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第十七章 数据类型转换工厂设计实现

背景

技术背景

Spring数据转换实现方式

Spring提供了多种机制来实现数据转换，以下是一些主要的方式：

1. 类型转换器（Converter）接口： Spring提供了Converter<S, T>接口，允许开发者自定义转换逻辑。通过实现这个接口，你可以定义如何将源类型S转换为目标类型T。例如：

   @Component
   public class StringToIntegerConverter implements Converter<String, Integer> {@Overridepublic Integer convert(String source) {return Integer.valueOf(source);}
   }
   

   然后，你可以在配置中注册这个转换器，Spring会自动在需要的时候使用它。

2. 属性编辑器（PropertyEditor）： PropertyEditor是Java的一个老机制，Spring也支持它。通过实现PropertyEditor接口，你可以定义如何将字符串转换为其他类型。不过，从Spring 5开始，推荐使用Converter接口，因为PropertyEditor将在未来版本中被弃用。

3. 格式化程序（Formatter）： Formatter是Java的一个接口，用于格式化和解析对象。Spring通过FormattingConversionService支持Formatter，可以在Spring MVC中使用它来格式化和解析数据。

4. 自动应用的转换器（Global Converters）： 在Spring MVC中，可以通过实现WebMvcConfigurer接口的addFormatters方法来添加全局的转换器，这些转换器会对所有的控制器方法参数和返回值进行转换。

   java

   @Override
   public void addFormatters(FormatterRegistry registry) {registry.addConverter(new StringToIntegerConverter());
   }
   

5. 局部转换器（Local Converters）： 除了全局转换器，你还可以在方法级别使用@InitBinder注解来添加局部转换器，这些转换器只对特定的控制器或请求参数有效。

6. Spring Expression Language（SpEL）： SpEL也支持类型转换，当你在表达式中使用不同类型的值时，SpEL会尝试进行适当的类型转换。

7. Java标准转换： Spring还会利用Java的自动装箱和拆箱特性，以及Number类的intValue、longValue等方法来进行基本的类型转换。

8. 自定义转换服务： 你可以通过编程方式创建ConversionService的实例，并注册自定义的转换器，然后在你的应用程序中使用这个服务来进行类型转换。

类型转换器（Converter）接口设计实现

Spring 中的类型转换器（Converter）接口的底层生效思路主要涉及以下几个方面：

1. 接口定义： Converter<S, T> 是一个函数式接口，用于将类型 S 的对象转换为类型 T 的对象。这个接口定义了一个 convert 方法，该方法接受一个类型为 S 的源对象，并返回一个类型为 T 的目标对象。

2. 转换器注册： 转换器可以通过实现 Converter 接口并注册到 ConversionService 中来生效。ConversionService 是 Spring 中的一个核心接口，负责管理所有的转换器，并根据需要调用适当的转换器来执行类型转换。

3. 条件转换器： ConditionalConverter 接口允许在转换过程中添加条件判断，以决定是否使用特定的转换器。这提供了更细粒度的控制，允许在运行时根据具体情况选择是否应用某个转换器。

4. 转换器工厂： ConverterFactory<S, R> 接口用于创建一系列相关转换器，它允许从类型 S 转换到类型 R 的子类型。这种设计模式支持了范围转换，即从一种类型到多种可能的子类型的转换。

5. 泛型转换器： GenericConverter 接口提供了在两个或多个类型之间进行转换的能力，它是最灵活但也是最为复杂的转换器SPI接口。GenericConverter 可以处理更复杂的转换场景，比如集合到集合的转换。

6. 默认转换服务： DefaultConversionService 是 GenericConversionService 的一个实现，它提供了一个默认的转换服务，包含了许多内置的转换器，覆盖了大多数常用的类型转换场景。如果需要自定义转换逻辑，可以向 DefaultConversionService 添加自定义的转换器。

