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learn.lianglianglee.com/专栏/深入剖析 MyBatis 核心原理-完/06 日志框架千千万，MyBatis 都能兼容的秘密是什么？.md.html
周伟 48163c6373 y
2022-05-11 18:52:13 +08:00

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<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>06 日志框架千千万，MyBatis 都能兼容的秘密是什么？</h1>
<p>Apache Commons Logging、Log4j、Log4j2、java.util.logging 等是 Java 开发中常用的几款日志框架，这些日志框架来源于不同的开源组织，给用户暴露的接口也有很多不同之处，所以很多开源框架会自己定义一套统一的日志接口，兼容上述第三方日志框架，供上层使用。</p>
<p>一般实现的方式是使用<strong>适配器模式，将各个第三方日志框架接口转换为框架内部自定义的日志接口</strong>。MyBatis 也提供了类似的实现。</p>
<h3>适配器模式</h3>
<p>适配器模式主要解决的是<strong>由于接口不能兼容而导致类无法使用的问题，这在处理遗留代码以及集成第三方框架的时候用得比较多</strong>。其核心原理是：<strong>通过组合的方式，将需要适配的类转换成使用者能够使用的接口</strong>。</p>
<p>适配器模式的类图如下所示：</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAfYoOAKO6lAAEyIgsMVKA161.png" alt="2.png" /></p>
<p>适配器模式类图</p>
<p>在该类图中，你可以看到适配器模式涉及的三个核心角色。</p>
<ul>
<li><strong>目标接口（Target）</strong>：使用者能够直接使用的接口。以处理遗留代码为例，Target 就是最新定义的业务接口。</li>
<li><strong>需要适配的类/要使用的实现类（Adaptee）</strong>：定义了真正要执行的业务逻辑，但是其接口不能被使用者直接使用。这里依然以处理遗留代码为例，Adaptee 就是遗留业务实现，由于编写 Adaptee 的时候还没有定义 Target 接口，所以 Adaptee 无法实现 Target 接口。</li>
<li><strong>适配器（Adapter）</strong>：在实现 Target 接口的同时，维护了一个指向 Adaptee 对象的引用。Adapter 底层会依赖 Adaptee 的逻辑来实现 Target 接口的功能，这样就能够复用 Adaptee 类中的遗留逻辑来完成业务。</li>
</ul>
<p>适配器模式带来的最大好处就是<strong>复用已有的逻辑</strong>，避免直接去修改 Adaptee 实现的接口，这符合开放-封闭原则（也就是程序要对扩展开放、对修改关闭）。</p>
<p>MyBatis 使用的日志接口是自己定义的 Log 接口，但是 Apache Commons Logging、Log4j、Log4j2 等日志框架提供给用户的都是自己的 Logger 接口。为了统一这些第三方日志框架，<strong>MyBatis 使用适配器模式添加了针对不同日志框架的 Adapter 实现</strong>，使得第三方日志框架的 Logger 接口转换成 MyBatis 中的 Log 接口，从而实现集成第三方日志框架打印日志的功能。</p>
<h3>日志模块</h3>
<p><strong>MyBatis 自定义的 Log 接口位于 org.apache.ibatis.logging 包中，相关的适配器也位于该包中</strong>，下面我们就来看看该模块的具体实现。</p>
<p>首先是 LogFactory 工厂类，它负责创建 Log 对象。这些 Log 接口的实现类中，就包含了多种第三方日志框架的适配器，如下图所示：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAfYo6AbKZWAAKqpRwXpuA169.png" alt="3.png" /></p>
<p>Log 接口继承关系图</p>
<p>在 LogFactory 类中有<a href="https://github.com/xxxlxy2008/mybatis/blob/master/src/main/java/org/apache/ibatis/logging/LogFactory.java#L31-L43">一段静态代码块</a>，其中会依次加载各个第三方日志框架的适配器。在静态代码块执行的 tryImplementation() 方法中，首先会检测 logConstructor 字段是否为空，如果不为空，则表示已经成功确定当前使用的日志框架，直接返回；如果为空，则在当前线程中执行传入的 Runnable.run() 方法，尝试确定当前使用的日志框架。</p>
<p>以 JDK Logging 的加载流程（useJdkLogging() 方法）为例，其具体代码实现和注释如下：</p>
<pre><code>public static synchronized void useJdkLogging() {
