如何正确使用 Bean Validation 进行数据校验

原创
01/24 11:38
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一、背景

在前后端开发过程中,数据校验是一项必须且常见的事,从展示层、业务逻辑层到持久层几乎每层都需要数据校验。如果在每一层中手工实现验证逻辑,既耗时又容易出错。

9001.png

为了避免重复这些验证,通常的做法是将验证逻辑直接捆绑到领域模型中,通过元数据(默认是注解)去描述模型, 生成校验代码,从而使校验从业务逻辑中剥离,提升开发效率,使开发者更专注业务逻辑本身。

0023.png

在 Spring 中,目前支持两种不同的验证方法:Spring Validation 和 JSR-303 Bean Validation,即 @Validated(org . springframework.validation.annotation.Validated)和 @Valid(javax.validation.Valid)。两者都可以通过定义模型的约束来进行数据校验,虽然两者使用类似,在很多场景下也可以相互替换,但实际上却完全不同,这些差别长久以来对我们日常使用产生了较大疑惑,本文主要梳理其中的差别、介绍 Validation 的使用及其实现原理,帮助大家在实践过程中更好使用 Validation 功能。

二、Bean Validation简介

什么是JSR?

JSR 是 Java Specification Requests 的缩写,意思是 Java 规范提案。是指向 JCP(Java Community Process) 提出新增一个标准化技术规范的正式请求,以向 Java 平台增添新的 API 和服务。JSR 已成为 Java 界的一个重要标准。

JSR-303定义的是什么标准?

JSR-303 是用于 Bean Validation 的 Java API 规范,该规范是 Jakarta EE and JavaSE 的一部分,Hibernate Validator 是 Bean Validation 的参考实现。Hibernate Validator 提供了 JSR 303 规范中所有内置 Constraint 的实现,除此之外还有一些附加的 Constraint。(最新的为 JSR-380 为 Bean Validation 3.0)453.png

常用的校验注解补充:

@NotBlank 检查约束字符串是不是 Null 还有被 Trim 的长度是否大于,只对字符串,且会去掉前后空格。

@NotEmpty 检查约束元素是否为 Null 或者是 Empty。

@Length 被检查的字符串长度是否在指定的范围内。

@Email 验证是否是邮件地址,如果为 Null,不进行验证,算通过验证。

@Range 数值返回校验。

@IdentityCardNumber 校验身份证信息。

@UniqueElements 集合唯一性校验。

@URL 验证是否是一个 URL 地址。

Spring Validation的产生背景

上文提到 Spring 支持两种不同的验证方法:Spring Validation 和 JSR-303 Bean Validation(下文使用@Validated和@Valid替代)。

为什么会同时存在两种方式?

Spring 增加 @Validated 是为了支持分组校验,即同一个对象在不同的场景下使用不同的校验形式。比如有两个步骤用于提交用户资料,后端复用的是同一个对象,第一步验证姓名,电子邮件等字段,然后在后续步骤中的其他字段中。这时候分组校验就会发挥作用。

为什么不合入到 JSR-303 中?

之所以没有将它添加到 @Valid 注释中,是因为它是使用 Java 社区过程(JSR-303)标准化的,这需要时间,而 Spring 开发者想让人们更快地使用这个功能。

@Validated 的内置自动化校验

Spring 增加 @Validated 还有另一层原因,Bean Validation 的标准做法是在程序中手工调用 Validator 或者 ExecutableValidator 进行校验,为了实现自动化,通常通过 AOP、代理等方法拦截技术来调用。而 @Validated 注解就是为了配合 Spring 进行 AOP 拦截,从而实现 Bean Validation 的自动化执行。

@Validated 和 @Valid 的区别

@Valid 是 JSR 标准 API,@Validated 扩展了 @Valid 支持分组校验且能作为 SpringBean 的 AOP 注解,在 SpringBean 初始化时实现方法层面的自动校验。最终还是使用了 JSR API 进行约束校验。

三、Bean Validation的使用

引入POM

// 正常应该引入hibernate-validator,是JSR的参考实现

<dependency>
    <groupId>org.hibernate.validator</groupId>
    <artifactId>hibernate-validator</artifactId>
</dependency>
// Spring在stark中集成了,所以hibernate-validator可以不用引入
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-validation</artifactId>
</dependency>

