从深处去掌握数据校验@Valid的作用（级联校验）

每篇一句

NBA里有两大笑话：一是科比没天赋，二是詹姆斯没技术

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前言

关于Bean Validation的基本原理篇完结之后，接下来就是小伙伴最为关心的干货：使用篇。
如果说要使用Bean Validation数据校验，我十分相信小伙伴们都能够使用，但估计大都是有个前提的：Spring MVC环境。我极其简单的调查了一下，近乎99%的人都是只把数据校验使用在Spring MVC的Controller层面的，而且几乎90%的人都是让它必须和@RequestBody一起来使用去校验JavaBean入参~

如果这么去理解Bean Validation的使用，那就有点太过于片面了，毕竟被Spring包裹起来，你其实很难去知道它真正做的事。
熟悉我文章风格的人知道，每篇文章我都会带你领略一些不一样的风景，本章亦不例外，会让你知道数据校验在Spring框架之外的一些事~

分组校验

在我的前置原理篇文章，分组校验其实是没太大必要说的，因为使用起来确实非常的简单。此处还是给个分组校验的使用案例吧：

@Getter
@Setter
@ToString
public class Person {
    // 错误消息message是可以自定义的
    @NotNull(message = "{message} -> 名字不能为null", groups = Simple.class)
    public String name;
    @Max(value = 10, groups = Simple.class)
    @Positive(groups = Default.class) // 内置的分组：default
    public Integer age;

    @NotNull(groups = Complex.class)
    @NotEmpty(groups = Complex.class)
    private List<@Email String> emails;
    @Future(groups = Complex.class)
    private Date start;

    // 定义两个组 Simple组和Complex组
    interface Simple {
    }
    interface Complex {

    }
}

执行分组校验：

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        //person.setName("fsx");
        person.setAge(18);
        // email校验：虽然是List都可以校验哦
        person.setEmails(Arrays.asList("fsx@gmail.com", "baidu@baidu.com", "aaa.com"));
        //person.setStart(new Date()); //start 需要是一个将来的时间: Sun Jul 21 10:45:03 CST 2019
        //person.setStart(new Date(System.currentTimeMillis() + 10000)); //校验通过

        HibernateValidatorConfiguration configure = Validation.byProvider(HibernateValidator.class).configure();
        ValidatorFactory validatorFactory = configure.failFast(false).buildValidatorFactory();
        // 根据validatorFactory拿到一个Validator
        Validator validator = validatorFactory.getValidator();


        // 分组校验（可以区分对待Default组、Simple组、Complex组）
        Set<ConstraintViolation<Person>> result = validator.validate(person, Person.Simple.class);
        //Set<ConstraintViolation<Person>> result = validator.validate(person, Person.Complex.class);

        // 对结果进行遍历输出
        result.stream().map(v -> v.getPropertyPath() + " " + v.getMessage() + ": " + v.getInvalidValue())
                .forEach(System.out::println);

    }

运行打印：

age 最大不能超过10: 18
name {message} -> 名字不能为null -> 名字不能为null: null

可以直观的看到效果，此处的校验只执行Person.Simple.class这个Group组上的约束~

分组约束在Spring MVC中的使用场景还是相对比较多的，但是需要注意的是：javax.validation.Valid没有提供指定分组的，但是org.springframework.validation.annotation.Validated扩展提供了直接在注解层面指定分组的能力

@Valid注解

我们知道JSR提供了一个@Valid注解供以使用，在本文之前，绝大多数小伙伴都是在Controller中并且结合@RequestBody一起来使用它，但在本文之后，你定会对它有个全新的认识~

==该注解用于验证级联的属性、方法参数或方法返回类型。==
当验证属性、方法参数或方法返回类型时，将验证对象及其属性上定义的约束，另外：此行为是递归应用的。

：：：为了理解@Valid，那就得知道处理它的时机：：：

MetaDataProvider

元数据提供者：约束相关元数据（如约束、默认组序列等）的Provider。它的作用和特点如下：

1. 基于不同的元数据：如xml、注解。（还有个编程映射） 这三种类型。对应的枚举类为：

public enum ConfigurationSource {
    ANNOTATION( 0 ),
    XML( 1 ),
    API( 2 ); //programmatic API
}

