类。当然作为示例这么实现自然很简单，但是作为一个轮子提供给开发者使用的话，上边这段代码其实并不是开发者手动去写的，因为开发者只负责定义接口即可，那么如何来自动生成FactoryBean的实现类呢?这个就涉及到自定义BeanDefinition了。

包扫描

还是以MyBatis为例，在Spring-MyBatis中，我们会使用@MapperScan注解来使应用程序启动的时候扫描指定包然后加载相应的Mapper。

@MapperScan(basePackages = {"com.lunzi.demo.mapper"})

这里要注意的是，在MapperScan注解的定义中有这么一行@Import({MapperScannerRegistrar.class})，这个类是何方神圣？它做了什么事情？其实从它的命名我们大概能猜出来，它是负责扫描包并且注册Mapper的一个工具类。

@Import({MapperScannerRegistrar.class})
public @interface MapperScan {
   
}

下面看一下这个类的定义：

public class MapperScannerRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, ResourceLoaderAware {}

到这里大概明白了，它继承了ImportBeanDefinitionRegistrar接口，并实现了registerBeanDefinitions方法。具体实现细节主要关注对被扫描之后的接口类做了什么处理。负责扫描的类是由SpringFramework提供的ClassPathBeanDefinitionScanner，有兴趣的同学可以去看看源码。扫描到了Mapper接口之后，我们看一下后续对这些接口做了什么处理。

主要查看：ClassPathMapperScanner.processBeanDefinitions方法

private void processBeanDefinitions(Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions) {
    GenericBeanDefinition definition;
    for (BeanDefinitionHolder holder : beanDefinitions) {
      definition = (GenericBeanDefinition) holder.getBeanDefinition();

      // 注：mapper接口是我们实际要用的bean，但是注册到BeanFactory的是MapperFactoryBean
      // the mapper interface is the original class of the bean
      // but, the actual class of the bean is MapperFactoryBean
      definition.getConstructorArgumentValues().addGenericArgumentValue(definition.getBeanClassName()); // issue #59
      //这里将beanClass设置为MapperFactoryBean 
      definition.setBeanClass(this.mapperFactoryBean.getClass());

      //...中间一些无关代码忽略
      
      //然后设置注入模式为 AUTOWIRE_BY_TYPE	
      definition.setAutowireMode(AbstractBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_TYPE);
    }
  }

那么Spring将BeanDefinition添加到Bean列表中，注册Bean的任务就完成了，为什么拿Spring-MyBatis中的代码做讲解呢？原理都是相通的，那么我们回归到正题，下面我们要做的事情就是仿照其实现。

  • 定义扫描注册类

    public class HttpApiScannerRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar{
  
}

  • 定义扫描注解

    @Import(HttpApiScannerRegistrar.class)
public @interface HttpApiScan {
  
}

  • 定义FactoryBean

    这里要注意这个httpApiInterface，这玩意是生成代理类的接口，应用大量反射方法解析该接口类，下文详细分析，这里我们只要关注FactoryBean即可。

    public class HttpApiFactoryBean<T> implements FactoryBean<T>,InitializingBean {
    private Class<T> httpApiInterface;
    
    @Override
    public T getObject() throws Exception {
        //下文讲述生成代理类的方法
        return ...;
    }
}

    写到这里我们就可以初步验证一下了，要不然会枯燥乏味，给你们点正向反馈。

    @SpringBootApplication
//添加扫描注解
@HttpApiScan(basePackages = "com.lunzi.demo.api")
public class HttpClientApiApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(HttpClientApiApplication.class,args);
    }
}

    随便定义一个接口，里面的方法名无所谓的，毕竟暂时是个空壳子，用不上。不过这个接口要放在com.lunzi.demo.api包下，保证被扫描到。

    public interface UserApiService {
    Object test();
}

    在随便写个controller

    @RestController
@RequestMapping("/")
public class TestController {

    @Autowired(required = false)
    private UserApiService userApiService;

