API管理工具Swagger介绍及Springfox原理分析

2021-12-27 02:08:26

swagger是一个API框架，号称世界上最流行的API工具。它提供了API管理的全套解决方案，比如API在线编辑器，API UI展示界面，代码生成器等诸多功能。

如果想引入swagger进行API管理。目前 springfox 是一个很好的选择，它内部会自动解析Spring容器中Controller暴露出的接口，并且也提供了一个界面用于展示或调用这些API。下图就是简单的一个使用springfox的API展示界面。

springfox的前身是swagger-springmvc，用于springmvc与swagger的整合。

如若在springboot项目中使用springfox，需要3个步骤：

maven添加springfox依赖
启动类加上@EnableSwagger2注解
构造Docket bean用于展示API

配置完之后进入 http://{path}:{port}/swagger-ui.html 即可查看controller中的接口信息，并按照Docket中配置的规则进行展示。

springfox实现原理

在分析springfox实现原理之前，首先看下springfox对文档Documentation的定义：

文档Documentation定义得很清晰，主要由groupName(分组名)、basePath(contextPath)、apiListings(API列表集)、resourceListing(资源列表集)等属性组成。

其中API列表被封装成ApiListing。ApiListing中又持有ApiDesciption集合引用，每个ApiDesciption都持有一个API集合的引用，Operation也就是具体的接口操作，内部包含了该接口对应的http方法、produces、consumes、协议、参数集、响应消息集等诸多元素。

springfox通过spring-plugin的方式将Plugin注册到Spring上下文中，然后使用这些plugin进行API的扫描工作，这里的扫描工作其实也就是构造Documentation的工作，把扫描出的结果封装成Documentation并放入到DocumentationCache内存缓存中，之后swagger-ui界面展示的API信息通过Swagger2Controller暴露，Swagger2Controller内部直接从DocumentationCache中寻找Documentation。

下图就是部分Plugin具体构造对应的文档信息：

代码细节方面的分析：

很明显，入口处在@EnableSwagger2注解上，该注解会import一个配置类Swagger2DocumentationConfiguration。

Swagger2DocumentationConfiguration做的事情：

构造Bean。比如HandlerMapping，HandlerMapping是springmvc中用于处理请求与handler(controller中的方法)之间映射关系的接口，springboot中默认使用的HandlerMapping是RequestMappingHandlerMapping，Swagger2DocumentationConfiguration配置类里构造的是PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping，该类继承RequestMappingHandlerMapping。
import其它配置类，比如SpringfoxWebMvcConfiguration、SwaggerCommonConfiguration
扫描指定包下的类，并注册到Spring上下文中

SpringfoxWebMvcConfiguration配置类做的事情跟Swagger2DocumentationConfiguration类似，不过多了一步构造PluginRegistry过程。该过程使用@EnablePluginRegistries注解实现：

@EnablePluginRegistries({ DocumentationPlugin.class,
    ApiListingBuilderPlugin.class,
    OperationBuilderPlugin.class,
    ParameterBuilderPlugin.class,
    ExpandedParameterBuilderPlugin.class,
    ResourceGroupingStrategy.class,
    OperationModelsProviderPlugin.class,
    DefaultsProviderPlugin.class,
    PathDecorator.class,
    ApiListingScannerPlugin.class
})

@EnablePluginRegistries注解是spring-plugin模块提供的一个基于Plugin类型注册PluginRegistry实例到Spring上下文的注解。

@EnablePluginRegistries注解内部使用PluginRegistriesBeanDefinitionRegistrar注册器去获取注解的value属性(类型为Plugin接口的Class数组)；然后遍历这个Plugin数组，针对每个Plugin在Spring上下文中注册PluginRegistryFactoryBean，并设置相应的name和属性。

如果处理的Plugin有@Qualifier注解，那么这个要注册的PluginRegistryFactoryBean的name就是@Qualifier注解的value，否则name就是插件名首字母小写+Registry的格式(比如DocumentationPlugin对应构造的bean的name就是documentationPluginRegistry)。

PluginRegistriesBeanDefinitionRegistrar注册器处理过程：

@Override
public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {

   Class<?>[] types = (Class<?>[]) importingClassMetadata.getAnnotationAttributes(
         EnablePluginRegistries.class.getName()).get("value");

   for (Class<?> type : types) {

      BeanDefinitionBuilder builder = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(PluginRegistryFactoryBean.class);
      builder.addPropertyValue("type", type);

