1.统一响应结构
使用REST框架实现前后端分离架构，我们需要首先确定返回的JSON响应结构是统一的，也就是说，每个REST请求将返回相同结构的JSON响应结构。
一个相对通用的JSON响应结构，其中包含两部分：元数据与返回值，其中，元数据表示操作是否成功与返回值消息等，返回值对应服务端方法所返回的数据。
该JSON响应结构如下：
{
"meta": {
"success": true,
"message": "ok"
},
"data": ...
}public class Response {
private static final String OK = "ok";
private static final String ERROR = "error";
private Meta meta;
private Object data;
public Response success() {
this.meta = new Meta(true, OK);
return this;
}
public Response success(Object data) {
this.meta = new Meta(true, OK);
this.data = data;
return this;
}
public Response failure() {
this.meta = new Meta(false, ERROR);
return this;
}
public Response failure(String message) {
this.meta = new Meta(false, message);
return this;
}
public Meta getMeta() {
return meta;
}
public Object getData() {
return data;
}
public class Meta {
private boolean success;
private String message;
public Meta(boolean success) {
this.success = success;
}
public Meta(boolean success, String message) {
this.success = success;
this.message = message;
}
public boolean isSuccess() {
return success;
}
public String getMessage() {
return message;
}
}
}
实现该REST框架需要考虑许多问题，首当其冲的就是对象序列化问题。
2 实现对象序列化
想要解释什么是对象序列化？不妨通过一些例子进行说明。比如，通过浏览器发送了一个普通的HTTP请求，该请求携带了一个JSON格式的参数，在服务端需要将该JSON参数转换为普通的Java对象，这个转换过程称为序列化。再比如，在服务端获取了数据，此时该数据是一个普通的Java对象，然后需要将这个Java对象转换为JSON字符串，并将其返回到浏览器中进行渲染，这个转换过程称为反序列化。不管是序列化还是反序列化，我们一般都称为序列化。
实际上，Spring MVC已经为我们提供了这类序列化特性，只需在Controller的方法参数中使用@RequestBody注解定义需要反序列化的参数即可，如以下代码片段：
@Controller
public class AdvertiserController {
@RequestMapping(value = "/advertiser", method = RequestMethod.POST)
public Response createAdvertiser(@RequestBody AdvertiserParam advertiserParam) {
...
}
} 若需要对Controller的方法返回值进行序列化，则需要在该返回值上使用@ResponseBody注解来定义，如以下代码片段：
- @Controller
- public class AdvertiserController {
- @RequestMapping(value = "/advertiser/{id}", method = RequestMethod.GET)
- public @ResponseBody Response getAdvertiser(@PathVariable("id") String advertiserId) {
- ...
- }
- }
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Controller
@ResponseBody
public @interface RestController {
String value() default "";
} 可见，@RestController注解已经被@Controller与@ResponseBody注解定义过了，Spring框架会识别这类注解。需要注意的是，该特性在Spring 4.0中才引入。
因此，我们可将以上代码进行如下改写：
@RestController
public class AdvertiserController {
@RequestMapping(value = "/advertiser", method = RequestMethod.POST)
public Response createAdvertiser(@RequestBody AdvertiserParam advertiserParam) {
...
}
@RequestMapping(value = "/advertiser/{id}", method = RequestMethod.GET)
public Response getAdvertiser(@PathVariable("id") String advertiserId) {
...
