使用REST风格完成MVC前后端分离

一个具有REST风格项目的基本特征：

1. 具有统一响应结构
2. 前后台数据流转机制(HTTP消息与Java对象的互相转化机制)
3. 统一的异常处理机制
4. 参数验证机制
5. Cors跨域请求机制
6. 鉴权机制

一：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。不妨定义一个相对通用的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：

{
     "success": true,
     "message": "ok",
     "data": ...
}

为了在框架中映射以上JSON响应结构，我们需要编写一个Response类与其对应：

public class Result implements Serializable {
    /**
     * Comment for <code>serialVersionUID</code>
     */
    private static final long serialVersionUID = -1776835663544058134L;

    /**
     * 处理结果
     */
    private boolean success = true;
    /**
     * 返回信息
     */
    private String message = "";
    /**
     * error code
     */
    private String code = "0";

    public Object data;

    public boolean isSuccess() {
        return success;
    }

    public void setSuccess(boolean success) {
        this.success = success;
    }

    public String getMessage() {
        return message;
    }

    public void setMessage(String message) {
        this.message = message;
    }

    public String getCode() {
        return code;
    }

    public void setCode(String code) {
        if (!code.equals("0")) {
            success = false;
        }
        this.code = code;
    }

    public Object getData() {
        return data;
    }

    public void setData(Object data) {
        this.data = data;
    }

}

二：前后台数据流转

java对象与json的转换问题

只需在Controller的方法参数中使用@RequestBody注解定义需要转化的参数即可；类似地，若需要对Controller的方法返回值进行转化，则需要在该返回值上使用@ResponseBody注解来定义。

或者使用：@RestController注解来取代以上的@Controller注解，这样我们就可以省略返回值前面的@ResponseBody注解了。

需要注意的是，该特性在Spring 4.0中才引入。

除了使用注解来定义消息转化行为以外，我们还需要添加Jackson或者fastjsoon包进行支持。

在Spring配置文件中添加以下配置即可：

 <!-- 该配置会自动注册RequestMappingHandlerMapping与RequestMappingHandlerAdapter两个Bean，
    这是SpringMVC为@Controllers分发请求所必需的，并提供了数据绑定支持、@NumberFormatannotation支持、
    @DateTimeFormat支持、@Valid支持、读写XML的支持和读写JSON的支持等功能。 -->
    <mvc:annotation-driven />

三：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：

/**
 * Title: 全局异常处理切面
 * Description: 利用 @ControllerAdvice + @ExceptionHandler 组合处理Controller层RuntimeException异常
 * @author rico
 * @created 2017年7月4日 下午4:29:07
 */
@ControllerAdvice   // 控制器增强
@ResponseBody
public class ExceptionAspect {

    /** Log4j日志处理(@author: rico) */
    private static final Logger log = Logger.getLogger(ExceptionAspect.class);

    /**
     * 400 - Bad Request
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.BAD_REQUEST)
    @ExceptionHandler(HttpMessageNotReadableException.class)
    public Result handleHttpMessageNotReadableException(
            HttpMessageNotReadableException e) {
        log.error("could_not_read_json...", e);
        return new Response().failure("could_not_read_json");
    }

    /**
     * 400 - Bad Request
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.BAD_REQUEST)
    @ExceptionHandler({MethodArgumentNotValidException.class})
    public Response handleValidationException(MethodArgumentNotValidException e) {
        log.error("parameter_validation_exception...", e);
        return new Result().failure("parameter_validation_exception");
    }

    /**
     * 405 - Method Not Allowed。HttpRequestMethodNotSupportedException
     * 是ServletException的子类,需要Servlet API支持
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.METHOD_NOT_ALLOWED)
    @ExceptionHandler(HttpRequestMethodNotSupportedException.class)
    public Result handleHttpRequestMethodNotSupportedException(
            HttpRequestMethodNotSupportedException e) {
        log.error("request_method_not_supported...", e);
        return new Result().failure("request_method_not_supported");
    }

    /**
     * 415 - Unsupported Media Type。HttpMediaTypeNotSupportedException
     * 是ServletException的子类,需要Servlet API支持
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.UNSUPPORTED_MEDIA_TYPE)
    @ExceptionHandler({ HttpMediaTypeNotSupportedException.class })
    public Result handleHttpMediaTypeNotSupportedException(Exception e) {
        log.error("content_type_not_supported...", e);
        return new Result().failure("content_type_not_supported");
    }

    /**
     * 500 - Internal Server Error
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
    @ExceptionHandler(TokenException.class)
    public Result handleTokenException(Exception e) {
        log.error("Token is invaild...", e);
        return new Result().failure("Token is invaild");
    }

