说到 Controller,相信大家都不陌生,它可以很方便地对外提供数据接口。它的定位,我认为更像是“不可或缺的配角”。说它不可或缺,是因为无论是传统的三层架构还是现在的 COLA 架构,Controller 层依然占有一席之地;说它是配角,则是因为 Controller 层的代码一般不负责具体的业务逻辑实现,它主要承担着接收请求与响应请求的职责。
在 云栈社区 的日常讨论中,经常能看到关于如何写出更优雅后端代码的话题。实际上,很多开发者在 Controller 层的编写上都会遇到一些类似的痛点。
从现状看问题
Controller 主要的工作有以下几项:
- 接收请求并解析参数
- 调用 Service 执行具体的业务代码(可能包含参数校验)
- 捕获业务逻辑异常做出反馈
- 业务逻辑执行成功做出响应
来看一段非常原始的代码:
//DTO
@Data
public class TestDTO {
private Integer num;
private String type;
}
//Service
@Service
public class TestService {
public Double service(TestDTO testDTO) throws Exception {
if (testDTO.getNum() <= 0) {
throw new Exception("输入的数字需要大于0");
}
if (testDTO.getType().equals("square")) {
return Math.pow(testDTO.getNum(), 2);
}
if (testDTO.getType().equals("factorial")) {
double result = 1;
int num = testDTO.getNum();
while (num > 1) {
result = result * num;
num -= 1;
}
return result;
}
throw new Exception("未识别的算法");
}
}
//Controller
@RestController
public class TestController {
private TestService testService;
@PostMapping("/test")
public Double test(@RequestBody TestDTO testDTO) {
try {
Double result = this.testService.service(testDTO);
return result;
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
@Autowired
public void setTestService(TestService testService) {
this.testService = testService;
}
}
如果真的按照上面所列的工作项来开发 Controller 代码,会带来几个明显的问题:
- 参数校验过多地耦合了业务代码,违背单一职责原则。
- 可能在多个业务中都抛出同一个异常,导致代码重复。
- 各种异常反馈和成功响应格式不统一,接口对接不友好。
改造 Controller 层逻辑
统一返回结构
统一返回值类型无论项目前后端是否分离都非常必要。这能让对接接口的开发人员更清晰地知道调用是否成功,而不是仅仅通过 null 来判断。通过约定状态码和状态信息,整个接口的调用情况就一目了然。
//定义返回数据结构
public interface IResult {
Integer getCode();
String getMessage();
}
//常用结果的枚举
public enum ResultEnum implements IResult {
SUCCESS(2001, "接口调用成功"),
VALIDATE_FAILED(2002, "参数校验失败"),
COMMON_FAILED(2003, "接口调用失败"),
FORBIDDEN(2004, "没有权限访问资源");
private Integer code;
private String message;
//省略get、set方法和构造方法
}
//统一返回数据结构
@Data
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Result<T> {
private Integer code;
private String message;
private T data;
public static <T> Result<T> success(T data) {
return new Result<>(ResultEnum.SUCCESS.getCode(), ResultEnum.SUCCESS.getMessage(), data);
}
public static <T> Result<T> success(String message, T data) {
return new Result<>(ResultEnum.SUCCESS.getCode(), message, data);
}
public static Result<?> failed() {
return new Result<>(ResultEnum.COMMON_FAILED.getCode(), ResultEnum.COMMON_FAILED.getMessage(), null);
}
public static Result<?> failed(String message) {
return new Result<>(ResultEnum.COMMON_FAILED.getCode(), message, null);
}
public static Result<?> failed(IResult errorResult) {
return new Result<>(errorResult.getCode(), errorResult.getMessage(), null);
}
public static <T> Result<T> instance(Integer code, String message, T data) {
Result<T> result = new Result<>();
result.setCode(code);
result.setMessage(message);
result.setData(data);
return result;
