如何记录Java对象的修改历史和实现数据修改日志

秒速五厘米 2024-03-16 11:35 51阅读 0赞

在大多数业务场景中，修改历史是非常重要的信息。例如，当我们对某个对象进行数据修改时，可能需要记录修改之前和修改之后的值，以便于我们对修改进行审核和追溯，以及诊断和解决潜在的问题。

在 Java 开发中，我们可以使用观察者模式来实现记录 Java对 象的修改历史和实现数据修改日志。本文将介绍如何实现这一功能。

#### 基本思路 ####

为了实现每次修改数据的时候比较修改前和修改后的记录，我们可以使用观察者模式设计一个数据修改监听器(`DataModificationListener`)，每次数据修改时通知监听器，并将修改前后的记录存储在日志中。对于多种类型的Java实体对象，我们可以使用注解方式，通过注解来标记需要进行日志记录的属性。

实现的基本思路如下：

1.  创建一个抽象的 `DataModel`类，该类用于承载需要记录的数据模型，并提供访问和设置数据的方法。
2.  创建 `Record`类，用于保存数据的修改记录，包括被修改的属性名称、修改前的属性值和修改后的属性值。
3.  创建 `ModificationLogger`接口，定义扩展性操作（如: 获取日志记录数据）。
4.  实现观察者模式，创建 `DataModificationListener`类和 `DataModificationEvent`事件类，用于监听数据修改事件并处理修改前后的记录，将数据的修改记录保存在 `ModificationLogger`中。
5.  创建注解 `ModifiableField`，并将其应用于需要记录日志的属性上，用于标识这些属性需要记录日志。

#### 具体操作步骤 ####

接下来，我们将逐步介绍实现这一功能的具体操作步骤。

**第一步：创建 `DataModel`类**

import java.util.HashMap;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    
    public abstract class DataModel {
        private Map<String, Object> fields = new HashMap<>();
        private List<Record> history;
    
        public void setField(String fieldName, Object value) {
            Object oldValue = fields.get(fieldName);
            fields.put(fieldName, value);
    
            // 比较修改前后的属性值，生成数据修改记录
            if (oldValue != null && !oldValue.equals(value) || oldValue == null && value != null) {
                Record record = new Record(fieldName, oldValue, value);
                getHistory().add(record);
                DataModificationEvent event = new DataModificationEvent(this, fieldName, oldValue, value);
                MyApplication.getInstance().getModificationListener().notifyListeners(event);
            }
        }
    
        public Object getField(String fieldName) {
            return fields.get(fieldName);
        }
    
        public List<Record> getHistory() {
            if (history == null) {
                history = new ArrayList<>();
            }
            return history;
        }
    
        /**
         * 获取所有需要记录日志的属性
         */
        protected List<Field> getModifiableFields() {
            List<Field> result = new ArrayList<>();
            Field[] fields = getClass().getFields();
            for (Field field : fields) {
                ModifiableField annotation = field.getAnnotation(ModifiableField.class);
                if (annotation != null) {
                    result.add(field);
                }
            }
            return result;
        }
    }

在这个类中，需要记录的属性可以通过一个`Map`属性来存储。在 `setField`方法中，我们比较修改前后的属性值，如果值发生改变，则生成数据修改记录，并将其保存在 `ModificationLogger`中。`getModifiableFields`方法通过反射获取所有带有 `ModifiableField`注解的属性，并返回它们的 `Field`对 象列表。

**第二步：创建 `Record`类**

public class Record {
        private String fieldName;
        private Object oldValue;
        private Object newValue;
    
        public Record(String fieldName, Object oldValue, Object newValue) {
            this.fieldName = fieldName;
            this.oldValue = oldValue;
            this.newValue = newValue;
        }
    
        // 省略getter和setter方法
    }

`Record`类用于保存数据修改的历史记录，其中包括被修改的属性名称、修改前的属性值和修改后的属性。

**第三步：创建 `ModificationLogger`接口**

import java.util.List;
    
    public interface ModificationLogger {
        void log(DataModel dataModel, Record record);
    
