问题背景

在商业化的场景下，客户经常会有私有化部署的需求，然而客户的应用环境和基础设施是多样的，可能是纯开源的自建机房，也可能是基于商业化云服务商提供的公有云和私有云，由于这种差异的存在，上层应用产品不可能通过一套实现完全适配所有的技术栈，但是应用产品核心的功能和对外提供的服务都是标准、统一的，和具体的技术栈没有关系，在这个背景下，我们期望把产品核心的非技术栈相关的能力抽象出来，技术栈相关的通过SPI和多技术栈切换能力进行适配和管理，做到一套核心代码+技术栈适配支持在不同的技术栈环境下部署。

这里面涉及到的关键技术就包括maven profile+Spring profile+
Java SPI技术，其他是一些领域设计时模块划分的设计。

基础知识

对于软件开发者而言，经常要控制的就是当前程序是在开发环境运行还是在生产环境运行，主流的控制手段有两种：

• Maven profile标签
• Spring Profile机制

下文我们将对这两个特性的基本用法做一些介绍，了解和熟练使用它们是我们进一步实现多环境部署时，应用和中间件适配并且具备良好可扩展性的重要保证。

Maven Profile

<profiles>
    <profile>
        <id>internal</id>
        <activation>
            <activeByDefault>true</activeByDefault>
        </activation>
        <properties>
            <build.profile.id>internal</build.profile.id>
        </properties>
    </profile>
    <profile>
        <id>outer</id>
        <properties>
            <build.profile.id>outer</build.profile.id>
        </properties>
    </profile>
</profiles>

<build>
        <filters>
            <filter>profiles/${build.profile.id}/config.properties</filter>
        </filters>

        <resources>
            <resource>
                <filtering>true</filtering>
                <directory>src/main/resources</directory>
            </resource>
        </resources>
        ...
</build>    

Spring Profile

Spring Profile只是一种环境控制的参考手段，他的好处是可以在代码级别去控制，具体使用什么根据项目的需要去考量。

名词解释

Environment

在spring中,Environment是对应用环境的抽象(即对Profile和properties的抽象).

Profile

Profile定义了应用环境,即开发, 生产, 测试等部署环境的抽象.

使用方式

编程式

下面通过一个具体的Case来介绍下如何在实际的编程代码中使用Prifle机制。

定义一个servuce接口和三个service的实现类：

public interface BAT {
    String getName();
}

class B implements BAT {
    public String getName() {
        return "B";
    }

}
class A implements BAT {
    public String getName() {
        return "A";
    }

}
class T implements BAT {
    public String getName() {
        return "T";
    }
}

然后我们通过纯Java配置讲接口的每个实现添加到容器中：

@Configuration
public class EnvironmentApp {

    @Bean
    @Profile("test")
    public B b() {
        return new B();
    }
    
    @Bean
    @Profile("project")
    public A a() {
        return new A();
    }
    
    @Bean
    @Profile("production")
    public T t() {
        return new T();
    }
}

下面建一个测试类：

public class TestMain
      public static void main(String[] args) {
        //在启动容器之前，先指定环境中的profiles参数
        System.setProperty("spring.profiles.active", "project");
        ApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(EnvironmentApp.class);
        //当前的profile值是project，所以获取的实现类是A
        A a = ctx.getBean(A.class);
    }
}

@Configuration类中每一个@Bean注解之后都有一个@Profile注解。@Profile中的字符串就标记了当前适配的环境变量，他配合System.setProperty("spring.profiles.active", "project");这一行一起使用。当设定环境参数为wow时，标记了@Profile("project")的方法会被启用，对应的Bean会添加到容器中。而其他标记的Bean不会被添加，当没有适配到任何Profile值时，@Profile("default")标记的Bean会被启用。

Spring Profile的功能就是根据在环境中指定参数的方法来控制@Bean的创建。

@Profile可以用在类上, 还可以用在方法上. 用于在不同的环境加载不同的配置。

首先看一下直接作用在类上的用法：

@Configuration
@Profile("development")
public class StandaloneDataConfig {

}

接着看一下直接作用在方法上的用法：

@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean("dataSource")
    @Profile("development")
    public DataSource standaloneDataSource() {
        return new EmbeddedDatabaseBuilder()
            .setType(EmbeddedDatabaseType.HSQL)
            .addScript("classpath:com/bank/config/sql/schema.sql")
            .addScript("classpath:com/bank/config/sql/test-data.sql")
            .build();
    }