1. MetaDataProvider只返回直接为一个类配置的元数据
2. 它不处理从超类、接口合并的元数据（简单的说你@Valid放在接口处是无效的）

public interface MetaDataProvider {

    // 将**注解处理选项**归还给此Provider配置。  它的唯一实现类为：AnnotationProcessingOptionsImpl
    // 它可以配置比如：areMemberConstraintsIgnoredFor  areReturnValueConstraintsIgnoredFor
    // 也就说可以配置：让免于被校验~~~~~~(开绿灯用的)
    AnnotationProcessingOptions getAnnotationProcessingOptions();
    // 返回作用在此Bean上面的`BeanConfiguration`   若没有就返回null了
    // BeanConfiguration持有ConfigurationSource的引用~
    <T> BeanConfiguration<? super T> getBeanConfiguration(Class<T> beanClass);
    
}

// 表示源于一个ConfigurationSource的一个Java类型的完整约束相关配置。  包含字段、方法、类级别上的元数据
// 当然还包含有默认组序列上的元数据（使用较少）
public class BeanConfiguration<T> {
    // 三种来源的枚举
    private final ConfigurationSource source;
    private final Class<T> beanClass;
    // ConstrainedElement表示待校验的元素，可以知道它会如下四个子类：
    // ConstrainedField/ConstrainedType/ConstrainedParameter/ConstrainedExecutable
    
    // 注意：ConstrainedExecutable持有的是java.lang.reflect.Executable对象
    //它的两个子类是java.lang.reflect.Method和Constructor
    private final Set<ConstrainedElement> constrainedElements;

    private final List<Class<?>> defaultGroupSequence;
    private final DefaultGroupSequenceProvider<? super T> defaultGroupSequenceProvider;
    ... // 它自己并不处理什么逻辑，参数都是通过构造器传进来的
}

它的继承树：

三个实现类对应着上面所述的三种元数据类型。本文很显然只需要关注和注解相关的：AnnotationMetaDataProvider

AnnotationMetaDataProvider

这个元数据均来自于注解的标注，然后它是Hibernate Validation的默认configuration source。它这里会处理标注有@Valid的元素~

public class AnnotationMetaDataProvider implements MetaDataProvider {

    private final ConstraintHelper constraintHelper;
    private final TypeResolutionHelper typeResolutionHelper;
    private final AnnotationProcessingOptions annotationProcessingOptions;
    private final ValueExtractorManager valueExtractorManager;

    // 这是一个非常重要的属性，它会记录着当前Bean  所有的待校验的Bean信息~~~
    private final BeanConfiguration<Object> objectBeanConfiguration;

    // 唯一构造函数
    public AnnotationMetaDataProvider(ConstraintHelper constraintHelper,
            TypeResolutionHelper typeResolutionHelper,
            ValueExtractorManager valueExtractorManager,
            AnnotationProcessingOptions annotationProcessingOptions) {
        this.constraintHelper = constraintHelper;
        this.typeResolutionHelper = typeResolutionHelper;
        this.valueExtractorManager = valueExtractorManager;
        this.annotationProcessingOptions = annotationProcessingOptions;

        // 默认情况下，它去把Object相关的所有的方法都retrieve:检索出来放着  我比较费解这件事~~~  
        // 后面才发现：一切为了效率
        this.objectBeanConfiguration = retrieveBeanConfiguration( Object.class );
    }

    // 实现接口方法
    @Override
    public AnnotationProcessingOptions getAnnotationProcessingOptions() {
        return new AnnotationProcessingOptionsImpl();
    }


    // 如果你的Bean是Object  就直接返回了~~~（大多数情况下  都是Object）
    @Override
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> BeanConfiguration<T> getBeanConfiguration(Class<T> beanClass) {
        if ( Object.class.equals( beanClass ) ) {
            return (BeanConfiguration<T>) objectBeanConfiguration;
        }
        return retrieveBeanConfiguration( beanClass );
    }
}

如上可知，核心解析逻辑在retrieveBeanConfiguration()这个私有方法上。总结一下调用此方法的两个原始入口（一个构造器，一个接口方法）：

1. ValidatorFactory.getValidator()获取校验器的时候，初始化时会自己new一个，调用栈如下图：
   
2. 调用Validator.validate()方法的时候，beanMetaDataManager.getBeanMetaData( rootBeanClass )它会遍历初始化时所有的metaDataProviders(默认情况下两个，没有xml方式的)，拿出所有的BeanConfiguration交给BeanMetaDataBuilder，最终构建出一个属于此Bean的BeanMetaData。对此有一点注意事项描述如下：
   1. 处理MetaDataProvider时会调用ClassHierarchyHelper.getHierarchy( beanClass )方法，不仅仅处理本类。拿到本类自己和所有父类后，统一交给provider.getBeanConfiguration( clazz )处理（也就是说任何一个类都会把Object类处理一遍）
   