    @GetMapping("test")
    public Object[] getTestResult() {
        return userApiService.test();
    }
}

    别着急，这里还不能运行，毕竟FactoryBean的getObject方法还没有实现。下面该轮到动态代理上场了。

动态代理

java中的动态代理并不复杂，按照套路走就完事了，首先要定义一个实现InvocationHandler接口的类。

public class HttpApiProxy<T> implements InvocationHandler {
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
			//先写个默认实现	
      return "this is a proxy test";
    }
}

在定义一个代理工厂类，用于创建代理类，大家还记得httpApiInterface吗？创建代理类方法如下：

public T newInstance(HttpApiProxy<T> httpApiProxy) {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(httpApiInterface.getClassLoader(), new Class[]{httpApiInterface}, httpApiProxy);
    }

所以说知道FactoryBean的getObject方法怎么写了吧。

  @Override
   public T getObject() throws Exception {
       //由于成品轮子代码封装较多。此处为伪代码用于展示具体原理
       return new HttpProxyFactory().newInstance(new HttpApiProxy());
   }

到此为止，我们可以运行DMEO程序了，截图如下：

代理类成功生成了，毋庸置疑，方法调用时也会返回 "this is a proxy test";

组装配件

到此为止，我们实现了一个轮子外壳，它现在有什么作用呢？

  • 根据注解扫描包自动注册FactoryBean
  • FactoryBean的getObject返回bean对象使用动态代理创建
  • 在其他服务类中可注入
  • 调用接口方法能够正常返回

下一步就要一步步实现轮子配件了，我们先回到接口代码,假如有一个用户服务：

//根据用户ID获取用户信息
GET http://api.demo.com/v1/user/{id}
//新注册一个用户
POST http://api.demo.com/v1/user/register

对应客户端接口如下：

public interface UserService{
   User getUserById(Long id);
   Boolean register(User user);
}

所以结合上文中的Http服务信息，我们发现接口还缺少如下信息：

  • Host信息
  • URL信息
  • 参数类型信息

这里我先列举这三类，其实能够做的还有很多，后续我们升级轮子的时候在详细介绍。那么如何添加这些信息呢，那么就要用到注解功能了。首先添加Host信息:

@HttpApi(host = "http://api.demo.com")
public interface UserService{
   User getUserById(Long id);
   Boolean register(User user);
}

是不是很简单呢？这里还要注意可扩展性，因为平时我们都会区分各种环境，开发，调试，测试，预发，生产环境，这里我们可以加上一个变量的功能，改造后如下：

@HttpApi(host = "${api.user.host}")
public interface UserService{
   User getUserById(Long id);
   Boolean register(User user);
}

代码中的 api.user.host 只是一个示例，这里我们可以配置成任何变量，只要和配置文件中的对应即可。例如application-dev.yaml

api:
    user:
	host: http://api.demo.dev.com/

解决了Host问题,是不是要添加具体的URL了，还要考虑HttpMethod，由于大部分都不是正规的RestfulApi所以在轮子中我们暂时只考虑GET,POST方法。

@HttpApi(host = "${api.user.host}")
public interface UserService{
   
   @HttpGet("/v1/user/{id}")
   User getUserById(Long id);
  
   @HttpPost("/v1/user/register")
   Boolean register(User user);
}

到这里解决了Host和Url的问题，那么还有一个参数问题，比如上述代码中的Get方法。用过SpringBoot的同学都知道 @PathVariable 注解，那么这里也类似。而且方法也支持QueryString参数，所以要加一些参数注解来区分各个参数的不同位置。那么接口继续改造：

@HttpApi(host = "${api.user.host}")
public interface UserService{
   
   //http://host/v1/user/123
   @HttpGet("/v1/user/{id}")
   User getUserById(@Path("id")Long id); //增加 @Path 注解标明此id参数对应着路径中的{id}
  
   //http://host/v1/user/?id=123
   @HttpGet("/v1/user/")
   User getUserById(@Query("id")Long id); //增加 @Query 注解标明此id参数对应着路径中的?id=
  