7. 转换器查找和缓存： Spring 会根据源类型和目标类型查找合适的转换器。如果找到了匹配的转换器，Spring 会将其缓存起来以提高性能。如果缓存中没有找到匹配的转换器，Spring 会尝试查找并添加新的转换器，然后再次尝试转换。

8. 转换器的链式调用： Converter 接口中的 andThen 方法支持转换器的链式调用，允许将多个转换步骤串联起来，先应用一个转换器，然后将结果传递给下一个转换器。

业务背景

3. 其实实现到本章节，关于IOC、AOP在日常使用和面试中高频出现的技术点都该涵盖了。那么为了补全整个框架内容的结构，方便大家后续在阅读 Spring 时不至于对类型转换的知识体系陌生，这里添加数据类型转换中关于类型转换器的实现。
4. 类型转换也叫做数据转换，比如从String到Integer、从String到Date、从Double到Long等等，但这些操作不能在已经使用框架的情况下还需要手动处理，所以我们要把这样的功能扩展到Spring框架中。

目标

基于当前实现的 Spring 框架，扩展类型转换功能，并熟悉spring组件服务的开发思路。

设计

如果我们来把只是看上去一个简单的类型转换操作抽象成框架，那么它就需要一个标准的接口，谁实现这个接口就具备类型转换的具体实现，提供类型转换的能力。

那么在有了这样接口后，还需要类型转换服务的注册、工厂等内容，才可以把类型转换抽象成一个组件服务。整体设计结构如下图：

• 首先从工厂出发我们需要实现一个 ConversionServiceFactoryBean 来对类型转换服务进行操作。

• 而实现类型转换的服务，需要定义 Converter 转换类型、ConverterRegistry 注册类型转换功能，另外转换类型的操作较多，所以这里也会需要定义一个类型转换工厂 ConverterFactory 各个具体的转换操作来实现这个工厂接口。

实现

代码结构

源码实现：https://github.com/swg209/spring-study/tree/main/step17-type-converter-factory

类图

实现步骤

1. 类型转换接口

   a. Converter 转换器，提供类型转换方法。

   public interface Converter<S, T> {/*** 将source从 S类型转换为T类型.*/T convert(S source);
   }

   b. ConverterFactory 转换工厂，用于获取转换器。

   public interface ConverterFactory<S, R> {/*** 获取转换器，将source从S类型转换为T类型，其中T也是R的实例。** @param targetType* @param <T>* @return*/<T extends R> Converter<S, T> getConverter(Class<T> targetType);}
   

   c. ConverterRegistry 转换注册中心，用于服务注册转换器、转换工厂。

   public interface ConverterRegistry {void addConverter(Converter<?, ?> converter);void addConverter(GenericConverter converter);void addConverterFactory(ConverterFactory<?, ?> converterFactory);}

   d. ConverterService 转换服务，提供 判断类型能否转换以及转换方法。

   public interface ConversionService {/*** 是否可以转换.** @param sourceType* @param targetType* @return*/boolean canConvert(Class<?> sourceType, Class<?> targetType);/*** 转换.** @param source* @param targetType* @param <T>* @return*/<T> T convert(Object source, Class<T> targetType);
   }
   