}
} <mvc:annotation-driven>
<mvc:message-converters>
<bean class="org.springframework.http.converter.json.MappingJackson2HttpMessageConverter"/>
</mvc:message-converters>
</mvc:annotation-driven> 若需要对Jackson的序列化行为进行定制，比如，排除值为空属性、进行缩进输出、将驼峰转为下划线、进行日期格式化等，这又如何实现呢？
首先，我们需要扩展Jackson提供的ObjectMapper类，代码如下：
public class CustomObjectMapper extends ObjectMapper {
private boolean camelCaseToLowerCaseWithUnderscores = false;
private String dateFormatPattern;
public void setCamelCaseToLowerCaseWithUnderscores(boolean camelCaseToLowerCaseWithUnderscores) {
this.camelCaseToLowerCaseWithUnderscores = camelCaseToLowerCaseWithUnderscores;
}
public void setDateFormatPattern(String dateFormatPattern) {
this.dateFormatPattern = dateFormatPattern;
}
public void init() {
// 排除值为空属性
setSerializationInclusion(JsonInclude.Include.NON_NULL);
// 进行缩进输出
configure(SerializationFeature.INDENT_OUTPUT, true);
// 将驼峰转为下划线
if (camelCaseToLowerCaseWithUnderscores) {
setPropertyNamingStrategy(PropertyNamingStrategy.CAMEL_CASE_TO_LOWER_CASE_WITH_UNDERSCORES);
}
// 进行日期格式化
if (StringUtil.isNotEmpty(dateFormatPattern)) {
DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat(dateFormatPattern);
setDateFormat(dateFormat);
}
}
} 然后，将CustomObjectMapper注入到MappingJackson2HttpMessageConverter中，Spring配置如下
<bean id="objectMapper" class="com.xxx.api.json.CustomObjectMapper" init-method="init">
<property name="camelCaseToLowerCaseWithUnderscores" value="true"/>
<property name="dateFormatPattern" value="yyyy-MM-dd HH:mm:ss"/>
</bean>
<mvc:annotation-driven>
<mvc:message-converters>
<bean class="org.springframework.http.converter.json.MappingJackson2HttpMessageConverter">
<property name="objectMapper" ref="objectMapper"/>
</bean>
</mvc:message-converters>
</mvc:annotation-driven>
3 处理异常行为
在Spring MVC中，我们可以使用AOP技术，编写一个全局的异常处理切面类，用它来统一处理所有的异常行为，在Spring
3.2中才开始提供。使用法很简单，只需定义一个类，并通过@ControllerAdvice注解将其标注即可，同时需要使用@ResponseBody注解表示返回值可序列化为JSON字符串。代码如下：
@ControllerAdvice
@ResponseBody
public class ExceptionAdvice {
/**
* 400 - Bad Request
*/
@ResponseStatus(HttpStatus.BAD_REQUEST)
@ExceptionHandler(HttpMessageNotReadableException.class)
public Response handleHttpMessageNotReadableException(HttpMessageNotReadableException e) {
logger.error("参数解析失败", e);
return new Response().failure("could_not_read_json");
}
/**
* 405 - Method Not Allowed
*/
@ResponseStatus(HttpStatus.METHOD_NOT_ALLOWED)
@ExceptionHandler(HttpRequestMethodNotSupportedException.class)
public Response handleHttpRequestMethodNotSupportedException(HttpRequestMethodNotSupportedException e) {
logger.error("不支持当前请求方法", e);
return new Response().failure("request_method_not_supported");
}
/**
* 415 - Unsupported Media Type
*/
@ResponseStatus(HttpStatus.UNSUPPORTED_MEDIA_TYPE)
@ExceptionHandler(HttpMediaTypeNotSupportedException.class)
public Response handleHttpMediaTypeNotSupportedException(Exception e) {
logger.error("不支持当前媒体类型", e);
return new Response().failure("content_type_not_supported");
}
/**
* 500 - Internal Server Error
*/
@ResponseStatus(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
@ExceptionHandler(Exception.class)
public Response handleException(Exception e) {
logger.error("服务运行异常", e);
return new Response().failure(e.getMessage());
}
} 可见，在ExceptionAdvice类中包含一系列的异常处理方法，每个方法都通过@ResponseStatus注解定义了响应状态码，此外还通过@ExceptionHandler注解指定了具体需要拦截的异常类。以上过程只是包含了一部分的异常情况，若需处理其它异常，可添加方法具体的方法。需要注意的是，在运行时从上往下依次调用每个异常处理方法，匹配当前异常类型是否与@ExceptionHandler注解所定义的异常相匹配，若匹配，则执行该方法，同时忽略后续所有的异常处理方法，最终会返回经JSON序列化后的Response对象。
4 支持参数验证
我们回到上文所提到的示例，这里处理一个普通的POST请求，代码如下：
@RestController
public class AdvertiserController {
@RequestMapping(value = "/advertiser", method = RequestMethod.POST)
public Response createAdvertiser(@RequestBody AdvertiserParam advertiserParam) {
...
