歐洲純電動車市場熱絡 銷量同比勁增 73%

據《歐洲汽車新聞》報導,去年歐洲市場純電動車的銷量超越插電式混合電動車,不過今年由於車企將推出更多插電式混合車型,因此其銷量有可能超越純電動車。    歐洲汽車製造商協會 ACEA 數據顯示,2014 年在歐盟及自由貿易聯盟國家(EFTA)市場中,純電動車銷量同比勁增 73% 至 58,244 輛,插電式混合電動車及增程式電動車的銷量同比攀升 26% 至 39,547 輛,銷量最高的電動車為日產聆風,而該地區最暢銷的插電式混動車則為三菱歐藍德 PHEV。    汽車諮詢公司 IHS 預計到 2020 年,插混車的全球累計產量將達到 135 萬輛,且在 2020 年至 2025 年間將進一步翻倍至 270 萬輛。而純電動車 2020 年的銷量將在 100 萬輛以下。

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《HelloGitHub》第 51 期

興趣是最好的老師,HelloGitHub 就是幫你找到興趣!

簡介

分享 GitHub 上有趣、入門級的開源項目。

這是一個面向編程新手熱愛編程對開源社區感興趣 人群的月刊,月刊的內容包括:各種編程語言的項目讓生活變得更美好的工具書籍、學習筆記、教程等,這些開源項目大多都是非常容易上手,而且非常 Cool。主要是希望大家能動手用起來,加入到開源社區中。

  • 會編程的可以貢獻代碼
  • 不會編程的可以反饋使用這些工具中的 Bug
  • 幫着宣傳你覺得優秀的項目
  • Star 項目⭐️

在瀏覽、參与這些項目的過程中,你將學習到更多編程知識提高編程技巧找到編程的樂趣

最後 HelloGitHub 這個項目就誕生了

以下為本期內容|每個月 28 號發布最新一期|點擊查看往期內容

C 項目

1、goaccess:實時 Web 日誌分析工具

2、u6a:函數式編程語言 Unlambda 的一個樸素實現,包含字節碼編譯器和解釋器。此項目可以幫助初學者理解函數式編程的思想,並提供了實現函數式編程語言解釋器的一些樸素思路。

  • 性能優異:運行性能遠高於官方實現,且優於多數現有的開源實現
  • 穩定可靠:有豐富的測試樣例支撐,可靠性高
  • 簡單樸素:代碼簡單易讀,且提供了實現思路文檔,對初學或者完全沒有學過編譯原理的新手非常友好

C# 項目

3、Netch:一款 Windows 平台的開源遊戲加速工具

4、ScheduleMasterCore:一款基於 .NET Core 開發的分佈式任務調度系統。支持豐富的調度類型、靈活可控的系統參數、簡易的 UI 操作、支持多節點高可用、業務 API 集成等等特性。同時支持多樣化的部署方式,容易上手

5、HandyControl:一套 WPF 控件庫。它幾乎重寫了所有原生樣式,同時包含 70 餘款自定義控件。支持跨平台、國際化,適用於 MVVM 架構開發,扁平化設計、支持動態更換主題和背景色。豐富的自定義控件解決了 View 設計的痛點,讓程序員更加專註於業務邏輯的開發

C++ 項目

6、CnC_Remastered_Collection:EA 發布的《紅警》和《泰伯利亞黎明》遊戲源代碼

7、chinessChess:基於 Qt5 開發的中國象棋網絡對戰平台,支持單機和網絡對戰

Go 項目

8、grmon:Goroutine 的命令行監控工具

9、HackChrome:Go 語言實現的從 Chrome 中獲取自動保存的用戶名密碼工具。目前僅支持 Windows Chrome 中存儲的密碼,但是很有意思還可以學習怎麼用 Go 調用 DLL 動態鏈接庫的姿勢

10、seaweedfs:一款基於 Go 開發的部署方便、使用簡單且強大的分佈式文件系統

11、fate:起中文名工具,去吧!算名先生

Java 項目

12、JApiDocs:一個無需額外註解、開箱即用的 SpringBoot 接口文檔生成工具。特性:

  • 代碼即文檔
  • 支持導出 HTML
  • 同步導出客戶端 Model 代碼
  • 等等

13、PowerJob:基於 Akka 架構的新一代分佈式任務調度與計算框架。支持 CRON、API、固定頻率、固定延遲等調度策略,支持單機、廣播、MapReduce 等多種執行模式,支持在線任務治理與運維,提供 Shell、Python、Java 等功能豐富的任務處理器,提供工作流來編排任務解決依賴關係,使用簡單,功能強大,文檔齊全。同類產品對比:

JavaScript 項目

14、react-trello:任務狀態管理面板組件。實現了拖拽方式管理任務狀態,點擊即可編輯任務內容

15、perfume.js:用於測量第一個 dom 生成的時間、用戶最早可操作時間和組件的生命周期性能的庫。示例代碼:

perfume.start('fibonacci');
fibonacci(400);
perfume.end('fibonacci');
// Perfume.js: fibonacci 0.14 ms

16、Mongood:MongoDB 圖形化的管理工具。特性:

  • 基於微軟 Fluent UI,支持自動黑暗模式
  • 支持完整的 Mongo-shell 數據類型和查詢語法,利用索引實現的自動查詢和排序
  • 支持 Json 數據庫模式,既可用於 Server 也可用於 Client

17、TimeCat:一款 JS 的網頁錄屏工具。參考了遊戲錄像的原理而實現的渲染引擎,生成的錄像文件只有傳統視頻的百分之一!還可以在錄製語音的同時自動生成字幕,導出的視頻文件可以跨端播放。目前已經開發一段時間,後續還將實現更多有意思的功能,歡迎持續關注。在線預覽

18、react-visual-editor:基於 React 組件的可視化拖拽、搭建頁面的代碼生成工具。所見即所得,可以完美還原 UI 設計搞,並支持多款型號手機(可配置)和 PC 效果展示,模板功能可以使你分享你的頁面或者頁面中局部任何部分組件組合,減少相似頁面的重複操作。效果如下:

19、elevator.js:一個 back to top 返回頂部的插件。如他的名字一樣,網頁在返回頂部過程中像電梯向上運行,當頁面返回到頂部時,會有電梯“到達”的提示音。叮~頁面已到達頂部

PHP 項目

20、code6:一款 GitHub 代碼泄露監控系統,通過定期掃描 GitHub 發現代碼泄露行為。特性:

  • 全可視化界面,操作部署簡單
  • 支持 GitHub 令牌管理及智能調度
  • 掃描結果信息豐富,支持批量操作
  • 任務配置靈活,可單獨配置任務掃描參數
  • 支持白名單模式,主動忽略白名單倉庫

Python 項目

21、rich:一個讓你的終端輸出變得“花里胡哨”的三方庫。我的一位前輩告訴我,不要整那些花里胡哨的主題和樣式,這是在自尋煩惱。可是臣妾做不到啊,這麼好看的終端輸出,讓我的心情都愉悅起來了。瞧那性感的語法高亮、整齊的表格、舒服的顏色、進度條等,一切都是值得的

22、poetry:Python 虛擬環境、依賴管理工具。依賴管理工具有很多,我相上了它有三點:通過單文件 pyproject.toml 便可輕鬆的區別安裝、管理開發和正式環境、有版本鎖定可方便回滾、輸出界面簡單清爽。當然它還是個“新生兒”,嘗鮮的風險還是有的,選擇須謹慎

23、free-python-games:真入門級的 Python 遊戲集合庫。都是簡單的小遊戲:貪吃蛇、迷宮、Pong、猜字等,運行方便、代碼簡單易懂。用遊戲開啟的你 Python 學習之旅,玩完再學源碼,其樂無窮啊。安裝運行:

pip install freegames
python -m freegames.snake # freegames.遊戲名

24、py2sec:一款輕量級跨平台 Python “加密”、加速的腳本工具。原理是基於 Cython 將 .py 編譯成 run-time libraries 文件:.so(Linux && Mac)或 .pyd(Win),一定程度上實現了“加密”保護源代碼的功能。參數詳解如下:

-v,  --version    显示 py2sec 版本
-h,  --help       显示幫助菜單
-p,  --pyth       Python 的版本,默認為你的 Python 命令綁定的 Python 版本
-d,  --directory  Python 項目路徑(如果使用 -d 參數,將編譯整個 Python 項目)
-f,  --file       Python文件(如果使用 -f,將編譯單個 Python 文件)
-m,  --maintain   標記你不想編譯的文件或文件夾路徑
-x  --nthread     編譯啟用的線程數
-q  --quiet       靜默模式,默認 False
-r  --release     Release 模式,清除所有中間文件,只保留加密結果文件,默認 False
python py2sec.py -f test.py
python py2sec.py -f example/test1.py -r
python py2sec.py -d example/ -m test1.py,bbb/

25、oxfs:一個基於 sftp 協議的 fuse 網絡文件系統,功能上類似於 sshfs。特性:

  • 引入了異步併發讀遠端文件機制,提高了文件首次讀速度。
  • 緩存持久化到本地磁盤,下次掛載時訪問更加快速。
  • 異步任務負責同步文件,避免低速的網絡讀寫阻塞上層應用。

Swift 項目

26、Aerial:炫酷的蘋果系統屏保項目。該屏保視頻取材自蘋果零售店 Apple TV 的專用屏保,航拍質量超棒,快換上試試吧。直接下載 Aerial.saver.zip 文件,解壓后雙擊文件“即可食用”

其它

27、shan-shui-inf:自動生成一副山水畫

28、kuboard-press:一款基於 Kubernetes 的微服務管理界面。包含文檔、教程、管理界面和實戰分享

29、vscode-rainbow-fart:一款在你編程時花式誇你的 VSCode 擴展插件。可以根據代碼關鍵字,播放貼近代碼意義的真人語音,並且有一個醒目的項目名字“彩虹屁”

30、flink-training-course:Flink 視頻直播教程回放集合

31、raft-zh_cn:《分佈式 Raft 一致性算法論文》中文翻譯

32、GitHub-Chinese-Top-Charts:每周更新一次的 GitHub 中文項目排行榜

開源書籍

33、go-ast-book:《Go語法樹入門:開啟自製編程語言和編譯器之旅》

機器學習

34、Surprise:一款簡單易用基於 Python scikit 的推薦系統。如果你想用 Python 上手做一套推薦系統,那你可以試試它

35、djl:亞馬遜開源的一款基於 Java 語言的深度學習框架。對於 Java 開發者而言,可以在 Java 中開發及應用原生的機器學習和深度學習模型,同時簡化了深度學習開發的難度。通過 DJL 提供直觀的、高級的 API,Java 開發人員可以訓練自己的模型,或者利用數據科學家用 Python 預先訓練好的模型來進行推理。如果您恰好是對學習深度學習感興趣的 Java 開發者,那麼這個項目完全對口。運行效果如下:

36、data-science-ipython-notebooks:數據科學的 IPython 集合。包含:TensorFlow、Theano、Caffe、scikit-learn、Spark、Hadoop、MapReduce、matplotlib、pandas、SciPy 等方方面面

最後

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【asp.net core 系列】14 .net core 中的IOC

0.前言

通過前面幾篇,我們了解到了如何實現項目的基本架構:數據源、路由設置、加密以及身份驗證。那麼在實現的時候,我們還會遇到這樣的一個問題:當我們業務類和數據源越來越多的時候,我們無法通過普通的構造對象的方法為每個實例進行賦值。同時,傳統意義上的賦值遇到底層切換或者其他修改的時候,就需要修改大量的代碼,對改變不友好。為了改變這種現狀,我們基於面向接口編程,然後使用一些DI功能和IOC框架。