    /**
     * 500 - Internal Server Error
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
    @ExceptionHandler(Exception.class)
    public Result handleException(Exception e) {
        log.error("Internal Server Error...", e);
        return new Result().failure("Internal Server Error");
    }
}

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Result对象。

四：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PUT请求，代码如下：

@RestController
@RequestMapping("/users")
public class UserController {

    private UserService userService;

    /** Log4j日志处理(@author: rico) */
    private static final Logger log = Logger.getLogger(UserController.class);

    public UserService getUserService() {
        return userService;
    }

    @Resource(name = "userService")
    public void setUserService(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    @RequestMapping(value = "/user", method = RequestMethod.PUT, produces = "application/json",
            consumes = "application/json")
    public User addUser(@RequestBody User user) {  // 将接收到的HTTP消息转化为Java对象
        userService.addUser(user);
        log.debug("添加用户 :" + user);
        return user;
    }

    ...
}

其中，User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 User implements Serializable{

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private int id;
    private String uname;
    private String passwd;
    private String gentle;
    private String email;
    private String city;

    public User() {
        super();
    }

    // getter/setter

    // toString
}

如果业务上需要确保User对象的uname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，这里仅通过@Valid注解来定义uname参数，并通过Bean Validation的参考实现Hibernate Validator的@NotEmpty注解来定义User类中的uname属性，就像下面这样：

@RestController
@RequestMapping("/users")
public class UserController {

    private UserService userService;

    /** Log4j日志处理(@author: rico) */
    private static final Logger log = Logger.getLogger(UserController.class);

    public UserService getUserService() {
        return userService;
    }

    @Resource(name = "userService")
    public void setUserService(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    @RequestMapping(value = "/user", method = RequestMethod.PUT, produces = "application/json",
            consumes = "application/json")
    public User addUser(@RequestBody  @Valid User user) {  // 将接收到的HTTP消息转化为Java对象
        userService.addUser(user);
        log.debug("添加用户 :" + user);
        return user;
    }

    ...
}

public class User implements Serializable{

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private int id;
    @NotEmpty
    private String uname;
    private String passwd;
    private String gentle;
    private String email;
    private String city;

    public User() {
        super();
    }

    // getter/setter

    // toString
}

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> 

需要注意的是，Hibernate Validator与Hibernate没有任何依赖关系，唯一有联系的只是都属于JBoss公司的开源项目而已。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，我们在全局异常处理类中添加对参数验证异常的处理方法，代码如下：

@ControllerAdvice
@ResponseBody
public class ExceptionAdvice {  

    /**
     * 400 - Bad Request
     */
    @ResponseStatus(HttpStatus.BAD_REQUEST)
    @ExceptionHandler(ValidationException.class)
    public Result handleValidationException(ValidationException e) {
        logger.error("参数验证失败", e);
        return new Result().failure("validation_exception");
    }
}  

至此，REST框架已集成了Bean Validation特性，我们可以使用各种注解来完成所需的参数验证行为了。 
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。

五：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：

/**
 * Title: 跨域访问处理(跨域资源共享)
 * Description: 解决前后端分离架构中的跨域问题
 * @author zhuzhen
 * @created 2018年04月17日 下午5:00:09
 */
public class CorsFilter implements Filter {

    /** Log4j日志处理(@author: rico) */
    private static final Logger log = Logger.getLogger(UserController.class);

    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");
    }

    /**
     * @description 通过CORS技术实现AJAX跨域访问,只要将CORS响应头写入response对象中即可
     * @author zhuzhen
     * @created 2018年04月17日 下午5:02:38
     * @param req
     * @param res
     * @param chain
     * @throws IOException
     * @throws ServletException
     * @see javax.servlet.Filter#doFilter(javax.servlet.ServletRequest, javax.servlet.ServletResponse, javax.servlet.FilterChain)
     */
    @Override
    public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res,
            FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
        HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) req;
        HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) res;
        String currentOrigin = request.getHeader("Origin");
        log.debug("currentOrigin : " + currentOrigin);
        if (StringUtil.isNotEmpty(allowOrigin)) {
            List<String> allowOriginList = Arrays
                    .asList(allowOrigin.split(","));
            log.debug("allowOriginList : " + allowOrigin);
            if (CollectionUtil.isNotEmpty(allowOriginList)) {
                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：

<!-- 通过CORS技术实现AJAX跨域访问 -->
    <filter>
        <filter-name>corsFilter</filter-name>
        <filter-class>cn.edu.tju.rico.filter.CorsFilter</filter-class>
        <init-param>
            <param-name>allowOrigin</param-name>
            <param-value>http://localhost:8020</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,X-Token</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。