setImplementation(org.apache.ibatis.logging.jdk14.Jdk14LoggingImpl.class);
}
private static void setImplementation(Class&lt;? extends Log&gt; implClass) {
try {
// 获取implClass这个适配器的构造方法
Constructor&lt;? extends Log&gt; candidate = implClass.getConstructor(String.class);
// 尝试加载implClass这个适配器，加载失败会抛出异常
Log log = candidate.newInstance(LogFactory.class.getName());
// 加载成功，则更新logConstructor字段，记录适配器的构造方法
logConstructor = candidate;
} catch (Throwable t) {
throw new LogException(&quot;Error setting Log implementation. Cause: &quot; + t, t);
}
}
</code></pre>
<p>下面我们以 Jdk14LoggingImpl 为例介绍一下 MyBatis Log 接口的实现。</p>
<p>Jdk14LoggingImpl 作为 Java Logging 的适配器，在实现 MyBatis Log 接口的同时，在内部还封装了一个 java.util.logging.Logger 对象（这是 JDK 提供的日志框架），如下图所示：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAeM0WAMQPTAABNRPFy7R0954.png" alt="Drawing 2.png" /></p>
<p>Jdk14LoggingImpl 继承关系图</p>
<p>Jdk14LoggingImpl 对 Log 接口的实现也比较简单，其中会将日志输出操作委托给底层封装的java.util.logging.Logger 对象的相应方法，这与前文介绍的典型适配器模式的实现完全一致。Jdk14LoggingImpl 中的核心实现以及注释如下：</p>
<pre><code>public class Jdk14LoggingImpl implements Log {
// 指向一个java.util.logging.Logger对象
private final Logger log;
public Jdk14LoggingImpl(String clazz) {
// 初始化log字段
log = Logger.getLogger(clazz);
}
@Override
public void error(String s, Throwable e) {
// 全部调用依赖java.util.logging.Logger对象进行实现
log.log(Level.SEVERE, s, e);
}
// 省略其他级别的日志输出方法
}
</code></pre>
<p>在 MyBatis 的 org.apache.ibatis.logging 包下面，除了集成三方日志框架的适配器实现之外，还有一个 jdbc 包，这个包的功能不是将日志写入数据库中，而是将数据库操作涉及的信息通过指定的 Log 打印到日志文件中。我们可以通过这个包，将执行的 SQL 语句、SQL 绑定的参数、SQL 执行之后影响的行数等信息，统统打印到日志中，这个功能主要是在测试环境进行调试的时候使用，很少在线上开启，因为这会产生非常多的日志，拖慢系统性能。</p>
<h3>代理模式</h3>
<p>在后面即将介绍的 org.apache.ibatis.logging.jdbc 包中，使用到了 JDK 动态代理的相关知识，所以这里我们就先来介绍一下经典的静态代理模式，以及 JDK 提供的动态代理。</p>
<h4>1. 静态代理模式</h4>
<p>经典的静态代理模式，其类图如下所示：</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAfYrOAWv7JAAD2hkpzuWw664.png" alt="4.png" /></p>
<p>代理模式类图</p>
<p>从该类图中，你可以看到与代理模式相关的三个核心角色。</p>
<ul>
<li><strong>Subject</strong>：程序中的业务接口，定义了相关的业务方法。</li>
<li><strong>RealSubject</strong>：实现了 Subject 接口的业务实现类，其实现中完成了真正的业务逻辑。</li>
<li><strong>Proxy</strong>：代理类，实现了 Subject 接口，其中会持有一个 Subject 类型的字段，指向一个 RealSubject 对象。</li>
</ul>
<p>在使用的时候，会将 RealSubject 对象封装到 Proxy 对象中，然后访问 Proxy 的相关方法，而不是直接访问 RealSubject 对象。在 Proxy 的方法实现中，不仅会调用 RealSubject 对象的相应方法完成业务逻辑，还会在 RealSubject 方法执行前后进行预处理和后置处理。</p>
<p>通过对代理模式的描述可知，<strong>Proxy 能够控制使用方对 RealSubject 对象的访问，或是在执行业务逻辑之前执行统一的预处理逻辑，在执行业务逻辑之后执行统一的后置处理逻辑</strong>。</p>
