Google Guice 3：Bindings（1）

晓之木初

已于 2023-02-22 23:38:20 修改

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分类专栏： java相关文章标签： java

于 2023-02-22 22:29:02 首次发布

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1. 序言

上一篇博客，《Google Guice 2：Mental Model》，讲述了Guice的建模思路：Guice is a map
Guice官网认为：binding是一个对象，它对应Guice map中的一个entry，通过创建binding就可以向Guice map中添加entry

A binding is an object that corresponds to an entry in the Guice map. You add new entries into the Guice map by creating bindings.
创建binding的方法主要有两种：
- explicit binding（显式绑定）：继承AbstractModule自定义Module，在Module中使用bind()或者@Provides定义的binding。
- JIT binding（隐式绑定）：除显式绑定外的其他绑定，被称作隐式绑定
Guice提供了丰富的binding创建方式，结合去具体的使用场景去学习这些binding，才不容易迷糊

2. Linked Bindings

有两种方式可以创建Linked binding，一种是通过bind().to()，另一种是通过@Provides method

作用一：type到implementationde的映射

map a type to its implementation，例如，将接口映射到其实现

bind().to()创建Linked binding：

public class LogModule extends AbstractModule {
    @Override
    protected void configure() {
    	// TransactionLog为一个接口，DatabaseTransactionLog是它的一个实现类
        bind(TransactionLog.class).to(DatabaseTransactionLog.class); 
    }
}

@Provides method创建Linked binding：

// 示例1：@Provides method，自己负责实例对象的创建
@Provides
public TransactionLog providerTransactionLog() {
    return new DatabaseTransactionLog();
}

// 示例2：通过方法入参传入实例对象，该对象由Guice通过JIT binding隐式创建
@Provides
public TransactionLog providerTransactionLog(DatabaseTransactionLog impl) {
    return impl;
}

从Guice获取TransactionLog类型的实例时，将获取到DatabaseTransactionLog实例

public static void main(String[] args) {
    Injector injector = Guice.createInjector(new LogModule());
    TransactionLog log = injector.getInstance(TransactionLog.class);
    log.log("Create a table named olap.cluster");
}

作用二：多个Linked binding形成链条

例如，接口A —> 实现类B —>实现类的子类C，从Guice获取A类型的实例，最终将获取到C的实例

bind().to()：

bind(TransactionLog.class).to(DatabaseTransactionLog.class);
// 形成一个绑定链，TransactionLog映射到TidbDatabaseTransactionLog
bind(DatabaseTransactionLog.class).to(TidbDatabaseTransactionLog.class);

@Provides method

@Provides
public TransactionLog providerTransactionLog(DatabaseTransactionLog impl) {
    return impl; // 必须使用Guice自动注入的DatabaseTransactionLog，不能使用 new DatabaseTransactionLog()
}

@Provides
public DatabaseTransactionLog providerDatabaseTransactionLog(TidbDatabaseTransactionLog subClass) {
    return subClass;
}

其中，作用一可以看做单个节点的binding链条，这两种使用场景下的binding叫做Linked binding是OK的 😁 😁 😁

3. Binding Annotations

有时，同一个类型需要有多个绑定。例如，数据库需要使用DatabaseTransactionLog打印日志，数仓需要使用WarehouseTransactionLog打印日志
这时，可以为不同场景添加不同的绑定注解（binding annotation），注解和类型（type）一起标识一个唯一的binding

方法一：自定义绑定注解

1. 自定义绑定注解

自定义的绑定注解，必须使用@Qualifier 或者 @BindingAnnotation进行标识，以告诉Guice这是一个绑定注解
其中，@Qualifier是JSR-330的元注解， @BindingAnnotation则是Guice具有同样效果的注解。
建议使用@Qualifier标识绑定注解，这样更具通用性

为数据库和数仓两种使用场景，自定义绑定注解

@Target({FIELD, PARAMETER, METHOD}) // 注解可以使用在哪些地方
@Retention(RUNTIME) // Guice要求该注解在运行时可见
@Qualifier // 告诉Guice这是一个注解绑定
public @interface Database {
}

@Target({FIELD, PARAMETER, METHOD})
@Retention(RUNTIME)
@Qualifier
public @interface Warehouse {
}

2. 使用绑定注解

在MyDatabase中，以constructor injection的方式注入TransactionLog，且TransactionLog使用@Database标识

public class MyDatabase {
    private TransactionLog log;

    @Inject // 使用constructor injection
    public MyDatabase(@Database TransactionLog log) { // 使用@Database标识需要注入的TransactionLog
        this.log = log;
    }

    public void createTable(String tableName) {
        log.log(format("Success to create table %s in database", tableName));
    }
}

在MyWarehouse中，以Field injection的方式注入TransactionLog，且TransactionLog使用@Warehouse标识

public class MyWarehouse {
    @Inject // 使用Field injection
    @Warehouse // 使用@Warehouse标识需要注入的TransactionLog
    private TransactionLog log;

    public void createTable(String tableName) {
        log.log(format("Success to create table %s warehouse", tableName));
    }
}