六：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：

　　(1). 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；

　　(2). 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；

　　(3). 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；

　　(4). 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：

/**
 * Title: REST 鉴权
 * Description: 登录用户的身份鉴权
 * @author zhuzhen
 * @created 2018年04月17日 下午4:41:43
 */
public interface TokenManager {

    String createToken(String username);  

    boolean checkToken(String token); 

    void deleteToken(String token);
}

然后，我们可提供一个简单的TokenManager实现类，将token存储到JVM内存中。代码如下：

/**
 * Title: TokenManager的默认实现
 * Description: 管理 Token
 * @author rico
 * @created 2017年7月4日 下午4:41:32
 */
public class DefaultTokenManager implements TokenManager {

    /** 将token存储到JVM内存(ConcurrentHashMap)中   (@author: rico) */
    private static Map<String, String> tokenMap = new ConcurrentHashMap<String, String>();

    /**
     * @description 利用UUID创建Token(用户登录时，创建Token)
     * @author rico
     * @created 2017年7月4日 下午4:46:46
     * @param username
     * @return
     * @see cn.edu.tju.rico.authorization.TokenManager#createToken(java.lang.String)
     */
    public String createToken(String username) {
        String token = CodecUtil.createUUID();
        tokenMap.put(token, username);
        return token;
    }

    /**
     * @description Token验证(用户登录验证)
     * @author rico
     * @created 2017年7月4日 下午4:46:50
     * @param token
     * @return
     * @see cn.edu.tju.rico.authorization.TokenManager#checkToken(java.lang.String)
     */
    public boolean checkToken(String token) {
        return !StringUtil.isEmpty(token) && tokenMap.containsKey(token);
    }

    /**
     * @description Token删除(用户登出时，删除Token)
     * @author rico
     * @created 2017年7月4日 下午4:46:54
     * @param token
     * @see cn.edu.tju.rico.authorization.TokenManager#deleteToken(java.lang.String)
     */
    @Override
    public void deleteToken(String token) {
        // TODO Auto-generated method stub
        tokenMap.remove(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：

/**
 * Title:安全检查切面(是否登录检查)
 * Description: 通过验证Token维持登录状态
 *
 * @author rico
 * @created 2017年7月4日 下午4:32:34
 */
@Component
@Aspect
public class SecurityAspect {

    /** Log4j日志处理(@author: rico) */
    private static final Logger log = Logger.getLogger(SecurityAspect.class);

    private TokenManager tokenManager;

    @Resource(name = "tokenManager")
    public void setTokenManager(TokenManager tokenManager) {
        this.tokenManager = tokenManager;
    }

    @Around("@annotation(org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping)")
    public Object execute(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        // 从切点上获取目标方法
        MethodSignature methodSignature = (MethodSignature) pjp.getSignature();
        log.debug("methodSignature : " + methodSignature);
        Method method = methodSignature.getMethod();
        log.debug("Method : " + method.getName() + " : "
                + method.isAnnotationPresent(IgnoreSecurity.class));
        // 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 = WebContextUtil.getRequest().getHeader(
                Constants.DEFAULT_TOKEN_NAME);
        // 检查 token 有效性
        if (!tokenManager.checkToken(token)) {
            String message = String.format("token [%s] is invalid", token);
            log.debug("message : " + message);
            throw new TokenException(message);
        }
        // 调用目标方法
        return pjp.proceed();
    }
}

若要使SecurityAspect生效，则需要在SpringMVC配置文件中添加如下Spring 配置：

 <!-- 启用注解扫描，并定义组件查找规则 ，mvc层只负责扫描@Controller、@ControllerAdvice -->
    <!-- base-package 如果多个，用“,”分隔 -->
    <context:component-scan base-package="cn.edu.tju.rico"
        use-default-filters="false">
        <!-- 扫描 @Controller -->
        <context:include-filter type="annotation"
            expression="org.springframework.stereotype.Controller" />
        <!-- 控制器增强，使一个Contoller成为全局的异常处理类，类中用@ExceptionHandler方法注解的方法可以处理所有Controller发生的异常 -->
        <context:include-filter type="annotation"
            expression="org.springframework.web.bind.annotation.ControllerAdvice" />
    </context:component-scan>

    <!-- 支持Controller的AOP代理 -->
    <aop:aspectj-autoproxy />

最后，别忘了在web.xml中添加允许的X-Token响应头，配置如下：

<init-param>
    <param-name>allowHeaders</param-name>
    <param-value>Content-Type,X-Token</param-value>
</init-param>