   @HttpPost("/v1/user/register")
   Boolean register(User user);
}

看完Get方法，是不是Post方法你们也有思路了呢?比如我们要支持以下几种类型的参数

  • Content-Type=application/json （@Json）
  • Content-Type=application/x-www-form-urlencoded （@Form）

当然还有例如文件上传等，这里先不做演示。在丰富一下Post接口方法：

@HttpApi(host = "${api.user.host}")
public interface UserService{
   @HttpGet("/v1/user/{id}")
   User getUserById(@Path("id")Long id); 
  
   @HttpPost("/v1/user/register")
   Boolean register(@Json User user); //这里使用 @Json 和 @Form 区分参数类型
}

OK，到了这里接口定义告一段落，一个很简单粗糙的版本就出来了。不过罗马也不是一天建成的，慢慢来。现在稍作总结，轮子新增了以下几个小组件：

  • HttpApi 类注解：定义通用配置，例如Host，timeout等
  • HttpGet 方法注解：定义HttpMethod，URL
  • HttpPost 方法注解：定义HttpMethod，URL
  • Path 参数注解：定义参数类型为路径参数
  • Query 参数注解：定义参数类型为QueryString参数
  • Json 参数注解：定义参数类型为application/json
  • Form 参数注解：定义参数类型为application/x-www-form-urlencoded

组件解析

现在客户端的接口已经定义好了，剩下我们要做的就是去解析它，并且将解析结果存起来供后续使用。什么时候取做解析呢？在前文中我们定义了HttpApiFactoryBean,下面我们也实现InitializingBean接口，然后在 afterPropertiesSet 方法中去解析。

在Mybatis中有一个贯穿全文的配置类：Configuration，这里我们也参照该模式，新建一个Configuration配置类。里面大概有哪些东东呢？

  • HttpConfig 当前接口服务的基础配置，存储解析后的host，超时时间，其他全局可用的配置信息等
  • Map<String,Object> 存放每个方法对应的接口定义细节，由于一个接口存在多个方法，这里就用Map存储
  • HttpApiRegistry 它负责注册接口和提供接口的动态代理实现

OK，那么下一步我们就是要看看afterPropertiesSet方法做了什么事情。

  	@Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        configuration.addHttpApi(this.httpApiInterface);
    }

在Configuration中，又调用了HttpApiRegistry的add方法：

    public final void addHttpApi(Class<?> type) {
        this.httpApiRegistry.add(type);
    }

这里可以看到关键参数是Class<?> type,对应我们的接口定义就是UserService.class。为什么要用Class呢？因为接下来我们要使用大量的反射方法去解析这个接口。

由于解析细节比较多，这里不再详细介绍，有兴趣的同学可以去看一下MyBatis解析Mapper的源码，我的灵感也是基于该源码做的实现。

这里我就跳过解析细节，给大家看一下解析的一个结果

  • knownHttpApis 保存了动态代理类缓存信息
  • httpApiStatements 对应着每个方法，从下图中可以看出包含HttpMethod，URL，参数，返回值等信息
  • methodParameters 是参数集合，每个参数包含参数名，参数类型，和一些其他Http的属性等

那么有了这些东西我们能干什么呢？我们回到HttpApiProxy 的 invoke 方法。

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        //....其他代码
      
        //先获取到唯一ID 例如：com.demo.api.UserService.getUserById
        String id = this.mapperInterface.getName() + "." + method.getName();
        //执行HTTP请求
        return HttpExecutors.execute(id,configuration,args);
    }

这里要注意，如果接口定义的是重载方法，比如getUserById(Long id). getUserById(Long id1,Long id2);

很抱歉，直接扔给你一个异常，告诉你不允许这么定义，否则id就冲突了！就是这么简单粗暴。

HttpExecutors.execute(id,configuration,args) 方法流程图如下：

之所以后边的HttpClient实现没有详细介绍，因为这里的选择有很多，例如okhttp，httpClient，java原生的httpConnection等。

轮子跑起来

接口定义

package com.demo.api;

import com.xiaoju.manhattan.common.base.entity.BaseResponse;
import com.xiaoju.manhattan.http.client.annotation.*;

import java.util.List;