<p><strong>代理模式除了实现访问控制以外，还能用于实现延迟加载</strong>。例如，查询数据库涉及网络 I/O 和磁盘 I/O，会是一个比较耗时的操作，有些时候从数据库加载到内存的数据，也并非系统真正会使用到的数据，所以就有了延迟加载这种优化操作。</p>
<p>延迟加载可以有效地避免数据库资源的浪费，其主要原理是：用户在访问数据库时，会立刻拿到一个代理对象，此时并没有执行任何 SQL 到数据库中查询数据，代理对象中自然也不会包含任何真正的有效数据；当用户真正需要使用数据时，会访问代理对象，此时会由代理对象去执行 SQL，完成数据库的查询。MyBatis 也提供了延迟加载功能，原理大同小异，具体的实现方式也是通过代理实现的。</p>
<p>针对每个 RealSubject 类，都需要创建一个 Proxy 代理类，当 RealSubject 这种需要被代理的类变得很多的时候，相应地就需要定义大量的 Proxy 类，这也是经典代理模式面临的一个问题。JDK 动态代理可以有效地解决这个问题，所以接下来我们就来一起分析 JDK 动态代理的核心原理。</p>
<h4>2. JDK 动态代理</h4>
<p><strong>JDK 动态代理的核心是 InvocationHandler 接口</strong>。这里我先给出了一个 InvocationHandler 的示例实现，如下所示：</p>
<pre><code>public class DemoInvokerHandler implements InvocationHandler {
private Object target; // 真正的业务对象，也就是RealSubject对象
// DemoInvokerHandler构造方法
public DemoInvokerHandler(Object target) {
this.target = target;
}
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable {
... // 在执行业务逻辑之前的预处理逻辑
Object result = method.invoke(target, args);
... // 在执行业务逻辑之后的后置处理逻辑
return result;
}
public Object getProxy() {
// 创建代理对象
return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread()
.getContextClassLoader(),
target.getClass().getInterfaces(), this);
}
}
</code></pre>
<p>接下来，我们可以创建一个 main() 方法来模拟使用方创建并使用 DemoInvokerHandler 动态生成代理对象，示例代码如下：</p>
<pre><code>public class Main {
public static void main(String[] args) {
Subject subject = new RealSubject();
DemoInvokerHandler invokerHandler =
new DemoInvokerHandler(subject);
// 获取代理对象
Subject proxy = (Subject) invokerHandler.getProxy();
// 调用代理对象的方法，它会调用DemoInvokerHandler.invoke()方法
proxy.operation();
}
}
</code></pre>
<p>现在假设有多个业务逻辑类，需要相同的预处理逻辑和后置处理逻辑，那么只需要提供一个 InvocationHandler 接口实现类即可。<strong>在程序运行过程中，JDK 动态代理会为每个业务类动态生成相应的代理类实现</strong>，并加载到 JVM 中，然后创建对应的代理实例对象。</p>
<p>下面我们就接着来深入分析一下 JDK 动态代理底层动态创建代理类的原理。不同 JDK 版本 Proxy 类的实现会有些许差异，但总体的核心思路基本一致，这里我们就以 JDK 1.8.0 版本为例进行说明。</p>
<p>首先，从前面的示例代码中可以看出，JDK 动态代理的入口方法是 Proxy.newProxyInstance()，这个静态方法有以下三个参数。</p>
<ul>
<li>loader（ClassLoader 类型）：加载动态生成的代理类的类加载器。</li>
<li>interfaces（Class[] 类型）：业务类实现的接口。</li>
<li>h（InvocationHandler 类型）：自定义的 InvocationHandler 对象。</li>
</ul>
<p>下面进入 Proxy.newProxyInstance() 方法，查看其具体实现如下：</p>
<pre><code>public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
Class[] interfaces, InvocationHandler h)
throws IllegalArgumentException {
final Class&lt;?&gt;[] intfs = interfaces.clone();
... // 省略权限检查等代码
Class&lt;?&gt; cl = getProxyClass0(loader, intfs); // 获取代理类