}
}
统一返回结构后,在 Controller 中虽然可以立刻用起来,但如果每个 Controller 都重复写一遍封装逻辑,显然效率不高。因此,我们还需要进一步处理。
统一包装处理
Spring 提供了一个 ResponseBodyAdvice 类,能帮助我们对 Controller 返回的内容,在 HttpMessageConverter 进行类型转换之前进行拦截处理。这正好可以把统一包装的工作集中到这个类里。
public interface ResponseBodyAdvice<T> {
boolean supports(MethodParameter returnType, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> converterType);
@Nullable
T beforeBodyWrite(@Nullable T body, MethodParameter returnType, MediaType selectedContentType, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> selectedConverterType, ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response);
}
supports:判断是否要交给 beforeBodyWrite 方法执行,true:需要;false:不需要
beforeBodyWrite:对 response 进行具体的处理
// 如果引入了swagger或knife4j的文档生成组件,这里需要仅扫描自己项目的包,否则文档无法正常生成
@RestControllerAdvice(basePackages = "com.example.demo")
public class ResponseAdvice implements ResponseBodyAdvice<Object> {
@Override
public boolean supports(MethodParameter returnType, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> converterType) {
// 如果不需要进行封装的,可以添加一些校验手段,比如添加标记排除的注解
return true;
}
@Override
public Object beforeBodyWrite(Object body, MethodParameter returnType, MediaType selectedContentType, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> selectedConverterType, ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) {
// 提供一定的灵活度,如果body已经被包装了,就不进行包装
if (body instanceof Result) {
return body;
}
return Result.success(body);
}
}
经过这样改造,既能实现对 Controller 返回数据统一包装的 System Design 目标,又无需对原有代码进行大量改动。
处理 cannot be cast to java.lang.String 问题
直接使用 ResponseBodyAdvice,在处理大多数类型时都没问题,但当遇到字符串类型时,会抛出 xxx.包装类 cannot be cast to java.lang.String 的类型转换异常。
在 ResponseBodyAdvice 实现类中 debug 可以发现,只有 String 类型的 selectedConverterType 参数值是 org.springframework.http.converter.StringHttpMessageConverter,而其他数据类型(如 Integer)的值是 org.springframework.http.converter.json.MappingJackson2HttpMessageConverter。


问题根源现在很清晰了。我们需要返回一个 Result 对象,这个对象可以被 MappingJackson2HttpMessageConverter 正常转换,但 StringHttpMessageConverter 却无法处理,导致了类型转换失败。
针对此问题,有两种解决思路:
- 在
beforeBodyWrite 方法中做判断,如果返回值是 String 类型,就手动将 Result 对象转换成 JSON 字符串。另外,为了方便前端使用,最好在 @RequestMapping 中指定 ContentType。
@RestControllerAdvice(basePackages = "com.example.demo")
public class ResponseAdvice implements ResponseBodyAdvice<Object> {
...
@Override
public Object beforeBodyWrite(Object body, MethodParameter returnType, MediaType selectedContentType, Class<? extends HttpMessageConverter<?>> selectedConverterType, ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) {
// 提供一定的灵活度,如果body已经被包装了,就不进行包装
if (body instanceof Result) {
return body;
}
// 如果返回值是String类型,那就手动把Result对象转换成JSON字符串
if (body instanceof String) {
try {
return this.objectMapper.writeValueAsString(Result.success(body));
} catch (JsonProcessingException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
return Result.success(body);
}
...