Bean层面校验

  • 变量层面约束
public class EntryApplicationInfoCmd {
    /**
     * 用户ID
     */
    @NotNull(message = "用户ID不为空")
    private Long userId;

    /**
     *   证件类型
     */
    @NotEmpty(message = "证件类型不为空")
    private String certType;
}
  • 属性层面约束

主要为了限制 Setter 方法的只读属性。属性的 Getter 方法打注释,而不是 Setter。

public class EntryApplicationInfoCmd {
    public EntryApplicationInfoCmd(Long userId, String certType) {
            this.userId = userId;
            this.certType = certType;
        }
    /**
     * 用户ID
     */
    private Long userId;

    /**
     *   证件类型
     */
    private String certType;
    
    @NotNull
    public String getUserId() {
        return userId;
    }
    
    @NotEmpty
    public String getCertType() {
        return userId;
    }
}
  • 容器元素约束
public class EntryApplicationInfoCmd {
    ...
    List<@NotEmpty Long> categoryList;
}
  • 类层面约束

@CategoryBrandNotEmptyRecord 是自定义类层面的约束,也可以约束在构造函数上。

@CategoryBrandNotEmptyRecord
public class EntryApplicationInfoCmd {
    /**
     * 用户ID
     */
    @NotNull(message = "用户ID不为空")
    private Long userId;
       
    List<@NotEmpty Long> categoryList;
}
  • 嵌套约束

嵌套对象需要额外使用 @Valid 进行标注(@Validate 不支持,为什么?请看产生的背景)。

public class EntryApplicationInfoCmd {
    /**
     *  主营品牌
     */  
    @Valid
    @NotNull 
    private MainBrandImagesCmd mainBrandImage;
}

public class MainBrandImagesCmd {
    /**
     *  品牌名称
     */  
    @NotEmpty 
    private String brandName;;
}
  • 手工验证Bean约束
// 获取校验器
ValidatorFactory factory = Validation.buildDefaultValidatorFactory();
Validator validator = factory.getValidator();

// 进行bean层面校验
Set<ConstraintViolation<User>> violations = validator.validate(EntryApplicationInfoCmd);
// 打印校验信息
for (ConstraintViolation<User> violation : violations) {
    log.error(violation.getMessage()); 
}

方法层面校验

  • 函数参数约束
public class MerchantMainApplyQueryService {
    MainApplyDetailResp detail(@NotNull(message = "申请单号不能为空") Long id) {
        ...
    }
}
  • 函数返回值约束
public class MerchantMainApplyQueryService {
    @NotNull
    @Size(min = 1)
    public List<@NotNull MainApplyStandDepositResp> getStanderNewDeposit(Long id) {
        //...
    }
}
  • 嵌套约束

嵌套对象需要额外使用 @Valid 进行标注(@Validate 不支持)。

public class MerchantMainApplyQueryService {
    public NewEntryBrandRuleCheckApiResp brandRuleCheck(@Valid @NotNull NewEntryBrandRuleCheckRequest request) {
        ...
    }
}

public class NewEntryBrandRuleCheckRequest {
    @NotNull(message = "一级类目不能为空")
    private Long level1CategoryId;
}
  • 在继承中方法约束

Validation 的设计需要遵循里氏替换原则,无论何时使用类型 T,也可以使用 T 的子类型 S,而不改变程序的行为。即子类不能增加约束也不能减弱约束。

子类方法参数的约束与父类行为不一致(++错误例子++):

// 继承的方法参数约束不能改变,否则会导致父类子类行为不一致
public interface Vehicle {

    void drive(@Max(75) int speedInMph);
}

public class Car implements Vehicle {

    @Override
    public void drive(@Max(55) int speedInMph) {
        //...
    }
}

方法的返回值可以增加约束(++正确例子++):

// 继承的方法返回值可以增加约束
public interface Vehicle {

    @NotNull
    List<Person> getPassengers();
}

public class Car implements Vehicle {

    @Override
    @Size(min = 1)
    public List<Person> getPassengers() {
        //...
        return null;
    }
}
  • 手工验证方法约束

方法层面校验使用的是 ExecutableValidator。

// 获取校验器
ValidatorFactory factory = Validation.buildDefaultValidatorFactory();
Validator executableValidator = factory.getValidator().forExecutables();

