SpringBoot后端系统的基础架构

前言

前段时间完成了毕业设计课题——《基于Spring Boot + Vue的直播后台管理系统》，项目名为LBMS，主要完成了对直播平台数据的可视化展示和分级的权限管理。虽然相当顺利地通过了答辩，但是由于时间以及本人水平的不足，其实后端系统的代码还仅仅停留在“能跑就行”。因此这篇文章主要也是为了反思一下项目中亟待完善的地方，我后续也会考虑在此基础上编写一个后端管理系统的通用架构模板。

2020/6/10 这个模板项目已经在做了：common-MS
2020/6/12 完成了日志处理、异常处理、结果封装、参数校验模块

日志处理

日志框架

Java中可用的日志框架有很多，并且通常都有着抽象层＋实现层的结构，在实际应用中，只需要考虑抽象层提供的功能接口而不用了解实现层的具体结构。Spring Boot默认的日志框架为Slf4j + logback。在我的毕设项目中，虽然引入了日志框架，但是却很少使用。

Slf4j的输出级别有5种：trace、debug、info、warn、error，可以通过在properties或yml文件中通过logging.level.root参数指定日志输出的级别，其中root代表配置对整个项目生效，可以修改为其他路径进行自定义配置

日志代码的简化

使用lombok可以简化代码的编写：

Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyLog.class);
logger.info("logger info test");

@Slf4j
// ...
log.info("lombok info test")

对于日志信息中的变量，建议使用占位符形式而非字符串拼接

log.info(time + " " + methodName + "is invoked");

log.info("{} {} is invoked", time, methodName)

将日志输出到文件

这里用了某位大牛写的logback-spring.xml进行配置（可以访问我的Github获取具体文件），配置完成后可以将日志按级别的不同输出到指定目录下的不同文件，并且对每天的日志分开保存，日志文件大小超过100MB时，还可以自动分块。

基于AOP的日志处理

之前用DRF做一个项目时，发现它很贴心地在控制台展示了每个请求的参数、返回状态码等信息，SpringBoot当然也可以实现类似的功能。

想要实现上述需求，毫无疑问要在Controller层使用AOP了。对每个请求，我想要输出对应的URL、请求方法、参数、返回状态码等信息。

AOP的切点切面：

@Pointcut("execution(* priv.zzz.controller..*.*(..))")
public void controllerAspect() {}

@Before("controllerAspect()")
public void before(JoinPoint joinPoint){
    log.info(getRequestMessage(joinPoint));
}

@AfterReturning(pointcut = "controllerAspect()", returning = "returnValue")
public void after(JoinPoint joinPoint, Object returnValue){
    if (returnValue instanceof Result){
            log.info(getResponseMessage(joinPoint, ((Result) returnValue).getStatus()));
    }
    if (returnValue instanceof ResultSet){
        log.info(getResponseMessage(joinPoint, ((ResultSet) returnValue).getStatus()));
    }
}

URL、rquestMethod：

private String getBaseMessage(JoinPoint joinPoint) {

    HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes)(Objects.requireNonNull(RequestContextHolder.getRequestAttributes()))).getRequest();
    String url = request.getRequestURI();
    String requestMethod = request.getMethod();
    String datetime = DateFormatter.format(new Date());

    return datetime + " " + url + " " + requestMethod;
}

请求参数：

private String getRequestMessage(JoinPoint joinPoint) {
    MethodSignature methodSignature = (MethodSignature)joinPoint.getSignature();
    Object[] args = joinPoint.getArgs();
    String[] parameters = methodSignature.getParameterNames();

    StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
    for (int i = 0; i < Math.min(args.length, parameters.length); i++){
        stringBuilder.append(parameters[i]).append(":").append(args[i]).append(" ");
    }
    String params = "{ "+stringBuilder.toString()+"}";

    return this.getBaseMessage(joinPoint) + " " + params;
}

private String getResponseMessage(JoinPoint joinPoint, int status) {
    return this.getBaseMessage(joinPoint) + " " + status;
}

最终效果：

2020-06-11 13:10:32 /log GET { name:test number:1 }
2020-06-11 13:10:32 /log GET 200

结果封装

前后端分离的情况下前后端一般都是通过Json数据进行交互，使用@RestController注解可以将返回的对象转为Json格式，在那之前，我们需要对返回的结果封装为Result对象。Result中主要要包含的字段有status、message和data，对于status和message，我使用枚举类型ResultCode进行封装，其中包含SUCCESS、NOT_FOUND、UNAUTHORIZED等常见状态码。data要考虑返回的数据是否是一个列表，如果是列表，还需要实现分页功能。