3. 创建binding

使用带annotatedWith()的bind().to()语句，定义TransactionLog与DatabaseTransactionLog之间的映射关系
```
bind(TransactionLog.class).annotatedWith(Database.class).to(DatabaseTransactionLog.class);
```
这时，从Guice map中获取DatabaseTransactionLog的key如下：
```
Key.get(TransactionLog.class, Database.class);
```
根据binding，Guice会向MyDatabase注入DatabaseTransactionLog

使用带@Warehouse的@Provides method，定义TransactionLog与WarehouseTransactionLog之间的映射关系

// Guice自动注入WarehouseTransactionLog
@Provides
@Warehouse
public TransactionLog providerWarehouseTransactionLog(WarehouseTransactionLog log) { 
    return log;
}

这时，从Guice map中获取WarehouseTransactionLog的key如下：
```
Key.get(TransactionLog.class, Warehouse.class)
```
根据binding，Guice会向MyWarehouse注入WarehouseTransactionLog

4. 使用binding

从Gucie中获取实例，将使用到上述binding

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Injector injector = Guice.createInjector(new LogModule());
        
        MyDatabase database = injector.getInstance(MyDatabase.class);
        database.createTable("olap.users");
        MyWarehouse warehouse = injector.getInstance(MyWarehouse.class);
        warehouse.createTable("tpch_300x.orders");

    }
}

执行结果如下

5. 优缺点

优点： 代码编译时，会校验绑定注解（如是否存在该注解）。编译时发现的错误，更容易修改
缺点：
- 如果一个类型需要绑定的很多，则需创建大量的注解
- 这不仅会增加代码开发的工作量，还不容易区分，甚至需要文档加以说明

方法二：@Named（Guice内置的绑定注解）

1. 使用方法及优缺点

针对上面的问题，Guice提供了一个内置的绑定注解@Named，可以使用@Named("bindingName")替代自定义的绑定注解

@Retention(RUNTIME)
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER, ElementType.METHOD})
@BindingAnnotation
public @interface Named {
  String value(); // 元素名称为value，使用时可以直接赋值
}

例如，上面的数据库场景，使用@Named注解改造如下：

// 1. @Named("database")标识需要注入的TransactionLog
@Inject
public MyDatabase(@Named("database") TransactionLog log) {
    this.log = log;
}

// 2. 创建TransactionLog与DatabaseTransactionLog映射关系
// @Named("database")与TransactionLog一起唯一标识DatabaseTransactionLog
bind(TransactionLog.class).annotatedWith(Names.named("database")).to(DatabaseTransactionLog.class);

此时，从Guice map中获取DatabaseTransactionLog的key如下：
```
Key.get(TransactionLog.class, Names.named("database"))
```
注意： @Named注解的值为String类型，需要与Names.named()的值保持一致
这也是使用@Named注解的缺点：编译器无法检查二者的值是否一致，只有运行起来后才可能触发错误
相对编译时错误，运行时发现的错误一般更难排查。因此，Guice建议谨慎使用@Named注解

2. 一些疑问，帮助理解@Named的实现原理

对比自定义绑定注解和@Named的使用可以发现：@Named提供了一个快速定义绑定注解的方式，其定义的绑定注解可以使用Names.named()进行“标识”

疑问：使用@Named时，为何没有使用annotatedWith(Named.class)声明注解？

通过查看源码也可知，自定义绑定注解和@Named在定义binding时，使用的annotatedWith()方法是不同的

// 传入注解的类型，自定义绑定注解使用该方法
LinkedBindingBuilder<T> annotatedWith(Class<? extends Annotation> annotationType);

// 传入注解对象，@Named使用该方法
LinkedBindingBuilder<T> annotatedWith(Annotation annotation);

笔者的理解：
- @Database是一个不含任何元素的注解，可以直接通过其类型Database.class进行匹配到
- @Named是一个带有元素（value）的注解，如果不使用带有元素值的annotation对象，则无法精确匹配
如果给annotatedWith()方法传入Named.class，从Guice map中获取DatabaseTransactionLog的key如下：
```
Key.get(TransactionLog.class, Named.class)
```
因此，任何使用@Named标识的TransactionLog，都将被Guice传入DatabaseTransactionLog
```
bind(TransactionLog.class).annotatedWith(Named.class).to(DatabaseTransactionLog.class);
```

将MyWarehouse修改如下：取消Field injection，转为带有@Named的constructot injection

public class MyWarehouse {
    private TransactionLog log;
    @Inject
    public MyWarehouse(@Named("warehouse") TransactionLog log) {
        this.log = log;
    }
    ... // 其他代码省略
}

最终执行结果如下，可见无论@Named的元素值为多少，最终都将按照类型做泛匹配，而非按照对象做精确匹配

疑问： Names.named("xxx")创建的是什么对象？

查看Names的源码，发现类注释的第一句为：Utility methods for use with @Named.