... // 省略try/catch代码块和相关异常处理
// 获取代理类的构造方法
final Constructor&lt;?&gt; cons = cl.getConstructor(constructorParams);
final InvocationHandler ih = h;
return cons.newInstance(new Object[]{h}); // 创建代理对象
}
</code></pre>
<p>从 newProxyInstance() 方法的具体实现代码中我们可以看到，JDK 动态代理是在 getProxyClass0() 方法中完成代理类的生成和加载。getProxyClass0() 方法的具体实现如下：</p>
<pre><code>private static Class getProxyClass0 (ClassLoader loader,
Class... interfaces) {
// 边界检查，限制接口数量（略）
// 如果指定的类加载器中已经创建了实现指定接口的代理类，则查找缓存；
// 否则通过ProxyClassFactory创建实现指定接口的代理类
return proxyClassCache.get(loader, interfaces);
}
</code></pre>
<p>proxyClassCache 是定义在 Proxy 类中一个静态字段，它是 WeakCache 类型的集合，用于缓存已经创建过的代理类，具体定义如下：</p>
<pre><code>private static final WeakCache&lt;ClassLoader, Class&lt;?&gt;[], Class&lt;?&gt;&gt; proxyClassCache
= new WeakCache&lt;&gt;(new KeyFactory(),
new ProxyClassFactory());
</code></pre>
<p>WeakCache.get() 方法会首先尝试从缓存中查找代理类，如果查找失败，则会创建相应的 Factory 对象并调用其 get() 方法获取代理类。Factory 是 WeakCache 中的内部类，在 Factory.get() 方法中会通过 ProxyClassFactory.apply() 方法创建并加载代理类。</p>
<p>在 ProxyClassFactory.apply() 方法中，首先会检测代理类需要实现的接口集合，然后确定代理类的名称，之后创建代理类并将其写入文件中，最后加载代理类，返回对应的 Class 对象用于后续的实例化代理类对象。该方法的具体实现如下：</p>
<pre><code>public Class apply(ClassLoader loader, Class[] interfaces) {
// ... 对interfaces集合进行一系列检测（略）
// ... 选择定义代理类的包名（略）
// 代理类的名称是通过包名、代理类名称前缀以及编号这三项组成的
long num = nextUniqueNumber.getAndIncrement();
String proxyName = proxyPkg + proxyClassNamePrefix + num;
// 生成代理类，并写入文件
byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(
proxyName, interfaces, accessFlags);
// 加载代理类，并返回Class对象
return defineClass0(loader, proxyName, proxyClassFile, 0,
proxyClassFile.length);
}
</code></pre>
<p>ProxyGenerator.generateProxyClass() 方法会按照指定的名称和接口集合生成代理类的字节码，并根据条件决定是否保存到磁盘上。该方法的具体代码如下：</p>
<pre><code>public static byte[] generateProxyClass(final String name,
Class[] interfaces) {
ProxyGenerator gen = new ProxyGenerator(name, interfaces);
// 动态生成代理类的字节码，具体生成过程不再详细介绍
final byte[] classFile = gen.generateClassFile();
// 如果saveGeneratedFiles值为true，会将生成的代理类的字节码保存到文件中
if (saveGeneratedFiles) {
java.security.AccessController.doPrivileged(
new java.security.PrivilegedAction() {
public Void run() {
// 省略try/catch代码块
FileOutputStream file = new FileOutputStream(
dotToSlash(name) + &quot;.class&quot;);
file.write(classFile);
file.close();
return null;
}
}
);
}
return classFile; // 返回上面生成的代理类的字节码
}
</code></pre>