retrieveBeanConfiguration()详情

这个方法说白了，就是从Bean里面去检索属性、方法、构造器等需要校验的ConstrainedElement项。

    private <T> BeanConfiguration<T> retrieveBeanConfiguration(Class<T> beanClass) {
        // 它检索的范围是：clazz.getDeclaredFields()  什么意思：就是搜集到本类所有的字段  包括private等等  但是不包括父类的所有字段
        Set<ConstrainedElement> constrainedElements = getFieldMetaData( beanClass );
        constrainedElements.addAll( getMethodMetaData( beanClass ) );
        constrainedElements.addAll( getConstructorMetaData( beanClass ) );

        //TODO GM: currently class level constraints are represented by a PropertyMetaData. This
        //works but seems somewhat unnatural
        // 这个TODO很有意思：当前，类级约束由PropertyMetadata表示。这是可行的，但似乎有点不自然
        // ReturnValueMetaData、ExecutableMetaData、ParameterMetaData、PropertyMetaData

        // 总之吧：此处就是把类级别的校验器放进来了（这个set大部分时候都是空的）
        Set<MetaConstraint<?>> classLevelConstraints = getClassLevelConstraints( beanClass );
        if (!classLevelConstraints.isEmpty()) {
            ConstrainedType classLevelMetaData = new ConstrainedType(ConfigurationSource.ANNOTATION, beanClass, classLevelConstraints);
            constrainedElements.add(classLevelMetaData);
        }
        
        // 组装成一个BeanConfiguration返回
        return new BeanConfiguration<>(ConfigurationSource.ANNOTATION, beanClass,
                constrainedElements, 
                getDefaultGroupSequence( beanClass ),  //此类上标注的所有@GroupSequence注解
                getDefaultGroupSequenceProvider( beanClass ) // 此类上标注的所有@GroupSequenceProvider注解
        );
    }

这一步骤把该Bean上的字段、方法等等需要校验的项都提取出来。就拿上例中的Demo校验Person类来说，最终得出的BeanConfiguration如下：（两个）


这是直观的结论，可以看到仅仅是一个简单的类其实所包含的项是挺多的。

此处说一句：项是有这么多，但是并不是每一个都需要走验证逻辑的。因为毕竟大多数项上面并没有约束（注解），大多数ConstrainedElement.getConstraints()为空嘛~

总得来说，我个人建议不能光只记忆结论，因为那很容易忘记，所以还是得稍微深入一点，让记忆更深刻吧。那就从下面四个方面深入：

检索Field：getFieldMetaData( beanClass )

1. 拿到本类所有字段Field：clazz.getDeclaredFields()
2. 把每个Field都包装成ConstrainedElement存放起来~~~
   1. 注意：此步骤完成了对每个Field上标注的注解进行了保存

检索Method：getMethodMetaData( beanClass )

1. 拿到本类所有的方法Method：clazz.getDeclaredMethods()
2. 排除掉静态方法和合成(isSynthetic)方法

3. 把每个Method都转换成一个ConstrainedExecutable装着~~(ConstrainedExecutable也是个ConstrainedElement)。在此期间它完成了如下事（方法和构造器都复杂点，因为包含入参和返回值）：
   1. 找到方法上所有的注解保存起来
   2. 处理入参、返回值（包括自动判断是作用在入参还是返回值上）

   检索Constructor：getConstructorMetaData( beanClass )

   完全同处理Method，略

   检索Type：getClassLevelConstraints( beanClass )

4. 找打标注在此类上的所有的注解，转换成ConstraintDescriptor
5. 对已经找到每个ConstraintDescriptor进行处理，最终都转换Set<MetaConstraint<?>>这个类型
   1.