      AbstractBeanDefinition beanDefinition = builder.getBeanDefinition();
      Qualifier annotation = type.getAnnotation(Qualifier.class);

      // If the plugin interface has a Qualifier annotation, propagate that to the bean definition of the registry
      if (annotation != null) {
         AutowireCandidateQualifier qualifierMetadata = new AutowireCandidateQualifier(Qualifier.class);
         qualifierMetadata.setAttribute(AutowireCandidateQualifier.VALUE_KEY, annotation.value());
         beanDefinition.addQualifier(qualifierMetadata);
      }

      // Default
      String beanName = annotation == null ? StringUtils.uncapitalize(type.getSimpleName() + "Registry") : annotation
            .value();
      registry.registerBeanDefinition(beanName, builder.getBeanDefinition());
   }
}

PluginRegistryFactoryBean是一个FactoryBean，其内部真正构造的bean的类型是OrderAwarePluginRegistry。OrderAwarePluginRegistry实例化过程中会调用create静态方法，传入的plugin集合使用aop代理生成一个ArrayList，这个list中的元素就是Spring上下文中所有的类型为之前遍历的Plugin的bean。
PluginRegistryFactoryBean的getObject方法：

public OrderAwarePluginRegistry<T, S> getObject() {
   return OrderAwarePluginRegistry.create(getBeans());
}

protected List<T> getBeans() {
   ProxyFactory factory = new ProxyFactory(List.class, targetSource);
   return (List<T>) factory.getProxy();
}

这里的targetSource是在PluginRegistryFactoryBean的父类AbstractTypeAwareSupport(实现了InitializingBean接口)中的afterPropertiesSet方法中初始化的(type属性在PluginRegistriesBeanDefinitionRegistrar注册器中已经设置为遍历的Plugin)：

public void afterPropertiesSet() {
   this.targetSource = new BeansOfTypeTargetSource(context, type, false, exclusions);
}

BeansOfTypeTargetSource的getTarget方法：

public synchronized Object getTarget() throws Exception {
   Collection<Object> components = this.components == null ? getBeansOfTypeExcept(type, exclusions)
         : this.components;

   if (frozen && this.components == null) {
      this.components = components;
   }

   return new ArrayList(components);
}

private Collection<Object> getBeansOfTypeExcept(Class<?> type, Collection<Class<?>> exceptions) {
  List<Object> result = new ArrayList<Object>();

  for (String beanName : context.getBeanNamesForType(type, false, eagerInit)) {
    if (exceptions.contains(context.getType(beanName))) {
      continue;
    }
    result.add(context.getBean(beanName));
  }

  return result;
}

举个例子：比如SpringfoxWebMvcConfiguration中的@EnablePluginRegistries注解里的DocumentationPlugin这个Plugin，在处理过程中会找出Spring上下文中所有的Docket(Docket实现了DocumentationPlugin接口)，并把该集合设置成name为documentationPluginRegistry、类型为OrderAwarePluginRegistry的bean，注册到Spring上下文中。

DocumentationPluginsManager类会在之前提到过的配置类中被扫描出来，它内部的各个pluginRegistry属性都是@EnablePluginRegistries注解内部构造的各种pluginRegistry实例：

@Component
public class DocumentationPluginsManager {
  @Autowired
  @Qualifier("documentationPluginRegistry")
  private PluginRegistry<DocumentationPlugin, DocumentationType> documentationPlugins;
  @Autowired
  @Qualifier("apiListingBuilderPluginRegistry")
  private PluginRegistry<ApiListingBuilderPlugin, DocumentationType> apiListingPlugins;
  @Autowired
  @Qualifier("parameterBuilderPluginRegistry")
  private PluginRegistry<ParameterBuilderPlugin, DocumentationType> parameterPlugins;
  ...
}

DocumentationPluginsBootstrapper启动类也会在之前提供的配置类中被扫描出来。它实现了SmartLifecycle接口，在start方法中，会获取之前初始化的所有documentationPlugins(也就是Spring上下文中的所有Docket)。遍历这些Docket并进行scan扫描(使用RequestMappingHandlerMapping的getHandlerMethods方法获取url与方法的所有映射关系，然后进行一系列API解析操作)，扫描出来的结果封装成Documentation并添加到DocumentationCache中：