        List<Record> getHistory(DataModel dataModel);
    }

`ModificationLogger`接口定义了两个扩展性方法：记录数据修改信息(`log`)和获取日志记录数据(`getHistory`)。实现此接口的类可以以不同的方式处理数据修改记录，如：将记录保存到文件中、将记录输出到控制台、将记录存储在数据库中等。

**第四步：实现观察者模式**

为了实现监听数据修改的功能，我们可以使用观察者模式。在Java中，观察者模式由一个被观察者(`Observable`)和多个观察者(`Observer`)组成。当被观察者状态发生变化时，所有的观察者对象都会得到通知并自动更新。

在本例中，我们可以使用 `DataModificationListener`类作为被观察者，`DataModificationEvent`类作为事件，`ModificationLogger`接口作为观察者。当出现数据修改事件时，我们将创建一个 `DataModificationEvent`的实例，并用被修改的对象、属性名称、修改前的值和修改后的值作为参数调用 `DataModificationListener`实例的 `notifyListeners`方法，以通知所有监听器进行记录修改信息的操作。

以下是 `DataModificationListener`类和 `DataModificationEvent`事件类的示例代码：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    public class DataModificationListener {
        private List<ModificationLogger> loggers = new ArrayList<>();
    
        public void addLogger(ModificationLogger logger) {
            loggers.add(logger);
        }
    
        public void removeLogger(ModificationLogger logger) {
            loggers.remove(logger);
        }
    
        public void notifyListeners(DataModificationEvent event) {
            for (ModificationLogger logger : loggers) {
                logger.log(event.getDataModel(), new Record(event.getFieldName(), event.getOldValue(), event.getNewValue()));
            }
        }
    }

public class DataModificationEvent {
        private DataModel dataModel;
        private String fieldName;
        private Object oldValue;
        private Object newValue;
    
        public DataModificationEvent(DataModel dataModel, String fieldName, Object oldValue, Object newValue) {
            this.dataModel = dataModel;
            this.fieldName = fieldName;
            this.oldValue = oldValue;
            this.newValue = newValue;
        }
    
        public DataModel getDataModel() {
            return dataModel;
        }
    
        public String getFieldName() {
            return fieldName;
        }
    
        public Object getOldValue() {
            return oldValue;
        }
    
        public Object getNewValue() {
            return newValue;
        }
    }

**第五步：创建注解 `ModifiableField`**

在Java语言中，注解(`Annotation`)提供了在代码中添加元数据信息的方式。我们可以使用注解来记录需要记录日志的属性，以便在修改这些属性时可以方便地记录修改历史。在本例中，我们可以设计一个 `ModifiableField`注解，将其应用于需要记录日志的属性上。

以下是`ModifiableField`注解的示例代码：

import java.lang.annotation.*;
    
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Target(ElementType.FIELD)
    public @interface ModifiableField {
    }

使用 `ModifiableField`注解的属性会被认为是需要记录日志的，然后在 `DataModel`类中的 `setField`方法中，通过调用 `getModifiableFields`方法，获取所有需要记录日志的属性并进行修改历史记录。我们将在下面的示例代码中展示如何使用 `ModifiableField`注解。

**第六步：创建数据修改日志记录器**

最后，我们需要实现一个数据修改日志记录器，它实现了 `ModificationLogger`接口并提供了自己的实现。例如，我们可以使用控制台日志记录器将修改记录输出到控制台：

public class ConsoleModificationLogger implements ModificationLogger {
        @Override
        public void log(DataModel dataModel, Record record) {
            System.out.printf("Entity \"%s\" [Field \"%s" changed]: %s -> %s\n", dataModel.getClass().getSimpleName(), record.getFieldName(), record.getOldValue(), record.getNewValue());
        }
    
        @Override
        public List<Record> getHistory(DataModel dataModel) {
            return dataModel.getHistory();
        }
    }