@HttpApi(value = "${host}",
        connectTimeout = 2000,
        readTimeout = 2000,
        retryTime = 3,
        interceptor = "userApiServiceInterceptor",
        exceptionHandler = "userApiServiceErrorHandler")
public interface UserApiService {

    /**
     * 根据用户ID获取用户信息
     */
    @HttpGet("/api/user/{id}")
    BaseResponse getByUserId(@Path("id") Long id);
}

客户端

@RestController
@RequestMapping("/")
public class TestController {


    @Autowired(required = false)
    private UserApiService userApiService;
    
    @GetMapping("user")
    public BaseResponse<User> getUserById() {
        Long id = System.currentTimeMillis();
        return userApiService.getByUserId(id);
    }
}

模拟用户Http服务接口

@RestController
@RequestMapping("/api/user")
public class DemoController {

   @GetMapping("{id}")
   public BaseResponse getUserById(@PathVariable("id") Long id) throws Exception{
       User user = new User();
       user.setName("轮子");
       user.setId(id);
       user.setAddress("博客模拟地址");
       return BaseResponse.build(user);
   }
}

正常调用

{
    "data": {
        "id": 1586752061978,
        "name": "轮子",
        "address": "博客模拟地址"
    },
    "errorCode": 0,
    "errorMsg": "ok",
    "success": true
}

拦截器示例

@Component(value = "userApiServiceInterceptor")
public class UserApiServiceInterceptor implements HttpApiInterceptor {

    @Override
    public Object beforeExecute(RequestContext requestContext) {
        //添加通用签名请求头
        String signature = "1234567890";
        requestContext.addHeader("signature", signature);
        //添加通用参数
        requestContext.addParameter("from","blog");
        
        return null;
    }

    @Override
    public Object afterExecute(RequestContext requestContext) {
        
        return null;
    }
}

服务端改造

 @GetMapping("{id}")
    public BaseResponse getUserById(HttpServletRequest request, @PathVariable("id") Long id) throws Exception {
        User user = new User();
        user.setName("轮子");
        user.setId(id);
        user.setAddress("博客模拟地址:" + request.getHeader("signature") + "|" + request.getParameter("from"));
        return BaseResponse.build(user);
    }

调用结果：

{
    "data": {
        "id": 1586752450283,
        "name": "轮子",
        "address": "博客模拟地址:1234567890|blog"
    },
    "errorCode": 0,
    "errorMsg": "ok",
    "success": true
}

错误处理器与拦截器原理相同，不在演示。

总结

从想法抛出到具体实现大概用了几天的时间，这个轮子到底能不能在项目中跑还是个未知数，不过我还是保持乐观态度，毕竟大量借鉴了MyBatis的源码实现，嘿嘿。

当然还有一些不足之处：

  • 类结构设计还需要改进，还有较大的优化空间，向大师们学习

  • 不支持文件上传（如何支持？你知道怎么做了吗？）

  • 不支持 HttpPut，HttpDelete （加一些扩展，很容易）

  • 不支持切换底层HttpClient实现逻辑，如果能根据当前引用包动态加载就好了，类似Slf4j的门面模式

可扩展点：

  • HttpGet可以加入缓存机制
  • 拦截器可以丰富功能
  • 异步请求支持

开发难点：

  • 由于高度的抽象和大量的泛型使用，需要对反射原理掌握的更加深入一些
  • 对Spring生态要深入理解和学习

开发领悟：

  • 不会不懂的地方就看开源框架源码，你会发现新世界

其实写一个轮子不是为了写而写，而是要有实际开发痛点，轮子造出来之后是否可以使用？是否哗众取宠华而不实？当然这些要经过实战的检验，好用不好用，开发说了算。现在已经接近尾声，希望能给大家带来一些收获！拜了个拜。

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