   e. GenericConverter 通用转换器，门面接口，并有一个内部类 ConvertiblePair，包装 源类型 与 目标类型。

   public interface GenericConverter {/*** Return the source and target types that this converter can convert between.* 返回此转换器可以在其之间转换的源和目标类型.*/Set<ConvertiblePair> getConvertibleTypes();/*** Convert the source object to the targetType described by the {@code TypeDescriptor}.* 将源对象转换为由{@code TypeDescriptor}描述的targetType.** @param source* @param sourceType* @param targetType* @return*/Object convert(Object source, Class sourceType, Class targetType);/*** Holder for a source-to-target class pair.* 源类型到目标类型的持有者.*/final class ConvertiblePair {private final Class<?> sourceType;private final Class<?> targetType;public ConvertiblePair(Class<?> sourceType, Class<?> targetType) {Assert.notNull(sourceType, "source type must not be null");Assert.notNull(targetType, "target type must not be null");this.sourceType = sourceType;this.targetType = targetType;}public Class<?> getSourceType() {return this.sourceType;}public Class<?> getTargetType() {return this.targetType;}@Overridepublic boolean equals(Object obj) {if (this == obj) {return true;}if (obj == null || obj.getClass() != ConvertiblePair.class) {return false;}ConvertiblePair other = (ConvertiblePair) obj;return this.sourceType.equals(other.sourceType) && this.targetType.equals(other.targetType);}@Overridepublic int hashCode() {return this.sourceType.hashCode() * 31 + this.targetType.hashCode();}}
   }

2. 类型转换服务

a. GenericConversionService ， 实现 ConversionService ，ConverterRegistry， 并添加 根据 转换器或工厂 生成对应类型的 ConvertiblePair 以及 遍历源和目标一系列超类的所有组合，获取转换器 的方法辅助，设有 内部类 ConverterFactoryAdapter ，ConverterAdapter 实现 GenericConverter，用于 适配 通用转换器，方便注册及调用。

public class GenericConversionService implements ConversionService, ConverterRegistry {// 转换器映射表.private Map<ConvertiblePair, GenericConverter> converters = new HashMap<>();@Overridepublic boolean canConvert(Class<?> sourceType, Class<?> targetType) {GenericConverter converter = getConvert(sourceType, targetType);return converter != null;}@Overridepublic <T> T convert(Object source, Class<T> targetType) {Class<?> sourceType = source.getClass();GenericConverter converter = getConvert(sourceType, targetType);return (T) converter.convert(source, sourceType, targetType);}@Overridepublic void addConverter(Converter<?, ?> converter) {GenericConverter.ConvertiblePair typeInfo = getRequiredTypeInfo(converter);ConverterAdapter converterAdapter = new ConverterAdapter(typeInfo, converter);for (GenericConverter.ConvertiblePair convertibleType : converterAdapter.getConvertibleTypes()) {converters.put(convertibleType, converterAdapter);}}@Overridepublic void addConverter(GenericConverter converter) {// 遍历转换器支持的类型，将其添加到转换器映射表中.for (GenericConverter.ConvertiblePair convertibleType : converter.getConvertibleTypes()) {converters.put(convertibleType, converter);}}@Overridepublic void addConverterFactory(ConverterFactory<?, ?> converterFactory) {ConvertiblePair typeInfo = getRequiredTypeInfo(converterFactory);ConverterFactoryAdapter converterFactoryAdapter = new ConverterFactoryAdapter(typeInfo, converterFactory);for (ConvertiblePair convertibleType : converterFactoryAdapter.getConvertibleTypes()) {converters.put(convertibleType, converterFactoryAdapter);}}private GenericConverter getConvert(Class<?> sourceType, Class<?> targetType) {List<Class<?>> sourceCandidates = getClassHierarchy(sourceType);List<Class<?>> targetCandidates = getClassHierarchy(targetType);for (Class<?> sourceCandidate : sourceCandidates) {for (Class<?> targetCandidate : targetCandidates) {ConvertiblePair convertiblePair = new ConvertiblePair(sourceCandidate, targetCandidate);GenericConverter converter = converters.get(convertiblePair);if (converter != null) {return converter;}}}return null;}private List<Class<?>> getClassHierarchy(Class<?> clazz) {List<Class<?>> hierarchy = new ArrayList<>();while (clazz != null) {hierarchy.add(clazz);clazz = clazz.getSuperclass();}return hierarchy;}//因为要同时兼容 Converter、ConverterFactory，所以这里传参为Object.private ConvertiblePair getRequiredTypeInfo(Object object) {Type[] types = object.getClass().getGenericInterfaces();ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) types[0];Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();Class sourceType = (Class) actualTypeArguments[0];Class targetType = (Class) actualTypeArguments[1];return new ConvertiblePair(sourceType, targetType);}private final class ConverterAdapter implements GenericConverter {private final ConvertiblePair typeInfo;private final Converter<Object, Object> converter;public ConverterAdapter(ConvertiblePair typeInfo, Converter<?, ?> converter) {this.typeInfo = typeInfo;this.converter = (Converter<Object, Object>) converter;}@Overridepublic Set<ConvertiblePair> getConvertibleTypes() {return Collections.singleton(typeInfo);}@Overridepublic Object convert(Object source, Class sourceType, Class targetType) {return converter.convert(source);}}private final class ConverterFactoryAdapter implements GenericConverter {private final ConvertiblePair typeInfo;private final ConverterFactory<Object, Object> converterFactory;public ConverterFactoryAdapter(ConvertiblePair typeInfo, ConverterFactory<?, ?> converterFactory) {this.typeInfo = typeInfo;this.converterFactory = (ConverterFactory<Object, Object>) converterFactory;}@Overridepublic Set<ConvertiblePair> getConvertibleTypes() {return Collections.singleton(typeInfo);}@Overridepublic Object convert(Object source, Class sourceType, Class targetType) {return converterFactory.getConverter(targetType).convert(source);}}
}