}
} 其中，AdvertiserParam参数包含若干属性，通过以下类结构可见，它是一个传统的POJO：
public class AdvertiserParam {
private String advertiserName;
private String description;
// 省略 getter/setter 方法
} 如果业务上需要确保AdvertiserParam对象的advertiserName属性必填，如何实现呢？
若将这类参数验证的代码写死在Controller中，势必会与正常的业务逻辑搅在一起，导致责任不够单一，违背于“单一责任原则”。建议将其参数验证行为从Controller中剥离出来，放到另外的类中，这里仅提供一个@Valid注解来定义AdvertiserParam参数，并在AdvertiserParam类中通过@NotEmpty注解来定义advertiserName属性，就像下面这样：
@RestController
public class AdvertiserController {
@RequestMapping(value = "/advertiser", method = RequestMethod.POST)
public Response createAdvertiser(@RequestBody @Valid AdvertiserParam advertiserParam) {
...
}
}
public class AdvertiserParam {
@NotEmpty
private String advertiserName;
private String description;
// 省略 getter/setter 方法
} 这里的@Valid注解实际上是Validation Bean规范提供的注解，该规范已由Hibernate Validator框架实现，因此需要添加以下Maven依赖到pom.xml文件中：
<dependency>
<groupId>org.hibernate</groupId>
<artifactId>hibernate-validator</artifactId>
<version>${hibernate-validator.version}</version>
</dependency>
要实现@NotEmpty注解的功能，我们需要做以下几件事情。
首先，定义一个@NotEmpty注解类，代码如下：
@Documented
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Constraint(validatedBy = NotEmptyValidator.class)
public @interface NotEmpty {
String message() default "not_empty";
Class<?>[] groups() default {};
Class<? extends Payload>[] payload() default {};
} 以上注解类必须包含message、groups、payload三个属性，因为这是规范所要求的，此外，需要通过@Constraint注解指定一个验证器类，这里对应的是NotEmptyValidator，其代码如下：
public class NotEmptyValidator implements ConstraintValidator<NotEmpty, String> {
@Override
public void initialize(NotEmpty constraintAnnotation) {
}
@Override
public boolean isValid(String value, ConstraintValidatorContext context) {
return StringUtil.isNotEmpty(value);
}
} 以上验证器类实现了ConstraintValidator接口，并在该接口的isValid( )方法中完成了具体的参数验证逻辑。需要注意的是，实现接口时需要指定泛型，第一个参数表示验证注解类型（NotEmpty），第二个参数表示需要验证的参数类型（String）。
然后，我们需要在Spring配置文件中开启该特性，需添加如下配置：
<bean class="org.springframework.validation.beanvalidation.MethodValidationPostProcessor"/>最后，需要在全局异常处理类中添加参数验证处理方法，代码如下：
@ControllerAdvice
@ResponseBody
public class ExceptionAdvice {
/**
* 400 - Bad Request
*/
@ResponseStatus(HttpStatus.BAD_REQUEST)
@ExceptionHandler(ValidationException.class)
public Response handleValidationException(ValidationException e) {
logger.error("参数验证失败", e);
return new Response().failure("validation_exception");
}
}
看似该框架可以在本地成功跑起来，整个架构包含两个应用，前端应用提供纯静态的HTML页面，后端应用发布REST API，前端需要通过AJAX调用后端发布的REST API，然而AJAX是不支持跨域访问的，也就是说，前后端两个应用必须在同一个域名下才能访问。这是非常严重的技术障碍，一定需要找到解决方案。
5 解决跨域问题
比如，前端应用为静态站点且部署在http://web.xxx.com域下，后端应用发布REST API并部署在http://api.xxx.com域下，如何使前端应用通过AJAX跨域访问后端应用呢？这需要使用到CORS技术来实现，这也是目前最好的解决方案了。
[CORS全称为Cross Origin Resource Sharing（跨域资源共享），服务端只需添加相关响应头信息，即可实现客户端发出AJAX跨域请求。]
CORS技术非常简单，易于实现，目前绝大多数浏览器均已支持该技术（IE8浏览器也支持了），服务端可通过任何编程语言来实现，只要能将CORS响应头写入response对象中即可。
下面我们继续扩展REST框架，通过CORS技术实现AJAX跨域访问。
首先，我们需要编写一个Filter，用于过滤所有的HTTP请求，并将CORS响应头写入response对象中，代码如下