6. 把Set<MetaConstraint<?>>用一个ConstrainedType包装起来（ConstrainedType是个ConstrainedElement）

==关于级联校验此处补充说明一点，处理Type，都会处理级联校验情况，并且还是递归处理：==
也就是这个方法（课件@Valid在此处生效）：

    // type解释：分如下N中情况
    // Field为：.getGenericType() // 字段的类型
    // Method为：.getGenericReturnType() // 返回值类型
    // Constructor：.getDeclaringClass() // 构造器所在类

    // annotatedElement：可不一定说一定要有注解才能进来（每个字段、方法、构造器等都能传进来）
    private CascadingMetaDataBuilder getCascadingMetaData(Type type, AnnotatedElement annotatedElement, Map<TypeVariable<?>, CascadingMetaDataBuilder> containerElementTypesCascadingMetaData) {
        return CascadingMetaDataBuilder.annotatedObject( type, annotatedElement.isAnnotationPresent( Valid.class ), containerElementTypesCascadingMetaData, getGroupConversions( annotatedElement ) );
    }

这里对我们理解级联校验最重要的一句是：annotatedElement.isAnnotationPresent(Valid.class)。也就是说：若元素被此注解标注了，那就证明需要对它进行级联校验，这就是JSR定位@Valid的作用~

Spring提升了它？？？请关注后文Spring对它的应用吧~

ConstraintValidator.isValid()调用处

我们知道，每个约束注解都是交给约束校验器ConstraintValidator.isValid()这个方法来处理的，它被调用(生效)的地方在此(唯一处)：

public abstract class ConstraintTree<A extends Annotation> {
    ...
    protected final <T, V> Set<ConstraintViolation<T>> validateSingleConstraint(ValidationContext<T> executionContext,
            ValueContext<?, ?> valueContext,
            ConstraintValidatorContextImpl constraintValidatorContext,
            ConstraintValidator<A, V> validator) {
        ...
        V validatedValue = (V) valueContext.getCurrentValidatedValue();
        isValid = validator.isValid( validatedValue, constraintValidatorContext );
        ...
        // 显然校验不通过就返回错误消息  否则返回空集合
        if ( !isValid ) {
            return executionContext.createConstraintViolations(valueContext, constraintValidatorContext);
        }
        return Collections.emptySet();
    }
    ...
}

这个方法的调用，会在执行每个Group的时候

success = metaConstraint.validateConstraint( validationContext, valueContext );

MetaConstraint在上面检索的时候就已经准备好了，最后通过ConstrainedElement.getConstraints就拿到了每个元素的校验器们，继续调用

// ConstraintTree<A>
boolean validationResult = constraintTree.validateConstraints( executionContext, valueContext );

so，最终就调用到了isValid这个真正做事的方法上了。

==说了这么多，你可能还云里雾里，那么就show一把吧：==

Demo Show

上面用一个示例校验Person这个JavaBean了，但是你会发现示例中我们全都是校验的Field属性。从理论里我们知道了Bean Validation它是有校验方法、构造器、入参甚至递归校验级联属性的能力的：

校验属性Field

略

校验Method入参、返回值

校验Constructor入参、返回值

既校验入参，同时也校验返回值

这些是不能直接使用的，需要在运行时进行校验。具体使用可参考：【小家Spring】让Controller支持对平铺参数执行数据校验（默认Spring MVC使用@Valid只能对JavaBean进行校验）

级联校验

什么叫级联校验，其实就是带校验的成员里存在级联对象时，也要对它完成校验。这个在实际应用场景中是比较常见的，比如入参Person对象中，还持有Child对象，我们不仅仅要完成Person的校验，也依旧还要对Child内的属性校验：

@Getter
@Setter
@ToString
public class Person {

    @NotNull
    private String name;
    @NotNull
    @Positive
    private Integer age;
    @Valid
    @NotNull
    private InnerChild child;

    @Getter
    @Setter
    @ToString
    public static class InnerChild {
        @NotNull
        private String name;
        @NotNull
        @Positive
        private Integer age;
    }

}

校验逻辑如下：

    public static void main(String[] args) {
        Person person = new Person();
        person.setName("fsx");
        Person.InnerChild child = new Person.InnerChild();
        child.setName("fsx-son");
        child.setAge(-1);
        person.setChild(child); // 放进去

        Validator validator = Validation.byProvider(HibernateValidator.class).configure().failFast(false)
                .buildValidatorFactory().getValidator();
        Set<ConstraintViolation<Person>> result = validator.validate(person);

        // 输出错误消息
        result.stream().map(v -> v.getPropertyPath() + " " + v.getMessage() + ": " + v.getInvalidValue())
                .forEach(System.out::println);
    }

运行：

child.age 必须是正数: -1
age 不能为null: null

对child.age这个级联属性校验成功~

总结

本文值得说是深入了解数据校验（Bean Validation）了，对于数据校验的基本使用一直都不是难事，特别是在Spring环境下使用就更简单了~

知识交流

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