在LBMS中，我将这两种结果集（单个对象和列表对象）封装为同一个结果集，在新的模板项目中，我尝试使用Result和ResultSet两种结果集进行封装。这样做的好处是返回结果更加清晰，缺点是有些地方可能需要一些额外的处理，比如在日志模块获取controller返回的状态码时，具体的优劣有待更加深入的使用。

Result示例：

{
  "timestamp": "2020-06-12T15:44:02.106+08:00",
  "status": 200,
  "message": "success",
  "data": 123,
  "path": "/result"
}

ResultSet示例：

{
  "timestamp": "2020-06-12T15:38:01.130+08:00",
  "total": 2,
  "status": 200,
  "message": "success",
  "list": [
    {
      "username": "Alice",
      "age": 20,
      "sex": 0,
      "email": "12345@qq.com"
    },
    {
      "username": "Eric",
      "age": 21,
      "sex": 1,
      "email": "12345@163.com"
    }
  ],
  "path": "/result/set"
}

结果封装还要考虑的一个问题是对异常的处理，这个我在异常处理章节会谈到。

参数校验

上一个项目中的参数校验做的相当有限，目前Spring Boot主流的参数校验方式有hibernate-validator、Assert等。使用validator参数校验的位置可以在实体类字段处，也可以在Controller传参处。

网上大部分文章说spring-boot-starter-web已经包含了hibernate-validator，但我不知道为什么无法直接使用@NotNull等注解，因此手动引入validator：

<dependency>
    <groupId>org.hibernate</groupId>
    <artifactId>hibernate-validator</artifactId>
    <version>6.1.5.Final</version>
</dependency>

一个简单的例子：

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class TestUser {

    @NotNull(message = "用户名不能为空")
    @NotBlank(message = "用户名不能为空")
    @Length(max = 20, message = "用户名过长")
    private String username;

    @Min(0)
    private Integer age;

    @Range(min = 0, max = 1)
    private Integer sex;

    @Email(message = "邮箱格式错误")
    private String email;

}

使用Assert进行校验：

Assert.notNull(user.getUsername(), "用户名不能为空");

validator校验失败时，会抛出MethodArgumentNotValidException异常。

Assert校验失败时会抛出IllegalArgumentException。

实际应用中我们可以灵活使用这两种校验方式，并且可以通过ExceptionHandler对这些异常进行捕获和统一处理。

异常处理

LBMS中，我的异常处理采用的是自定义异常+@ResponseStatus注解的方式，在特定的地方抛出异常，交给ResponseStatusExceptionResolver去处理。

@ResponseStatus(code = HttpStatus.BAD_REQUEST, reason = "无法识别的操作")
public class BadOperationException extends Exception {

    public BadOperationException(){
        super();
    }

    public BadOperationException(String msg){
        super(msg);
    }
}

在common-MS中，异常处理采用@ControllerAdvice+@ExceptionHandler实现，@ControllerAdvice将一个类标注为全局的异常处理类，@ExceptionHandler用于捕获不同的异常进行对应处理。同理，对于异常的返回结果也与正常返回结果格式保持一致，使用Result封装。

例如，捕获上述validator抛出的MethodArgumentNotValidException异常并进行处理的代码为：

@ExceptionHandler(value = { MethodArgumentNotValidException.class })
public Result<String> validatorException(HttpServletResponse response, MethodArgumentNotValidException e) {
    // validator设置了message时返回message，未设置则返回“非法参数”
    FieldError error = e.getBindingResult().getFieldError();
    String message = "非法参数";
    if(error != null){
        message = error.getField() + error.getDefaultMessage();
    }
    response.setStatus(400);
    return Result.failure(400, message);
}

当提交的邮箱格式错误时返回：

{
  "timestamp": "2020-06-12T15:45:07.874+08:00",
  "status": 400,
  "message": "email邮箱格式错误",
  "data": null,
  "path": "/user"
}

同理，还可以对自定义的异常进行处理：

public class ExampleException extends Exception{

    public ExampleException() {super();}

    public ExampleException(String message) {
        super(message);
    }
}

使用时直接抛出异常即可：

@RequestMapping(value = "exception", method = RequestMethod.GET)
public Result exampleException() throws ExampleException {
    throw new ExampleException("这是一个测试异常");
}

如果需要修改Response的状态码而不仅仅是使用自定义的status，可以在@ExceptionHandler注解的方法内引入并使用

response.setStatus(400);

待续~

todo：Shiro、分页功能、Redis等。

完整代码移步Github：common-MS