public class CorsFilter implements Filter {
private String allowOrigin;
private String allowMethods;
private String allowCredentials;
private String allowHeaders;
private String exposeHeaders;
@Override
public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
allowOrigin = filterConfig.getInitParameter("allowOrigin");
allowMethods = filterConfig.getInitParameter("allowMethods");
allowCredentials = filterConfig.getInitParameter("allowCredentials");
allowHeaders = filterConfig.getInitParameter("allowHeaders");
exposeHeaders = filterConfig.getInitParameter("exposeHeaders");
}
@Override
public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) req;
HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) res;
if (StringUtil.isNotEmpty(allowOrigin)) {
List<String> allowOriginList = Arrays.asList(allowOrigin.split(","));
if (CollectionUtil.isNotEmpty(allowOriginList)) {
String currentOrigin = request.getHeader("Origin");
if (allowOriginList.contains(currentOrigin)) {
response.setHeader("Access-Control-Allow-Origin", currentOrigin);
}
}
}
if (StringUtil.isNotEmpty(allowMethods)) {
response.setHeader("Access-Control-Allow-Methods", allowMethods);
}
if (StringUtil.isNotEmpty(allowCredentials)) {
response.setHeader("Access-Control-Allow-Credentials", allowCredentials);
}
if (StringUtil.isNotEmpty(allowHeaders)) {
response.setHeader("Access-Control-Allow-Headers", allowHeaders);
}
if (StringUtil.isNotEmpty(exposeHeaders)) {
response.setHeader("Access-Control-Expose-Headers", exposeHeaders);
}
chain.doFilter(req, res);
}
@Override
public void destroy() {
}
} 以上CorsFilter将从web.xml中读取相关Filter初始化参数，并将在处理HTTP请求时将这些参数写入对应的CORS响应头中，下面大致描述一下这些CORS响应头的意义：
- Access-Control-Allow-Origin：允许访问的客户端域名，例如：http://web.xxx.com，若为*，则表示从任意域都能访问，即不做任何限制。
- Access-Control-Allow-Methods：允许访问的方法名，多个方法名用逗号分割，例如：GET,POST,PUT,DELETE,OPTIONS。
- Access-Control-Allow-Credentials：是否允许请求带有验证信息，若要获取客户端域下的cookie时，需要将其设置为true。
- Access-Control-Allow-Headers：允许服务端访问的客户端请求头，多个请求头用逗号分割，例如：Content-Type。
- Access-Control-Expose-Headers：允许客户端访问的服务端响应头，多个响应头用逗号分割。
需要注意的是，CORS规范中定义Access-Control-Allow-Origin只允许两种取值，要么为*，要么为具体的域名，也就是说，不支持同时配置多个域名。为了解决跨多个域的问题，需要在代码中做一些处理，这里将Filter初始化参数作为一个域名的集合（用逗号分隔），只需从当前请求中获取Origin请求头，就知道是从哪个域中发出的请求，若该请求在以上允许的域名集合中，则将其放入Access-Control-Allow-Origin响应头，这样跨多个域的问题就轻松解决了。
以下是web.xml中配置CorsFilter的方法：
<filter>
<filter-name>corsFilter</filter-name>
<filter-class>com.xxx.api.cors.CorsFilter</filter-class>
<init-param>
<param-name>allowOrigin</param-name>
<param-value>http://web.xxx.com</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>allowMethods</param-name>
<param-value>GET,POST,PUT,DELETE,OPTIONS</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>allowCredentials</param-name>
<param-value>true</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>allowHeaders</param-name>
<param-value>Content-Type</param-value>
</init-param>
</filter>
<filter-mapping>
<filter-name>corsFilter</filter-name>