@Override
public void start() {
  if (initialized.compareAndSet(false, true)) {
    log.info("Context refreshed");
    List<DocumentationPlugin> plugins = pluginOrdering()
        .sortedCopy(documentationPluginsManager.documentationPlugins());
    log.info("Found {} custom documentation plugin(s)", plugins.size());
    for (DocumentationPlugin each : plugins) {
      DocumentationType documentationType = each.getDocumentationType();
      if (each.isEnabled()) {
        scanDocumentation(buildContext(each));
      } else {
        log.info("Skipping initializing disabled plugin bean {} v{}",
            documentationType.getName(), documentationType.getVersion());
      }
    }
  }
}

以上就是API解析、扫描的大致处理过程，整理如下：

下面分析一下HandlerMapping的处理过程。

PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping在Swagger2DocumentationConfiguration配置类中被构造：

@Bean
public HandlerMapping swagger2ControllerMapping(
    Environment environment,
    DocumentationCache documentationCache,
    ServiceModelToSwagger2Mapper mapper,
    JsonSerializer jsonSerializer) {
  return new PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping(
      environment,
      new Swagger2Controller(environment, documentationCache, mapper, jsonSerializer));
}

PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping初始化过程中会设置优先级为Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE + 1000，同时还会根据Swagger2Controller得到RequestMappingInfo映射信息，并设置到handlerMethods属性中。

PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping复写了lookupHandlerMethod方法，首先会去handlerMethods属性中查询是否存在对应的映射关系，没找到的话使用下一个HandlerMapping进行处理：

@Override
protected HandlerMethod lookupHandlerMethod(String urlPath, HttpServletRequest request) throws Exception {
  logger.debug("looking up handler for path: " + urlPath);
  HandlerMethod handlerMethod = handlerMethods.get(urlPath);
  if (handlerMethod != null) {
    return handlerMethod;
  }
  for (String path : handlerMethods.keySet()) {
    UriTemplate template = new UriTemplate(path);
    if (template.matches(urlPath)) {
      request.setAttribute(
          HandlerMapping.URI_TEMPLATE_VARIABLES_ATTRIBUTE,
          template.match(urlPath));
      return handlerMethods.get(path);
    }
  }
  return null;
}

Swagger2Controller中只有一个mapping方法，默认的path值为/v2/api-docs，可以通过配置 springfox.documentation.swagger.v2.path 进行修改。所以默认情况下 /v2/api-docs?group=person-api、/v2/api-docs?group=user-api 这些地址都会被Swagger2Controller所处理。

Swagger2Controller内部获取文档信息会去DocumentationCache中查找：

@RequestMapping(
    value = DEFAULT_URL,
    method = RequestMethod.GET,
    produces = { APPLICATION_JSON_VALUE, HAL_MEDIA_TYPE })
@PropertySourcedMapping(
    value = "${springfox.documentation.swagger.v2.path}",
    propertyKey = "springfox.documentation.swagger.v2.path")
@ResponseBody
public ResponseEntity<Json> getDocumentation(
    @RequestParam(value = "group", required = false) String swaggerGroup,
    HttpServletRequest servletRequest) {

  String groupName = Optional.fromNullable(swaggerGroup).or(Docket.DEFAULT_GROUP_NAME);
  Documentation documentation = documentationCache.documentationByGroup(groupName);
  if (documentation == null) {
    return new ResponseEntity<Json>(HttpStatus.NOT_FOUND);
  }
  Swagger swagger = mapper.mapDocumentation(documentation);
  UriComponents uriComponents = componentsFrom(servletRequest, swagger.getBasePath());
  swagger.basePath(Strings.isNullOrEmpty(uriComponents.getPath()) ? "/" : uriComponents.getPath());
  if (isNullOrEmpty(swagger.getHost())) {
    swagger.host(hostName(uriComponents));
  }
  return new ResponseEntity<Json>(jsonSerializer.toJson(swagger), HttpStatus.OK);
}

引入springfox带来的影响

影响主要有2点：

应用启动速度变慢，因为额外加载了springfox中的信息，同时内存中也缓存了这些API信息
多了一个HandlerMapping，并且优先级高。以下是springboot应用DispatcherServlet的HandlerMapping集合。其中springfox构造的PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping优先级最高。优先级最高说明第一次查询映射关系都是走PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping，而程序中大部分请求都是在RequestMappingHandlerMapping中处理的

优先级问题可以使用BeanPostProcessor处理，修改优先级：

@Override
public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
    if(beanName.equals("swagger2ControllerMapping")) {
        ((PropertySourcedRequestMappingHandlerMapping) bean).setOrder(Ordered.LOWEST_PRECEDENCE - 1000);
    }
    return bean;
}

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引入springfox带来的影响

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