在上面的代码示例中，ConsoleModificationLogger 实现了 ModificationLogger 接口，定义了记录数据修改信息的方式，将修改历史记录输出到控制台。

最后，我们需要设置全局应用程序状态，用于将 DataModificationListener 与注册的日志记录器连接起来。在这个应用程序中，我们创建了一个 MyApplication 类，它保存了一个 DataModificationListener 对象。我们可以通过 registerModificationLogger 方法来注册一个日志记录器，也可以通过 unregisterModificationLogger 方法来取消注册。MyApplication 类的示例代码如下：

public class MyApplication {
        private static MyApplication instance = new MyApplication();
        private DataModificationListener modificationListener = new DataModificationListener();
    
        private MyApplication() {
            // 添加控制台日志记录器
            modificationListener.addLogger(new ConsoleModificationLogger());
        }
    
        public void registerModificationLogger(ModificationLogger logger) {
            modificationListener.addLogger(logger);
        }
    
        public void unregisterModificationLogger(ModificationLogger logger) {
            modificationListener.removeLogger(logger);
        }
    
        public DataModificationListener getModificationListener() {
            return modificationListener;
        }
    
        public static MyApplication getInstance() {
            return instance;
        }
    }

在应用程序的启动过程中，我们需要将需要记录日志的日志记录器注册到 `MyApplication`类的 `modificationListener`中：

public static void main(String[] args) {
        // 注册控制台日志记录器
        MyApplication.getInstance().registerModificationLogger(new ConsoleModificationLogger());
    
        // 在此处创建实体对象、修改实体对象的属性并记录修改日志
    }

使用以上代码，每次实体类中带有 `ModifiableField`注解的属性被修改时，相关的修改记录会被保存在日志记录器中。

**将以上方法整合到Spring Boot 项目中，可以按照以下步骤操作：**

**第一步：添加依赖**

在 `pom.xml` 文件中添加以下依赖：

<dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
    </dependency>

这个依赖主要用于Spring AOP的相关功能，以便我们可以将 `DataModel` 实现为一个可被代理的类，并在插入记录数据修改日志的逻辑时使用 AOP 切面。

**第二步：实现 `DataModel`**

import java.lang.reflect.Field;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    
    public abstract class DataModel {
        private Map<String, Object> fields = new HashMap<>();
        private List<Record> history;
    
        public void setField(String fieldName, Object value) {
            Object oldValue = fields.get(fieldName);
            fields.put(fieldName, value);
    
            // Only log changes for fields that have a @ModifiableField annotation
            List<Field> modifiableFields = getModifiableFields();
            if (modifiableFields.stream().anyMatch(f -> f.getName().equalsIgnoreCase(fieldName))) {
                // Compare old and new values
                if (oldValue != null && !oldValue.equals(value) || oldValue == null && value != null) {
                    // Add to history
                    Record record = new Record(fieldName, oldValue, value);
                    getHistory().add(record);
                    // Publish event
                    DataModificationEvent event = new DataModificationEvent(this, fieldName, oldValue, value);
                    MyApplication.getInstance().getModificationListener().notifyListeners(event);
                }
            }
        }
    
        public Object getField(String fieldName) {
            return fields.get(fieldName);
        }
    
        public List<Record> getHistory() {
            if (history == null) {
                history = new ArrayList<>();
            }
            return history;
        }
    
        public List<Field> getModifiableFields() {
            List<Field> result = new ArrayList<>();
            Field[] fields = getClass().getDeclaredFields();
            for (Field field : fields) {
                if (field.isAnnotationPresent(ModifiableField.class)) {
                    result.add(field);
                }
            }
            return result;
        }
    }

`DataModel` 类的实现并没有太大的变化，主要的区别在于我们在 `setField()` 方法中只记录带有 `@ModifiableField` 注解的属性。同时，我们也获取了包含基类中声明属性的所有符合条件的字段，从而弥补了基类属性无法被注解所记录日志的不足。