}
@GetMapping(value = "/returnString", produces = "application/json; charset=UTF-8")
public String returnString() {
return "success";
}
- 修改
HttpMessageConverter 实例集合中 MappingJackson2HttpMessageConverter 的顺序。因为问题的根源就是 StringHttpMessageConverter 的顺序先于 MappingJackson2HttpMessageConverter,调整顺序后即可从根源上解决。
网上有不少做法是直接在集合中第一位添加一个转换器:
@Configuration
public class WebConfiguration implements WebMvcConfigurer {
@Override
public void configureMessageConverters(List<HttpMessageConverter<?>> converters) {
converters.add(0, new MappingJackson2HttpMessageConverter());
}
}
诚然,这种方式能解决问题,但问题的本质不是缺少转换器,而是顺序错了。更合理的做法应该是调整 MappingJackson2HttpMessageConverter 在集合中的顺序。
@Configuration
public class WebMvcConfiguration implements WebMvcConfigurer {
/**
* 交换MappingJackson2HttpMessageConverter与第一位元素
* 让返回值类型为String的接口能正常返回包装结果
*
* @param converters initially an empty list of converters
*/
@Override
public void configureMessageConverters(List<HttpMessageConverter<?>> converters) {
for (int i = 0; i < converters.size(); i++) {
if (converters.get(i) instanceof MappingJackson2HttpMessageConverter) {
MappingJackson2HttpMessageConverter mappingJackson2HttpMessageConverter = (MappingJackson2HttpMessageConverter) converters.get(i);
converters.set(i, converters.get(0));
converters.set(0, mappingJackson2HttpMessageConverter);
break;
}
}
}
}
参数校验
Java API 的规范 JSR303 定义了校验的标准 validation-api,其中一个比较出名的实现是 hibernate validation。spring validation 是对它的二次封装,常用于 SpringMVC 的参数自动校验。这样一来,参数校验的代码就不再需要与业务逻辑代码耦合了。
@PathVariable 和 @RequestParam 参数校验
Get 请求的参数接收通常依赖这两个注解。不过考虑到 URL 的长度限制和代码的可维护性,超过 5 个参数时,还是建议用实体来传参。
对 @PathVariable 和 @RequestParam 参数进行校验,需要在入参上声明约束注解。如果校验失败,会抛出 MethodArgumentNotValidException 异常。
@RestController(value = "prettyTestController")
@RequestMapping("/pretty")
@Validated
public class TestController {
private TestService testService;
@GetMapping("/{num}")
public Integer detail(@PathVariable("num") @Min(1) @Max(20) Integer num) {
return num * num;
}
@GetMapping("/getByEmail")
public TestDTO getByAccount(@RequestParam @NotBlank @Email String email) {
TestDTO testDTO = new TestDTO();
testDTO.setEmail(email);
return testDTO;
}
@Autowired
public void setTestService(TestService prettyTestService) {
this.testService = prettyTestService;
}
}
校验原理
在 SpringMVC 中,RequestResponseBodyMethodProcessor 这个类承担了两个角色:解析 @RequestBody 标注的参数,以及处理 @ResponseBody 标注方法的返回值。
其解析 @RequestBody 的方法是 resolveArgument。
public class RequestResponseBodyMethodProcessor extends AbstractMessageConverterMethodProcessor {
/**
* Throws MethodArgumentNotValidException if validation fails.
* @throws HttpMessageNotReadableException if {@link RequestBody#required()}
* is {@code true} and there is no body content or if there is no suitable
* converter to read the content with.
*/
@Override
public Object resolveArgument(MethodParameter parameter, @Nullable ModelAndViewContainer mavContainer,
NativeWebRequest webRequest, @Nullable WebDataBinderFactory binderFactory) throws Exception {
parameter = parameter.nestedIfOptional();
//把请求数据封装成标注的DTO对象
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);
//如果校验不通过,就抛出MethodArgumentNotValidException异常
//如果我们不自己捕获,那么最终会由DefaultHandlerExceptionResolver捕获处理
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);
}
}
public abstract class AbstractMessageConverterMethodArgumentResolver implements HandlerMethodArgumentResolver {
/**
* Validate the binding target if applicable.
* <p>The default implementation checks for {@code @javax.validation.Valid},
* Spring's {@link org.springframework.validation.annotation.Validated},
* and custom annotations whose name starts with "Valid".