b. DefaultConversionService ，继承 GenericConversionService ，通过构造函数注册 内置的 类型转换器或工厂, 并对外作为一个 注册中心使用。

public class DefaultConversionService extends GenericConversionService {public DefaultConversionService() {addDefaultConverters(this);}public static void addDefaultConverters(ConverterRegistry converterRegistry) {// 添加各类类型转换工厂.converterRegistry.addConverterFactory(new StringToNumberConverterFactory());}
}

3. 融入 Bean 的生命周期
   a. 类型转换工厂 ConversionServiceFactoryBean，实现 FactoryBean, InitializingBean，这样 在其初始化时就可以 注册类型转换器、工厂。

   public class ConversionServiceFactoryBean implements FactoryBean<ConversionService>, InitializingBean {@Nullableprivate Set<?> converters;@Nullableprivate GenericConversionService conversionService;@Overridepublic ConversionService getObject() throws Exception {return conversionService;}@Overridepublic Class<?> getObjectType() {return conversionService.getClass();}@Overridepublic boolean isSingleton() {return true;}@Overridepublic void afterPropertiesSet() throws BeansException {this.conversionService = new DefaultConversionService();registerConverters(converters, conversionService);}private void registerConverters(Set<?> converters, ConverterRegistry registry) {if (converters != null) {for (Object converter : converters) {if (converter instanceof GenericConverter) {registry.addConverter((GenericConverter) converter);} else if (converter instanceof Converter<?, ?>) {registry.addConverter((Converter<?, ?>) converter);} else if (converter instanceof ConverterFactory<?, ?>) {registry.addConverterFactory((ConverterFactory<?, ?>) converter);} else {throw new IllegalArgumentException("Each converter object must implement one of the "+ "Converter, ConverterFactory, or GenericConverter interfaces"+ "Unsupported converter type: " + converter.getClass());}}}}public void setConverters(Set<?> converters) {this.converters = converters;}
   }

b. 通过 ConfigurableBeanFactory 添加 设置、获取类型转换服务方法，由 AbstractBeanFactory 实现，使得 在刷新容器 实例化单例对象前，可以优先获取到 ConversionServiceFactoryBean ，并设置 beanfactory 的 类型转换服务；并在 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 createBean 属性填充前 增加 类型转换的操作。

测试

事先准备

多类型属性的类 Husband

Husband

public class Husband {private String wifeName;private LocalDate marriageDate;public String getWifeName() {return wifeName;}public void setWifeName(String wifeName) {this.wifeName = wifeName;}public LocalDate getMarriageDate() {return marriageDate;}public void setMarriageDate(LocalDate marriageDate) {this.marriageDate = marriageDate;}@Overridepublic String toString() {return "Husband{" +"wifeName='" + wifeName + '\'' +", marriageDate=" + marriageDate +'}';}
}