// 进行方法层面校验
MerchantMainApplyQueryService service = getService();
Method method = MerchantMainApplyQueryService.class.getMethod( "getStanderNewDeposit", int.class );
Object[] parameterValues = { 80 };
Set<ConstraintViolation<Car>> violations = executableValidator.validateParameters(
        service,
        method,
        parameterValues
);
// 打印校验信息
for (ConstraintViolation<User> violation : violations) {
    log.error(violation.getMessage()); 
}

分组校验

不同场景复用一个 Model,采用不一样的校验方式。

public class NewEntryMainApplyRequest {
    @NotNull(message = "一级类目不能为空")
    private Long level1CategoryId;
    
    @NotNull(message = "申请单ID不能为空", group = UpdateMerchantMainApplyCmd.class)
    private Long applyId;
    
    @NotEmpty(message = "审批人不能为空", group = AddMerchantMainApplyCmd.class)
    private String operator;
}

// 校验分组UpdateMerchantMainApplyCmd.class
NewEntryMainApplyRequest request1 = new NewEntryMainApplyRequest( 29, null, "aaa");
Set<ConstraintViolation<NewEntryMainApplyRequest>> constraintViolations = validator.validate( request1, UpdateMerchantMainApplyCmd.class );
assertEquals("申请单ID不能为空", constraintViolations.iterator().next().getMessage());

// 校验分组AddMerchantMainApplyCmd.class
NewEntryMainApplyRequest request2 = new NewEntryMainApplyRequest( 29, "12345", "");
Set<ConstraintViolation<NewEntryMainApplyRequest>> constraintViolations = validator.validate( request2, AddMerchantMainApplyCmd.class );
assertEquals("审批人不能为空", constraintViolations.iterator().next().getMessage());

自定义校验

自定义注解:

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Constraint(validatedBy = MyConstraintValidator.class)
public @interface MyConstraint {
    String message();

    Class<?>[] groups() default {};

    Class<? extends Payload>[] payload() default {};
}

自定义校验器:

public class MyConstraintValidator implements ConstraintValidator<MyConstraint, Object> {
    @Override
    public void initialize(MyConstraint constraintAnnotation) {
    
    }
    
    @Override
    public isValid isValid(Object value, ConstraintValidatorContext context) {
         String name = (String)value;
         if("xxxx".equals(name)) {
             return true;
         }
         
         return false;
    }
}

使用自定义约束:

public class Test {
    @MyConstraint(message = "test")
    String name;
}

四、Bean Validation自动执行以及原理

上述 2.6 和 3.5 分别实现了 Bean 和 Method 层面的约束校验,但是每次都主动调用比较繁琐,因此 Spring 在 @RestController 的 @RequestBody 注解中内置了一些自动化校验以及在 Bean 初始化中集成了 AOP 来简化编码。

Validation的常见误解

最常见的应该就是在 RestController 中,校验 @RequestBody 指定参数的约束,使用 @Validated 或者 @Valid(++该场景下两者等价++)进行约束校验,以至于大部分人理解的 Validation 只要打个注解就可以生效,实际上这只是一种特例。很多人在使用过程中经常遇到约束校验不生效。

  • 约束校验生效

Spring-mvc 中在 @RequestBody 后面加 @Validated、@Valid 约束即可生效。

@RestController
@RequestMapping("/biz/merchant/enter")
public class MerchantEnterController {
    @PostMapping("/application")
    // 使用@Validated
    public HttpMessageResult addOrUpdateV1(@RequestBody @Validated MerchantEnterApplicationReq req){
        ...
    }
    // 使用@Valid
    @PostMapping("/application2")
    public HttpMessageResult addOrUpdate2(@RequestBody @Valid MerchantEnterApplicationReq req){
        ...
    }
}
  • 约束校验不生效

然而下面这个约束其实是不生效的,想要生效得在 MerchantEntryServiceImpl 类目加上 @Validated 注解。

// @Validated 不加不生效
@Service
public class MerchantEntryService {
    public Boolean applicationAddOrUpdate(@Validated MerchantEnterApplicationReq req) {
        ...
    }
    
    public Boolean applicationAddOrUpdate2(@Valid MerchantEnterApplicationReq req) {
        ...
    }
}

那么究竟为什么会出现这种情况呢,这就需要对 Spring Validation 的注解执行原理有一定的了解。

Controller自动执行约束校验原理

在 Spring-mvc 中,有很多拦截器对 Http 请求的出入参进行解析和转换,Validation 解析和执行也是类似,其中 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。

public class RequestResponseBodyMethodProcessor extends AbstractMessageConverterMethodProcessor {