第三步：为 `DataModel` 实现代理类

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
    import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
    import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
    
    import java.lang.reflect.Method;
    
    public class DataModelProxy implements MethodInterceptor {
        private final Object target;
    
        private DataModelProxy(Object target) {
            this.target = target;
        }
    
        public static Object create(Object target) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(target.getClass());
            enhancer.setCallback(new DataModelProxy(target));
            return enhancer.create();
        }
    
        @Override
        public Object intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
            Object result = method.invoke(target, args);
            return result;
        }
    }

这个类并不是必需的，但却是一个方便的工具类，可以用于将数据模型的创建过程移到Spring 中的某个地方并将其代理化。这可以确保所有的 `DataModel` 类在 Spring 中都是被代理的，从而方便地插入数据修改日志记录器的功能。

在上面的实现中，我们使用了 CGLIB 库来为 `DataModel` 动态生成代理类。

**第四步：创建切面**

切面（Aspect）是 AOP 中的一个重要概念，可以用于将一组逻辑应用于多个方法（或类）中。在这个例子中，我们需要创建一个切面，将数据修改日志记录的逻辑应用于所有 `DataModel` 类的实现中。

import org.aspectj.lang.JoinPoint;
    import org.aspectj.lang.annotation.AfterReturning;
    import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    @Aspect
    @Component
    public class DataModificationLoggingAspect {
        @Autowired
        private DataModificationListener modificationListener;
    
        @AfterReturning(
                value = "@annotation(com.example.demo.ModifiableField)",
                returning = "returnValue"
        )
        public Object logModification(JoinPoint joinPoint, Object returnValue) {
            DataModel dataModel = (DataModel) returnValue;
            DataModel proxiedDataModel = (DataModel) DataModelProxy.create(dataModel);
            return proxiedDataModel;
        }
    }

在上面的实现中，我们使用 `@Aspect` 注解来声明这是一个切面。`@AfterReturning` 注解定义了哪些方法需要被这个切面拦截，通过 `@annotation(com.example.demo.ModifiableField)` 参数指定了拦截所有使用 `@ModifiableField` 注解的方法。

这个方法的核心是使用 `DataModelProxy` 将传入的 `DataModel` 对象转换为代理类并返回。这样，在 `DataModel` 对象的属性修改时，将调用代理类的 `setField` 方法，并触发修改记录日志的逻辑。

**第五步：注册日志记录器**

最后，为`DataModificationListener` 类添加 `@Component` 注解，以便它可以被 Spring 容器自动管理：

import org.springframework.stereotype.Component;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    
    @Component
    public class DataModificationListener {
        private List<ModificationLogger> loggers = new ArrayList<>();
    
        public void addLogger(ModificationLogger logger) {
            loggers.add(logger);
        }
    
        public void removeLogger(ModificationLogger logger) {
            loggers.remove(logger);
        }
    
        public void notifyListeners(DataModificationEvent event) {
            for (ModificationLogger logger : loggers) {
                logger.log(event.getDataModel(), new Record(event.getFieldName(), event.getOldValue(), event.getNewValue()));
            }
        }
    }

这个步骤的重要性在于，`DataModificationListener` 类将被注入到 `DataModificationLoggingAspect` 类中，以便我们可以通过 `@Autowired` 注解来将其自动加载。

最后，在 `MyApplication` 类中，我们可以使用以下代码来注册日志记录器：

@Autowired
    DataModificationListener modificationListener;
    
    public static void main(String[] args) {
      SpringApplication.run(MyApplication.class, args);
    }
    
    @Bean
    CommandLineRunner init() {
      return args -> {
        modificationListener.addLogger(new ConsoleModificationLogger());
      };
    }

在这里，我们将 `DataModificationListener` 对象注入到 `MyApplication` 类中，并在 Spring 中运行时自动初始化。通过使用 `CommandLineRunner` 接口，我们可以在执行完所有 Spring Boot 应用程序的启动任务之后，初始化日志记录器。

这样，当 `DataModel` 实例的属性被修改时，相关的修改记录将被保存到日志记录器中了。整个过程是自动执行的，同时保证了代码的可扩展性和可维护性。