属性配置文件

spring.xml

1. 配置husband，类型转换服务工厂Bean, 类型转换服务

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beanshttp://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"><bean id="husband" class="cn.suwg.springframework.test.bean.Husband"><property name="wifeName" value="老老"/><property name="marriageDate" value="2022-04-14"/></bean><bean id="conversionService" class="cn.suwg.springframework.context.support.ConversionServiceFactoryBean"><property name="converters" ref="converters"/></bean><bean id="converters" class="cn.suwg.springframework.test.converter.ConvertersFactoryBean"/>
</beans>

转换器工厂Bean

ConvertersFactoryBean

public class ConvertersFactoryBean implements FactoryBean<Set<?>> {@Overridepublic Set<?> getObject() throws Exception {HashSet<Object> converters = new HashSet<>();StringToLocalDateConverter stringToLocalDateConverter = new StringToLocalDateConverter("yyyy-MM-dd");converters.add(stringToLocalDateConverter);return converters;}@Overridepublic Class<?> getObjectType() {return null;}@Overridepublic boolean isSingleton() {return true;}
}

StringToIntegerConverter

public class StringToIntegerConverter implements Converter<String, Integer> {@Overridepublic Integer convert(String source) {return Integer.valueOf(source);}
}

StringToLocalDateConverter

public class StringToLocalDateConverter implements Converter<String, LocalDate> {private final DateTimeFormatter DATE_TIME_FORMATTER;public StringToLocalDateConverter(String pattern) {DATE_TIME_FORMATTER = DateTimeFormatter.ofPattern(pattern);}@Overridepublic LocalDate convert(String source) {return LocalDate.parse(source, DATE_TIME_FORMATTER);}
}

测试用例

public class ApiTest {@Testpublic void testConvert() {ClassPathXmlApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:spring.xml");Husband husband = applicationContext.getBean("husband", Husband.class);System.out.println("测试结果: " + husband);}//返回转换好的日期. 年-月-日@Testpublic void testStringToLocalDateConverter() {StringToLocalDateConverter converter = new StringToLocalDateConverter("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");LocalDate convert = converter.convert("2024-11-07 10:00:11");LocalDate expect = LocalDate.of(2024, 11, 7);Assert.assertEquals(expect, convert);System.out.println(convert);}// 测试字符串转换为整数.@Testpublic void testStringToIntegerConverter() {StringToIntegerConverter converter = new StringToIntegerConverter();Integer convert = converter.convert("12345");Assert.assertEquals(Integer.valueOf(12345), convert);System.out.println(convert);}
}

测试结果：

• 从测试结果可以看到，字符串转日期转换器功能正常。

• 从测试结果可以看到，字符串转数字转换器功能正常。

• 从测试结果可以看到，对象属性值可以正常输出到日志。这个测试内容还是比较简单的，可以自行验证结果，虽然最终的结果看上去比较简单，但整个框架结构实现设计还是蛮复杂的，把这么一个转换操作抽象为接口适配、工厂模型等方式，还是很值得借鉴的。

总结

• 本章节实现的类型转换操作如果只是功能性的开发，就像你自己承接的需求那样，可能只是简单的if判断就搞定了，但放在一个成熟的框架要中要考虑的是可复用性、可扩展性，所以会看到接口的定义、工厂的使用等等设计模式在这里体现。
• 恭喜你，能够坚持学习到这一章节。如果你在学习过程中，每一章节都是通过阅读文章、编写代码、调试错误以及理解设计来完成的，那么一定会在这个过程中获得很多宝贵的经验和知识。以后再次阅读Spring源码时，就不会觉得那么困难了。

参考书籍：《手写Spring渐进式源码实践》

书籍源代码：https://github.com/fuzhengwei/small-spring