Names只有一个private类型的构造函数，但提供了一个public static named()方法，用于创建NamedImpl对象

public class Names {

  private Names() {}

  // Creates a Named annotation with name as the value.
  public static Named named(String name) {
    return new NamedImpl(name);
  }
  // 省略bindProperties()方法的定义
}

查看NamedImpl的源码如下，NamedImpl实现了@Named

class NamedImpl implements Named, Serializable {
  private final String value;

  public NamedImpl(String value) {
    this.value = checkNotNull(value, "name");
  }

  @Override
  public String value() {
    return this.value;
  }
  ... // 其他方法省略

  @Override
  public Class<? extends Annotation> annotationType() {
    return Named.class;
  }
  private static final long serialVersionUID = 0;
}

同时，NamedImpl的访问权限为包访问权限，用户代码中无法使用new NamedImpl("xxx")创建对象
为此，Guice开发人员提供了工具类Names，以允许应用开发者创建NamedImpl对象

疑问：需要Annotation类型的对象，为何却传入NamedImpl对象？

学习Java注解时，曾提到过：注解的本质是一个继承了java.lang.annotation.Annotation接口的接口
Annotation和Named都是接口， Named extends Annotation $\rightarrow$ NamedImpl implements Named
根据Java的继承与多态特性，NamedImpl可以向上转型，是Annotation类型的对象（可能描述不准确，欢迎交流）

3. @Named的实现原理

通过对上面疑问的解答，我们可以总结出@Named的实现过程
- 定义带有元素value的@Named
- 定义NamedImpl类，实现Named
- 定义工厂类Names，内含创建NamedImpl对象的named()方法
- @Named(“xxx”)与Names.named(“xxx”)对应的Named对象相等，就实现了Guice map中entry的精准匹配
其中，最关键的就是NamedImpl如何实现Named注解
Annotation接口定义了与Object类相同的equals()、hashCode()、toString()方法，但对这些方法有不同的约定
在注解的实现类中，只有按照约定重写与对象相等判断有关的equals()和hashCode()方法，才能实现注解对象的相等判断
例如，NamedImpl就严格按照约定重写了Annotation接口的中方法，才使得@Named(“xxx”)与Names.named(“xxx”)相等，从而实现Guice map中entry的精准匹配
关于Annotation接口，以及如何implements注解，可以参考博客：《Java的Annotation接口》

方法三：一个较为完美的绑定注解

相对@Named，自定义绑定注解支持编译时check，能尽早发现问题。但是，自定义绑定注解会增加代码开发的工作量，甚至需要文档加以说明
结合二者的优缺点，能否实现一个能支持元素值校验的@Named注解？
这时，可以考虑将元素定义为枚举类型，以借助编译时check尽早发现bug

定义枚举类，描述Log的类型

public enum Logger {
    DATABASE,
    WAREHOUSE,
    DATA_LAKE,
    UNKNOWN
}

定义注解，内含枚举类型的元素值

@Target({ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Qualifier
public @interface LogProvider {
    Logger type() default Logger.UNKNOWN;
}

定义注解的实现类，按照规定重写Annotation中的方法

class LogProviderImpl implements LogProvider {
    private final Logger type;

    public LogProviderImpl(Logger type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return (127 * "type".hashCode()) ^ type.hashCode();
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (!(obj instanceof LogProvider)) {
            return false;
        }

        LogProvider other = (LogProvider) obj;
        return this.type.equals(other.type());
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "@" + LogProvider.class.getName() + "(" + Annotations.memberValueString("type", type) + ")";
    }

    @Override
    public Logger type() {
        return this.type;
    }

    @Override
    public Class<? extends Annotation> annotationType() {
        return LogProvider.class;
    }
}

定义工具类，提供创建注解对象的工具方法

public class LogProviders {
    private LogProviders() {

    }

    public static LogProvider provider(Logger type) {
        return new LogProviderImpl(type);
    }
}

使用@LogProvider

// MyDatabase中使用@LogProvider
@Inject
public MyDatabase(@LogProvider(type = Logger.DATABASE) TransactionLog log) {
    this.log = log;
}

// MyWarehouse中使用@LogProvider
@Inject
@LogProvider(type = Logger.WAREHOUSE)
private TransactionLog log;

将元素定义为枚举类型，任何的拼写错误或使用不存在的值，IDE都会有提示，代码编译也无法通过

定义binding：除了使用annotatedWith()定义binding，还使用@Provides method定义binding

bind(TransactionLog.class).annotatedWith(LogProviders.provider(Logger.DATABASE)).to(DatabaseTransactionLog.class);

@Provides
@LogProvider(type = Logger.WAREHOUSE)
public TransactionLog providerWarehouseTransactionLog(WarehouseTransactionLog log) {
    return log;
}