    @Override
    public boolean supportsParameter(MethodParameter parameter) {
        return parameter.hasParameterAnnotation(RequestBody.class);
    }
    // 类上或者方法上标注了@ResponseBody注解都行
    @Override
    public boolean supportsReturnType(MethodParameter returnType) {
        return (AnnotatedElementUtils.hasAnnotation(returnType.getContainingClass(), ResponseBody.class) || returnType.hasMethodAnnotation(ResponseBody.class));
    }
    
    // 这是处理入参封装校验的入口
    @Override
    public Object resolveArgument(MethodParameter parameter, @Nullable ModelAndViewContainer mavContainer,
            NativeWebRequest webRequest, @Nullable WebDataBinderFactory binderFactory) throws Exception {
        parameter = parameter.nestedIfOptional();
        // 获取请求的参数对象
        Object arg = readWithMessageConverters(webRequest, parameter, parameter.getNestedGenericParameterType());
        // 获取参数名称
        String name = Conventions.getVariableNameForParameter(parameter);

        // 只有存在binderFactory才会去完成自动的绑定、校验~
        if (binderFactory != null) {
            WebDataBinder binder = binderFactory.createBinder(webRequest, arg, name);
            if (arg != null) {
                // 这里完成数据绑定+数据校验~~~~~(绑定的错误和校验的错误都会放进Errors里)
                validateIfApplicable(binder, parameter);

                // 若有错误消息hasErrors(),并且仅跟着的一个参数不是Errors类型,Spring MVC会主动给你抛出MethodArgumentNotValidException异常
                if (binder.getBindingResult().hasErrors() && isBindExceptionRequired(binder, parameter)) {
                    throw new MethodArgumentNotValidException(parameter, binder.getBindingResult());
                }
            }
        
            // 把错误消息放进去 证明已经校验出错误了~~~
            // 后续逻辑会判断MODEL_KEY_PREFIX这个key的~~~~
            if (mavContainer != null) {
                mavContainer.addAttribute(BindingResult.MODEL_KEY_PREFIX + name, binder.getBindingResult());
            }
        }

        return adaptArgumentIfNecessary(arg, parameter);
    }
    
    ...
}

约束的校验逻辑是在 RequestResponseBodyMethodProcessor.validateIfApplicable 实现的,这里同时兼容了 @Validated 和 @Valid,所以该场景下两者是等价的。

// 校验,如果合适的话。使用WebDataBinder,失败信息最终也都是放在它身上~  
// 入参:MethodParameter parameter
protected void validateIfApplicable(WebDataBinder binder, MethodParameter parameter) {
    // 拿到标注在此参数上的所有注解们(比如此处有@Valid和@RequestBody两个注解)
    Annotation[] annotations = parameter.getParameterAnnotations();
    for (Annotation ann : annotations) {
        // 先看看有木有@Validated
        Validated validatedAnn = AnnotationUtils.getAnnotation(ann, Validated.class);

        // 这个里的判断是关键:可以看到标注了@Validated注解 或者注解名是以Valid打头的 都会有效哦
        //注意:这里可没说必须是@Valid注解。实际上你自定义注解,名称只要一Valid开头都成~~~~~
        if (validatedAnn != null || ann.annotationType().getSimpleName().startsWith("Valid")) {
            // 拿到分组group后,调用binder的validate()进行校验~~~~
            // 可以看到:拿到一个合适的注解后,立马就break了~~~
            // 所以若你两个主机都标注@Validated和@Valid,效果是一样滴~
            Object hints = (validatedAnn != null ? validatedAnn.value() : AnnotationUtils.getValue(ann));
            Object[] validationHints = (hints instanceof Object[] ? (Object[]) hints : new Object[] {hints});
            binder.validate(validationHints);
            break;
        }
    }

binder.validate() 的实现中使用的 org.springframework.validation.Validator 的接口,该接口的实现为 SpringValidatorAdapter。

public void validate(Object... validationHints) {
    Object target = getTarget();
    Assert.state(target != null, "No target to validate");
    BindingResult bindingResult = getBindingResult();

    for (Validator validator : getValidators()) {
       // 使用的org.springframework.validation.Validator,调用SpringValidatorAdapter.validate
       if (!ObjectUtils.isEmpty(validationHints) && validator instanceof SmartValidator) {
          ((SmartValidator) validator).validate(target, bindingResult, validationHints);
       }
       else if (validator != null) {
          validator.validate(target, bindingResult);
       }
    }
}