* @param binder the DataBinder to be used
* @param parameter the method parameter descriptor
* @since 4.1.5
* @see #isBindExceptionRequired
*/
protected void validateIfApplicable(WebDataBinder binder, MethodParameter parameter) {
//获取参数上的所有注解
Annotation[] annotations = parameter.getParameterAnnotations();
for (Annotation ann : annotations) {
//如果注解中包含了@Valid、@Validated或者是名字以Valid开头的注解就进行参数校验
Object[] validationHints = ValidationAnnotationUtils.determineValidationHints(ann);
if (validationHints != null) {
//实际校验逻辑,最终会调用Hibernate Validator执行真正的校验
//所以Spring Validation是对Hibernate Validation的二次封装
binder.validate(validationHints);
break;
}
}
}
}
@RequestBody 参数校验
对于 Post、Put 请求,推荐使用 @RequestBody 来接收请求体参数。
对 @RequestBody 参数进行校验,需要在 DTO 对象中加入校验条件,再搭配 @Validated 注解即可自动完成。校验失败时,会抛出 ConstraintViolationException 异常。
//DTO
@Data
public class TestDTO {
@NotBlank
private String userName;
@NotBlank
@Length(min = 6, max = 20)
private String password;
@NotNull
@Email
private String email;
}
//Controller
@RestController(value = "prettyTestController")
@RequestMapping("/pretty")
public class TestController {
private TestService testService;
@PostMapping("/test-validation")
public void testValidation(@RequestBody @Validated TestDTO testDTO) {
this.testService.save(testDTO);
}
@Autowired
public void setTestService(TestService testService) {
this.testService = testService;
}
}
校验原理
通过给参数声明约束注解,可以猜测到是在底层使用了 AOP 对方法进行了增强。
实际上,Spring 正是通过 MethodValidationPostProcessor 动态注册 AOP 切面,再使用 MethodValidationInterceptor 对切点方法进行织入增强。
public class MethodValidationPostProcessor extends AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor implements InitializingBean {
//指定了创建切面的Bean的注解
private Class<? extends Annotation> validatedAnnotationType = Validated.class;
@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());
}
}
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();
}
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
//所以Spring Validation是对Hibernate Validation的二次封装
result = execVal.validateParameters(
invocation.getThis(), methodToValidate, invocation.getArguments(), groups);
}
catch (IllegalArgumentException ex) {
...
}
//校验不通过抛出ConstraintViolationException异常
if (!result.isEmpty()) {
throw new ConstraintViolationException(result);
}
//Controller方法调用
Object returnValue = invocation.proceed();
//下面是对返回值做校验,流程和上面大概一样
result = execVal.validateReturnValue(invocation.getThis(), methodToValidate, returnValue, groups);
if (!result.isEmpty()) {
throw new ConstraintViolationException(result);
}
return returnValue;
}
}
自定义校验规则
有时候,JSR303 标准提供的校验规则难以满足复杂的业务需求,这时可以自定义校验规则。
这需要做两件事:
- 自定义注解类,定义错误信息和其他必要内容。
- 注解校验器,定义具体的判定规则。
//自定义注解类
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.ANNOTATION_TYPE, ElementType.CONSTRUCTOR, ElementType.PARAMETER})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Constraint(validatedBy = MobileValidator.class)
public @interface Mobile {
/**
* 是否允许为空
*/
boolean required() default true;
/**
* 校验不通过返回的提示信息
*/
String message() default "不是一个手机号码格式";
/**
* Constraint要求的属性,用于分组校验和扩展,留空就好
*/
Class<?>[] groups() default {};