1. IOC和DI

先來給大家解釋幾個概念,IOC全稱Inversion of Control,翻譯過來就是控制反轉,是面向對象編程的一種設計原則,用來降低代碼之間的耦合度。所謂的控制反轉簡單來講就是將類中屬性或者其他參數的初始化交給其他方處理,而不是直接使用構造函數。

public class Demo1
{
}

public class Demo2
{
	public Demo1 demo;
}

對於以上簡單示例代碼中,在Demo2類中持有了一個Demo1的實例。如果按照之前的情況來講,我們會通過以下方法為demo賦值:

// 方法一
public Demo1 demo = new Demo1();
// 方法二
public Demo2()
{
    demo = new Demo1();
}

這時候,如果Demo1變成下面的樣子:

public class Demo1
{
    public Demo1(Demo3 demo3)
    {
        // 隱藏
    }
}
public class Demo3
{
}

那麼,如果Demo2 沒有持有一個Demo3的實例對象,這時候創建Demo1的時候就需要額外構造一個Demo3。如果Demo3需要持有另外一個類的對象,那麼Demo2中就需要多創建一個對象。最後就會發現這樣就陷入了一個構造“地獄”(我發明的詞,指這種為了一個對象卻得構造一大堆其他類型的對象)。

實際上,對於Demo2並不關心Demo1的實例對象是如何獲取的,甚至都不關心它是不是Demo1的子類或者接口實現類。我在示例中使用了類,但這裏可以同步替換成Interface,替換之後,Demo2在調用Demo1的時候,還需要知道Demo1有實現類,以及實現類的信息。

為了解決這個問題,一些高明的程序員們提出了將對象的創建這一過程交給第三方去操作,而不是調用類來創建。於是乎,上述代碼就變成了:

public class Demo2
{
    public Demo1 Demo {get;set;}
    public Demo2(Demo1 demo)
    {
        Demo = demo;
    }
}

似乎並沒有什麼變化?對於Demo2來說,Demo2從此不再負責Demo1的創建,這個步驟交由Demo2的調用方去創建,Demo2從此從負責維護Demo1這個對象的大麻煩中解脫了。

但實際上構造地獄的問題還是沒有解決,只不過是通過IOC的設計將這一步后移了。這時候,那些大神們想了想,不如開發一個框架這些實體對象吧。所以就出現了很多IOC框架:AutoFac、Sping.net、Unity等。

說到IOC就不得不提一下DI(Dependency Injection)依賴注入。所謂的依賴注入就是屬性對應實例通過構造函數或者使用屬性由第三方進行賦值。也就是最後Demo2的示例代碼中的寫法。

早期IOC和DI是指一種技術,後來開始確定這是不同的描述。IOC描述的是一種設計模式,而DI是一種行為。

2. 使用asp.net core的默認IOC

在之前的ASP.NET 框架中,微軟並沒有提供默認的IOC支持。在最新的asp.net core中微軟提供了一套IOC支持,該支持在命名空間:

Microsoft.Extensions.DependencyInjection

里,在代碼中引用即可。

主要通過以下幾組方法實現:

public static IServiceCollection AddScoped<TService>(this IServiceCollection services) where TService : class;
public static IServiceCollection AddSingleton<TService>(this IServiceCollection services) where TService : class;
public static IServiceCollection AddTransient<TService>(this IServiceCollection services) where TService : class;

這裏只列出了這三組方法的一種重載版本。

這三組方法分別代表三種生命周期:

  • AddScored 表示對象的生命周期為整個Request請求
  • AddTransient 表示每次從服務容器進行請求時創建的,適合輕量級、 無狀態的服務
  • AddSingleton 表示該對象在第一次從服務容器請求后獲取,之後就不會再次初始化了

這裏每組方法只介紹了一個版本,但實際上每個方法都有以下幾個版本:

public static IServiceCollection AddXXX<TService>(this IServiceCollection services) where TService : class;
public static IServiceCollection AddXXX(this IServiceCollection services, Type serviceType, Type implementationType);
public static IServiceCollection AddXXX(this IServiceCollection services, Type serviceType, Func<IServiceProvider, object> implementationFactory);
public static IServiceCollection AddXXX<TService, TImplementation>(this IServiceCollection services)
            where TService : class
            where TImplementation : class, TService;
public static IServiceCollection AddXXX(this IServiceCollection services, Type serviceType);
public static IServiceCollection AddXXX<TService>(this IServiceCollection services, Func<IServiceProvider, TService> implementationFactory) where TService : class;
public static IServiceCollection AddXXX<TService, TImplementation>(this IServiceCollection services, Func<IServiceProvider, TImplementation> implementationFactory)
            where TService : class
            where TImplementation : class, TService;