在 ValidatorAdapter.validate 实现中,最终调用了 javax.validation.Validator.validate,也就是说最终是调用 JSR 实现,@Validate 只是外层的包装,在这个包装中扩展的分组功能。

public class SpringValidatorAdapter {
    ...
    private javax.validation.Validator targetValidator;
    
    @Override
    public void validate(Object target, Errors errors) {
        if (this.targetValidator != null) {
           processConstraintViolations(
               // 最终是调用JSR实现
               this.targetValidator.validate(target), errors));
        }
    }
 }

++targetValidator.validate 就是 javax.validation.Validator.validate 上述 2.6 Bean 层面手工验证一致。++

Service自动执行约束校验原理

非Controller的@RequestBody注解,自动执行约束校验,是通过 MethodValidationPostProcessor 实现的,该类继承。

BeanPostProcessor, 在 Spring Bean 初始化过程中读取 @Validated 注解创建 AOP 代理(实现方式与 @Async 基本一致)。该类开头文档注解(++JSR 生效必须类层面上打上 @Spring Validated 注解++)。

/**
* <p>Target classes with such annotated methods need to be annotated with Spring's
* {@link Validated} annotation at the type level, for their methods to be searched for
* inline constraint annotations. Validation groups can be specified through {@code @Validated}
* as well. By default, JSR-303 will validate against its default group only.
*/
public class MethodValidationPostProcessor extends AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor
       implements InitializingBean {

    private Class<? extends Annotation> validatedAnnotationType = Validated.class;

    @Nullable
    private Validator validator;
    
    .....
        
    /**
     * 设置Validator
     * Set the JSR-303 Validator to delegate to for validating methods.
     * <p>Default is the default ValidatorFactory's default Validator.
     */
    public void setValidator(Validator validator) {
       // Unwrap to the native Validator with forExecutables support
       if (validator instanceof LocalValidatorFactoryBean) {
          this.validator = ((LocalValidatorFactoryBean) validator).getValidator();
       }
       else if (validator instanceof SpringValidatorAdapter) {
          this.validator = validator.unwrap(Validator.class);
       }
       else {
          this.validator = validator;
       }
    }

    /**
     * Create AOP advice for method validation purposes, to be applied
 * with a pointcut for the specified 'validated' annotation.
     * @param validator the JSR-303 Validator to delegate to
     * @return the interceptor to use (typically, but not necessarily,
     * a {@link MethodValidationInterceptor} or subclass thereof)
     * @since 4.2
     */
    protected Advice createMethodValidationAdvice(@Nullable Validator validator) {
       // 创建了方法调用时的拦截器
       return (validator != null ? new MethodValidationInterceptor(validator) : new MethodValidationInterceptor());
    }

}

真正执行方法调用时,会走到 MethodValidationInterceptor.invoke,进行约束校验。

public class MethodValidationInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        // Avoid Validator invocation on FactoryBean.getObjectType/isSingleton
        if (isFactoryBeanMetadataMethod(invocation.getMethod())) {
           return invocation.proceed();
        }
    
        // Standard Bean Validation 1.1 API
        ExecutableValidator execVal = this.validator.forExecutables();
        ...
    
        try {
           // 执行约束校验
           result = execVal.validateParameters(
                 invocation.getThis(), methodToValidate, invocation.getArguments(), groups);
        }
        catch (IllegalArgumentException ex) {
           // Probably a generic type mismatch between interface and impl as reported in SPR-12237 / HV-1011
           // Let's try to find the bridged method on the implementation class...
           methodToValidate = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(
                 ClassUtils.getMostSpecificMethod(invocation.getMethod(), invocation.getThis().getClass()));
           result = execVal.validateParameters(
                 invocation.getThis(), methodToValidate, invocation.getArguments(), groups);
        }
        
        ...
    
        return returnValue;
    }
}

execVal.validateParameters 就是 javax.validation.executable.ExecutableValidator.validateParameters 与上述 3.5 方法层面手工验证一致。

五、总结

1367.jpeg

参考文章:

https://docs.jboss.org/hibernate/stable/validator/reference/en-US/html_single

*文/洛峰

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