    @Bean("dataSource")
    @Profile("production")
    public DataSource jndiDataSource() throws Exception {
        Context ctx = new InitialContext();
        return (DataSource) ctx.lookup("java:comp/env/jdbc/datasource");
    }
}

备注：

• 用于方法上时, 可能是在不同环境对同一个bean的加载, 由于类中不允许存在签名完全相同的方法, 故可用@Bean("beanName")来定义不同的方法指向同一个bean.
• 如果一个配置类中有多个@Bean重载方法. 在所有的重载方法上定义的@Profile注解定义应当一致,否则只有第一个声明有效.

Spring profile的激活方式可以有多种：
方式一：设置系统环境变量
Profile的环境变量可以包含多个值。例如：

System.setProperty("spring.profiles.active", "project,test");

这样环境中就包含了2个Profile的值。对使用的@Profile或profile配置就会被启用。

ctx.getEnvironment().setActiveProfiles("project", "test");

备注：该方式最大的特点适用于纯Java项目，大型的Java工程都不太方便使用该方式，且是在程序运行时修改的，修改profile参数修改改动代码，不符合代码与配置分离的原则，基本属于玩具性质的。

方式二：设置JVM启动参数
与修改环境变量的方式类似，也可以指定同时激活一个或者多个profile。

-Dspring.profiles.active="project,test"

备注：该方式最大的特性是在运行期指定profile。

方式三：SpringBoot properties设置
针对SpringBoot项目，在properties文件中指定，在应用依赖的properties文件中增加spring.profiles.active=test等配置，即可切换场景。

备注：该方式最大的特点是可以能够在打包的时候就指定profile确定启动场景

即在properties文件中使用占位符，在maven的profile中通过filter，通过maven profile来编译时替换。

@profile注解的更多用法

值得一提的是，想很多其他Spring注解一样，@Profile注解可以被当做元注解来使用。这就意味着你可以定义自己自定义的注解，使用@Profile标记，并且Spring仍然可以检测出来，就像它们被直接声明使用的那样。

package com.bank.annotation;

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Profile("dev")
pubilc @interface Dev {
}

这样做的话我们就可以同时使用到@Component注解和我们自定义的@Dev 注解来标记类，而不是直接使用Spring提供的Profile，这样做的好处在于多了一层代理，发生修改的情况下直接去修改@Profile的内容即可。

@Dev 
@Component
public class MyDevService { ... }

或者，也可以给@Configuration的类加上@Dev的注解，那么这个配置类的下所有的bean都会根据@Profile的指定进行加载了。

@Dev 
@Configuration
public class StandaloneDataConfig { ... }

@profile的原理

Profile特性的实现也不复杂，其实就是实现了Conditional功能（Conditional功能见@Configuration与混合使用一文中关于Conditionally的介绍）。

首先@Profile注解继承实现了@Conditional：

@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Conditional(ProfileCondition.class)
public @interface Profile {}

然后他的处理类实现了Condition接口：

class ProfileCondition implements Condition {
    @Override
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        MultiValueMap<String, Object> attrs = metadata.getAllAnnotationAttributes(Profile.class.getName());
        if (attrs != null) {
            for (Object value : attrs.get("value")) {
                if (context.getEnvironment().acceptsProfiles((String[]) value)) {
                    return true;
                }
            }
            return false;
        }
        return true;
    }

}

处理过程也很简单，实际上就检查@Profile注解中的值，如果和环境中的一致则添加。

XML定义

根据参考资料1中Spring的官方说明， Spring Framework 3.1 M1 released发布了一个新特性Bean definition profiles，即可以在<Beans>标签内部再增加</beans>标签，并且通过参数profile指定对应的激活环境。

下面通过一个官方文档中的Demo来加以说明，注意这里非常关键的一步 是确保xsd的schema版本在3.1以上，低于这个版本的是不允许在<beans>里面再定义<beans>的，也就无法使用到procile的属性配置了，本示例使用的是4.0版本的xsd，高于3.1版本即可。

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns:jdbc="http://www.springframework.org/schema/jdbc"
    xmlns:jee="http://www.springframework.org/schema/jee"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
       http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-4.0.xsd">