其中:implementationFactory 表示通過一個Provider實現TService/TImplementation 的工廠方法。當方法指定了泛型的時候,會自動依據泛型參數獲取要注入的類型信息,如果沒有使用泛型則必須手動傳入參數類型。

asp.net core如果使用依賴注入的話,需要在Startup方法中設置,具體內容可以參照以下:

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    //省略其他代碼
    services.AddScoped<ISysUserAuthRepository,SysUserAuthRepository>();
}

asp.net core 為DbContext提供了不同的IOC支持,AddDbContext:

public static IServiceCollection AddDbContext<TContext>(
      this IServiceCollection serviceCollection,
      Action<DbContextOptionsBuilder> optionsAction = null,
      ServiceLifetime contextLifetime = ServiceLifetime.Scoped,
      ServiceLifetime optionsLifetime = ServiceLifetime.Scoped)
      where TContext : DbContext;

使用方法如下:

services.AddDbContext<DefaultContext>();

3. AutoFac 使用

理論上,asp.net core的IOC已經足夠好了,但是依舊原諒我的貪婪。如果有二三百個業務類需要我來設置的話,我寧願不使用IOC。因為那配置起來就是一場極其痛苦的過程。不過,可喜可賀的是AutoFac可以讓我免收這部分的困擾。

這裏簡單介紹一下如何使用AutoFac作為IOC管理:

cd Web  # 切換目錄到Web項目
dotnet package add Autofac.Extensions.DependencyInjection # 添加 AutoFac的引用

因為asp.net core 版本3更改了一些邏輯,AutoFac的引用方式發生了改變,現在不介紹之前版本的內容,以3為主。使用AutoFac需要先在 Program類里設置以下代碼:

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    		Host.CreateDefaultBuilder(args)
    		.UseServiceProviderFactory(new AutofacServiceProviderFactory()) // 添加這行代碼
    		.ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
			{
                webBuilder.UseStartup<Startup>();
            });

在Program類里啟用AutoFac的一個Service提供工廠類。然後在Startup類里添加如下方法:

public void ConfigureContainer(ContainerBuilder builder)
{
    builder.RegisterType<DefaultContext>().As<DbContext>()
                .WithParameter("connectStr","Data Source=./demo.db")
                .InstancePerLifetimeScope();
            

    builder.RegisterAssemblyTypes(Assembly.Load("Web"))
        .Where(t => t.BaseType.FullName.Contains("Filter"))
        .AsSelf();

    builder.RegisterAssemblyTypes(Assembly.Load("Domain"),
                    Assembly.Load("Domain.Implements"), Assembly.Load("Service"), Assembly.Load("Service.Implements"))
                .AsSelf()
                .AsImplementedInterfaces()
                .InstancePerLifetimeScope()
                .PropertiesAutowired();
}

修改:

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddControllersWithViews(options =>
            {
                options.Filters.Add<UnitOfWorkFilterAttribute>();
            }).AddControllersAsServices();// 這行新增
    // 省略其他
}

4. 總結

這一篇簡單介紹了如何在Asp.net Core中啟用IOC支持,並提供了兩種方式,可以說是各有優劣。小夥伴們根據自己需要選擇。後續會為大家詳細深入AutoFac之類IOC框架的核心秘密。

更多內容煩請關注我的博客《高先生小屋》

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與特斯拉 Mddel X 比拼 奧迪 2018 年左右將推純電動車