<p>最后，为了清晰地看到 JDK 动态生成的代理类的真正代码，我们需要将上述生成的代理类的字节码进行反编译。上述示例为 RealSubject 生成的代理类，反编译后得到的代码如下：</p>
<pre><code>public final class $Proxy143
extends Proxy implements Subject { // 实现了Subject接口
// 这里省略了从Object类继承下来的相关方法和属性
private static Method m3;
static {
// 省略了try/catch代码块
// 记录了operation()方法对应的Method对象
m3 = Class.forName(&quot;design.proxy.Subject&quot;)
.getMethod(&quot;operation&quot;, new Class[0]);
}
// 构造方法的参数就是我们在示例中使用的DemoInvokerHandler对象
public $Proxy11(InvocationHandler var1) throws {
super(var1);
}
public final void operation() throws {
// 省略了try/catch代码块
// 调用DemoInvokerHandler对象的invoke()方法
// 最终调用RealSubject对象的对应方法
super.h.invoke(this, m3, (Object[]) null);
}
}
</code></pre>
<p>到此为止，JDK 动态代理的基本使用以及核心原理就分析完了。这里我做一个简单的总结，JDK 动态代理的实现原理是：<strong>动态创建代理类，然后通过指定类加载器进行加载</strong>。在创建代理对象时，需要将 InvocationHandler 对象作为构造参数传入；当调用代理对象时，会调用 InvocationHandler.invoke() 方法，从而执行代理逻辑，最终调用真正业务对象的相应方法。</p>
<h3>JDBC Logger</h3>
<p>了解了代理模式以及 JDK 动态代理的基础知识之后，下面我们开始分析 org.apache.ibatis.logging.jdbc 包中的内容。</p>
<p>首先来看其中<strong>最基础的抽象类—— BaseJdbcLogger，它是 jdbc 包下其他 Logger 类的父类</strong>，继承关系如下图所示：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAfYsuAc9WjAAFm7izVaMI477.png" alt="1.png" /></p>
<p>BaseJdbcLogger 继承关系图</p>
<p>在 BaseJdbcLogger 这个抽象类中，定义了 SET_METHODS 和 EXECUTE_METHODS 两个 Set 类型的集合。其中，SET_METHODS 用于记录绑定 SQL 参数涉及的全部 set*() 方法名称，例如 setString() 方法、setInt() 方法等。EXECUTE_METHODS 用于记录执行 SQL 语句涉及的所有方法名称，例如 execute() 方法、executeUpdate() 方法、executeQuery() 方法、addBatch() 方法等。这两个集合都是在 BaseJdbcLogger 的静态代码块中被填充的。</p>
<p>从上面的 BaseJdbcLogger 继承关系图中可以看到，BaseJdbcLogger 的子类同时会实现 InvocationHandler 接口。</p>
<p>我们先来看其中的 ConnectionLogger 实现，其底层维护了一个 Connection 对象的引用，在<a href="https://github.com/xxxlxy2008/mybatis/blob/master/src/main/java/org/apache/ibatis/logging/jdbc/ConnectionLogger.java#L84-L90">ConnectionLogger.newInstance() 方法</a>中会使用 JDK 动态代理的方式为这个 Connection 对象创建相应的代理对象。</p>
<p>invoke() 方法是代理对象的核心方法，在该方法中，ConnectionLogger 会为 prepareStatement()、prepareCall()、createStatement() 三个方法添加代理逻辑。下面来看 invoke() 方法的具体实现，具体代码以及注释如下：</p>
<pre><code>public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] params)
throws Throwable {
try {
if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
// 如果调用的是从Object继承的方法，则直接调用，不做任何拦截
return method.invoke(this, params);
}
// 调用prepareStatement()方法、prepareCall()方法的时候，
// 会在创建PreparedStatement对象之后，用PreparedStatementLogger为其创建代理对象
if (&quot;prepareStatement&quot;.equals(method.getName()) || &quot;prepareCall&quot;.equals(method.getName())) {