Class<? extends Payload>[] payload() default {};
}
//注解校验器
public class MobileValidator implements ConstraintValidator<Mobile, CharSequence> {
private boolean required = false;
private final Pattern pattern = Pattern.compile("^1[34578][0-9]{9}$"); // 验证手机号
/**
* 在验证开始前调用注解里的方法,从而获取到一些注解里的参数
*
* @param constraintAnnotation annotation instance for a given constraint declaration
*/
@Override
public void initialize(Mobile constraintAnnotation) {
this.required = constraintAnnotation.required();
}
/**
* 判断参数是否合法
*
* @param value object to validate
* @param context context in which the constraint is evaluated
*/
@Override
public boolean isValid(CharSequence value, ConstraintValidatorContext context) {
if (this.required) {
// 验证
return isMobile(value);
}
if (StringUtils.hasText(value)) {
// 验证
return isMobile(value);
}
return true;
}
private boolean isMobile(final CharSequence str) {
Matcher m = pattern.matcher(str);
return m.matches();
}
}
自动校验参数确实是一项非常必要且有意义的工作。JSR303 提供了丰富的参数校验规则,再结合自定义校验规则,能彻底将参数校验与业务逻辑解耦,让代码更加简洁,更符合单一职责原则。
自定义异常与统一拦截异常
回顾最初的代码,能看到几个问题:
- 抛出的异常信息不够具体,只是简单地把错误信息塞进了
Exception。
- 抛出异常后,Controller 无法针对性地根据具体异常做出不同反馈。
- 虽然做了参数自动校验,但异常返回的结构和正常返回的结构不一致。
自定义异常是为了在统一拦截异常时,对业务中的异常有更细颗粒度的区分,从而针对不同异常作出不同响应。
而统一拦截异常的目的,一是为了与前面定义的统一返回结构对应上,二是我们希望无论系统发生什么异常,HTTP 的状态码都要是 200,将系统的异常区分交给业务逻辑来体现。
//自定义异常
public class ForbiddenException extends RuntimeException {
public ForbiddenException(String message) {
super(message);
}
}
//自定义异常
public class BusinessException extends RuntimeException {
public BusinessException(String message) {
super(message);
}
}
//统一拦截异常
@RestControllerAdvice(basePackages = "com.example.demo")
public class ExceptionAdvice {
/**
* 捕获 {@code BusinessException} 异常
*/
@ExceptionHandler({BusinessException.class})
public Result<?> handleBusinessException(BusinessException ex) {
return Result.failed(ex.getMessage());
}
/**
* 捕获 {@code ForbiddenException} 异常
*/
@ExceptionHandler({ForbiddenException.class})
public Result<?> handleForbiddenException(ForbiddenException ex) {
return Result.failed(ResultEnum.FORBIDDEN);
}
/**
* {@code @RequestBody} 参数校验不通过时抛出的异常处理
*/
@ExceptionHandler({MethodArgumentNotValidException.class})
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();
if (StringUtils.hasText(msg)) {
return Result.failed(ResultEnum.VALIDATE_FAILED.getCode(), msg);
}
return Result.failed(ResultEnum.VALIDATE_FAILED);
}
/**
* {@code @PathVariable} 和 {@code @RequestParam} 参数校验不通过时抛出的异常处理
*/
@ExceptionHandler({ConstraintViolationException.class})
public Result<?> handleConstraintViolationException(ConstraintViolationException ex) {
if (StringUtils.hasText(ex.getMessage())) {
return Result.failed(ResultEnum.VALIDATE_FAILED.getCode(), ex.getMessage());
}
return Result.failed(ResultEnum.VALIDATE_FAILED);
}
/**
* 顶级异常捕获并统一处理,当其他异常无法处理时候选择使用
*/
@ExceptionHandler({Exception.class})
public Result<?> handle(Exception ex) {
return Result.failed(ex.getMessage());
}
}
总结
完成这一系列改造后,Controller 层的代码变得非常简洁:我们可以清晰地看到每一个参数、每一个 DTO 的校验规则,也能直观地了解每个方法返回的数据结构,以及每种异常应该如何反馈。
经过这番操作,我们更能专注于业务逻辑的开发,代码既简洁又功能完善,何乐而不为呢?