    <bean id="transferService" class="com.bank.service.internal.DefaultTransferService">
        <constructor-arg ref="accountRepository"/>
        <constructor-arg ref="feePolicy"/>
    </bean>

    <bean id="accountRepository" class="com.bank.repository.internal.JdbcAccountRepository">
        <constructor-arg ref="dataSource"/>
    </bean>

    <bean id="feePolicy" class="com.bank.service.internal.ZeroFeePolicy"/>

    <beans profile="dev">
        <jdbc:embedded-database id="dataSource">
            <jdbc:script location="classpath:com/bank/config/sql/schema.sql"/>
            <jdbc:script location="classpath:com/bank/config/sql/test-data.sql"/>
        </jdbc:embedded-database>
    </beans>

    <beans profile="production">
        <jee:jndi-lookup id="dataSource" jndi-name="java:comp/env/jdbc/datasource"/>
    </beans>
</beans>

加入我们在开发环境和生产环境使用不同类型的数据库，那么就可以通过profile来区分，但是注册的bean都是datasource，从而减少上面代码的适配成本。

下面举一个在实际工程中使用到的Case来介绍，业务背景是预发环境没有DTS中间件，相应的bean不需要加载，对应的定时任务不触发也无所谓。

首先，使用xml文件的方式注入一个DTS相关的client Bean实例。

image.png

接着，定义一个bean-config的配置文件作为所有bean引用文件，在这个文件中我们在<beans> profile属性中，prepub环境不加载DTS，而其他环境（包括测试和线上环境）都需要加载DTS。

image.png

包含所有环境的资源配置文件目录结构如下：

image.png

预发环境对应的Spring properties文件中，我们使用下面的配置来激活prepub 的profile。

# Spring profile
spring.profiles.active = prepub

其他环境我们使用default的profile来激活

# Spring profile
spring.profiles.active = default

备注：当然这里做的不够好的一点是，应该根据所有环境定义N个profile出来，然后在xml文件的default换成所有其他profile的使用逗号分隔的字符串，这里偷懒啦。

在启动类的入口处，可以设置IDEA默认使用的Spring profile，当前使用的profile是default。

image.png

技术栈的切换方案

整体方案

image.png

1. 本方案的实现基于在maven profile和springboot profile
2. 产品核心逻辑（非技术栈相关）抽象成独立的一个或多个模块，保证不同技术栈下是同一套逻辑
3. 依赖技术栈相关的逻辑封装成单独的SPI，右不同的技术栈会做对应的适配逻辑。对于SPI机制不了解的可以阅读先阅读这篇文章：JAVA SPI机制详解
   。
4. 针对每套技术栈新建单独的profile，管理其对应的SPI实现、配置项、外部依赖等
5. 在不同的技术栈环境下，通过激活对应的profile实现技术栈产品的打包和部署

切换方式

image.png

打包和部署两个阶段是和技术栈相关的，可以通过profile进行切换

1. 打包阶段是生成对应技术栈的可行性JAR，可以通过mvn packag -P${profile}的方式进行不同技术栈的打包，建议这一块用以适配不同的中间件等外部依赖。
2. 部署阶段是激活对应技术栈的配置并运行可执行JAR，可以通过java -jar -Dspring.profiles.active=${profile}的方式进行不同技术栈的部署，建议这一步用以适配不同的配置。

mvn profile的管控

在集成pom中支持outer和inner两个版本，在应用打包时使用maven profile动态切换，参数:mvn -P${profile}。

<profiles>
        <profile>
            <id>outer</id>
            <activation>
                <activeByDefault>true</activeByDefault>
            </activation>
            <dependencies>
                <!--开源基座，主要是中间件等依赖-->
            </dependencies>
        </profile>
        <profile>
            <id>inner</id>
            <activation>
                <activeByDefault>false</activeByDefault>
            </activation>
            <dependencies>
                <!--内部基座，主要是中间件等依赖-->
            </dependencies>
        </profile>
    </profiles>

Spring profile的管控

配置文件分为outer和inter两个技术栈的文档，在应用启动时增加profile参数动态切换，参数：Dspring.profiles.active=${profile}。

├── config
│   ├── application.properties
│   ├── application-outer.properties
│   ├── application-innter.properties

参考资料

1. 官方文档：SpringBoot XML Profile Configuration