<url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping> 完成以上过程即可实现AJAX跨域功能了，但似乎还存在另外一个问题，由于REST是无状态的，后端应用发布的REST API可在用户未登录的情况下被任意调用，这显然是不安全的，如何解决这个问题呢？我们需要为REST请求提供安全机制。
6 提供安全机制
解决REST安全调用问题，可以做得很复杂，也可以做得特简单，可按照以下过程提供REST安全机制：
- 当用户登录成功后，在服务端生成一个token，并将其放入内存中（可放入JVM或Redis中），同时将该token返回到客户端。
- 在客户端中将返回的token写入cookie中，并且每次请求时都将token随请求头一起发送到服务端。
- 提供一个AOP切面，用于拦截所有的Controller方法，在切面中判断token的有效性。
- 当登出时，只需清理掉cookie中的token即可，服务端token可设置过期时间，使其自行移除。
首先，我们需要定义一个用于管理token的接口，包括创建token与检查token有效性的功能。代码如下：
public interface TokenManager {
String createToken(String username);
boolean checkToken(String token);
} public class DefaultTokenManager implements TokenManager {
private static Map<String, String> tokenMap = new ConcurrentHashMap<>();
@Override
public String createToken(String username) {
String token = CodecUtil.createUUID();
tokenMap.put(token, username);
return token;
}
@Override
public boolean checkToken(String token) {
return !StringUtil.isEmpty(token) && tokenMap.containsKey(token);
}
} 需要注意的是，如果需要做到分布式集群，建议基于Redis提供一个实现类，将token存储到Redis中，并利用Redis与生俱来的特性，做到token的分布式一致性。
然后，我们可以基于Spring AOP写一个切面类，用于拦截Controller类的方法，并从请求头中获取token，最后对token有效性进行判断。代码如下：
public class SecurityAspect {
private static final String DEFAULT_TOKEN_NAME = "X-Token";
private TokenManager tokenManager;
private String tokenName;
public void setTokenManager(TokenManager tokenManager) {
this.tokenManager = tokenManager;
}
public void setTokenName(String tokenName) {
if (StringUtil.isEmpty(tokenName)) {
tokenName = DEFAULT_TOKEN_NAME;
}
this.tokenName = tokenName;
}
public Object execute(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
// 从切点上获取目标方法
MethodSignature methodSignature = (MethodSignature) pjp.getSignature();
Method method = methodSignature.getMethod();
// 若目标方法忽略了安全性检查，则直接调用目标方法
if (method.isAnnotationPresent(IgnoreSecurity.class)) {
return pjp.proceed();
}
// 从 request header 中获取当前 token
String token = WebContext.getRequest().getHeader(tokenName);
// 检查 token 有效性
if (!tokenManager.checkToken(token)) {
String message = String.format("token [%s] is invalid", token);
throw new TokenException(message);
}
// 调用目标方法
return pjp.proceed();
}
}
<bean id="securityAspect" class="com.xxx.api.security.SecurityAspect">
<property name="tokenManager" ref="tokenManager"/>
<property name="tokenName" value="X-Token"/>
</bean>
<aop:config>
<aop:aspect ref="securityAspect">
<aop:around method="execute" pointcut="@annotation(org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping)"/>
</aop:aspect>
</aop:config>
<init-param>
<param-name>allowHeaders</param-name>
<param-value>Content-Type,X-Token</param-value>
</init-param> 总结
本文从经典的MVC模式开始，对MVC模式是什么以及该模式存在的不足进行了简述。然后引出了如何对MVC模式的改良，让其转变为前后端分离架构，以及解释了为何要进行前后端分离。最后通过REST服务将前后端进行解耦，并提供了一款基于Java的REST框架的主要实现过程，尤其是需要注意的核心技术问题及其解决方案。希望本文对正在探索前后端分离的读者们有所帮助，期待与大家共同探讨。
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