if (isDebugEnabled()) {
// 通过statementLog这个Log输出日志
debug(&quot; Preparing: &quot; + removeExtraWhitespace((String) params[0]), true);
}
PreparedStatement stmt = (PreparedStatement) method.invoke(connection, params);
stmt = PreparedStatementLogger.newInstance(stmt, statementLog, queryStack);
return stmt;
} else if (&quot;createStatement&quot;.equals(method.getName())) {
// 调用createStatement()方法的时候，
// 会在创建Statement对象之后，用StatementLogger为其创建代理对象
Statement stmt = (Statement) method.invoke(connection, params);
stmt = StatementLogger.newInstance(stmt, statementLog, queryStack);
return stmt;
} else {
// 除了上述三个方法之外，其他方法的调用将直接传递给底层Connection对象的相应方法处理
return method.invoke(connection, params);
}
} catch (Throwable t) {
throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(t);
}
}
</code></pre>
<p>下面我们来看 PreparedStatementLogger，在其 invoke() 方法中调用了 SET_METHODS 集合中的方法、EXECUTE_METHODS 集合中的方法或 getResultSet() 方法时，会添加相应的代理逻辑。StatementLogger 中的 Invoke() 方法实现与之类似，这里就不再赘述。</p>
<p>最后我们再看下 ResultSetLogger 对 InvocationHandler 接口的实现，其中会针对 ResultSet.next() 方法进行后置处理，主要是打印结果集中每一行数据以及统计结果集总行数等信息，具体实现和注释如下：</p>
<pre><code>public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] params) throws Throwable {
try {
if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
// 如果调用Object的方法，则直接调用，不做任何其他处理
return method.invoke(this, params);
}
Object o = method.invoke(rs, params);
// 针对ResultSet.next()方法进行后置处理
if (&quot;next&quot;.equals(method.getName())) {
if ((Boolean) o) { // 检测next()方法的返回值，确定是否还存在下一行数据
rows++; // 记录ResultSet中的行数
if (isTraceEnabled()) {
// 获取数据集的列元数据
ResultSetMetaData rsmd = rs.getMetaData();
// 获取数据集的列数
final int columnCount = rsmd.getColumnCount();
if (first) { // 如果是数据集的第一行数据，会输出表头信息
first = false;
// 这里除了输出表头，还会记录BLOB等超大类型的列名
printColumnHeaders(rsmd, columnCount);
}
// 输出当前遍历的这行记录，这里会过滤掉超大类型列的数据，不进行输出
printColumnValues(columnCount);
}
} else { // 完成结果集的遍历之后，这里会在日志中输出总行数
debug(&quot; Total: &quot; + rows, false);
}
}
clearColumnInfo(); // 清空column*集合
return o;
} catch (Throwable t) {
throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(t);
}
}
</code></pre>
<h3>总结</h3>
<p>在这一讲中，我们主要介绍的是 MyBatis 基础模块中的日志模块。</p>
<ul>
<li>首先，介绍了适配器模式的核心知识点，这也是日志模块底层的设计思想。</li>
<li>然后，说明了日志模块是如何基于适配器模式集成多种三方日志框架的。</li>
<li>接下来，详细讲解了静态代理模式以及 JDK 动态代理的实现原理。</li>
<li>最后，深入分析了 JDBC Logger 是如何基于 JDK 动态代理实现日志功能的。</li>
</ul>
</div>
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