國外媒體美國汽車新聞網報導,奧迪將推出全新的純電動 SUV 車型與特斯拉 Model X 車型競爭,但奧迪認為插電混合動力車型才是目前新能源汽車市場最理想的車型。   奧迪將在 2018 年左右發布一款續航里程可達到 498 公里的純電動 SUV,將採用全新的造型設計理念,基於第二代 MLB 平台研發,並藉鑑新一代奧迪 Q5 車型的部分技術與設計。奧迪全新的純電動 SUV 車型將可在 20 分鐘內完成 80% 的充電,續航里程超過特斯拉 Model X 車型,對其構成不小的威脅。   不過,奧迪執行長斯泰德(Rupert Stadler)近日表示在未來的 10 至 15 年內,插電混合動力汽車將是消費者選擇新能源汽車時的首選車型。插電混合動力車型使用一台汽油引擎或柴油引擎和一台電動機聯合驅動,有一定的純電動續航里程,十分適合消費者在市區中駕駛。但是斯泰德同時表示隨著充電網絡建設的繼續,消費者未來對電動車的接受程度將增加。      

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韓擬投資電動車及儲能 1.83 兆韓元 預計 2017 年起由民間主導新能源

據韓國產業通商資源部日前發表「活絡能源新產業及開發核心技術之規則」指出,韓國政府 2015 年將投入 1 兆 8,300 億韓元於電動車及能源儲存系統(ESS)等能源新產業領域,預計於 2017 年創造本土規模達 4 兆 6,000 億韓元規模的能源新產業市場、及 1 萬 4,000 個工作機會。   韓國今年在能源新產業領域投入的資金,分別由政府及公共機關出資 5,670 億韓元與 4,640 億韓元,民間企業則出資 8,020 億韓元。而具體的投資對象包括使用太陽能及風力發電之「能源自立島」、使用農家畜產廢棄物轉換為能源資源之「環保能源小鎮」及可減少消費者購買負擔之「電池型電動車租賃」等 8 大項目。   此外,韓國政府也計劃活絡剩餘電量可回賣電力市場的「需求資源交易市場」。產業通商資源部並表示,韓國將鼓勵民間將投資轉向能源新產業,以達成能源新產業市場自 2017 年起由民間主導的目標。

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(七) SpringBoot起飛之路-整合SpringSecurity(Mybatis、JDBC、內存)

興趣的朋友可以去了解一下前五篇,你的贊就是對我最大的支持,感謝大家!

(一) SpringBoot起飛之路-HelloWorld

(二) SpringBoot起飛之路-入門原理分析

(三) SpringBoot起飛之路-YAML配置小結(入門必知必會)

(四) SpringBoot起飛之路-靜態資源處理

(五) SpringBoot起飛之路-Thymeleaf模板引擎

(六) SpringBoot起飛之路-整合JdbcTemplate-Druid-MyBatis

說明:

  • 這一篇的目的還是整合,也就是一個具體的實操體驗,原理性的沒涉及到,我本身也沒有深入研究過,就不獻醜了

  • SpringBoot 起飛之路 系列文章的源碼,均同步上傳到 github 了,有需要的小夥伴,隨意去 down

    • https://github.com/ideal-20/Springboot-Study-Code
  • 才疏學淺,就會點淺薄的知識,大家權當一篇工具文來看啦,不喜勿憤哈 ~

(一) 初識 Spring Security

(1) 引言

權限以及安全問題,雖然並不是一個影響到程序、項目運行的必須條件,但是卻是開發中的一項重要考慮因素,例如某些資源我們不想被訪問到或者我們某些方法想要滿足指定身份才可以訪問,我們可以使用 AOP 或者過濾器來實現要求,但是實際上,如果代碼涉及的邏輯比較多以後,代碼是極其繁瑣,冗餘的,而有很多開發框架,例如 Spring Security,Shiro,已經為我們提供了這種功能,我們只需要知道如何正確配置以及使用它了

(2) 基本介紹

先看一下官網的介紹

Spring Security is a powerful and highly customizable authentication and access-control framework. It is the de-facto standard for securing Spring-based applications.

Spring Security是一個功能強大且高度可定製的身份驗證和訪問控制框架。它是保護基於spring的應用程序的實際標準。

Spring Security is a framework that focuses on providing both authentication and authorization to Java applications. Like all Spring projects, the real power of Spring Security is found in how easily it can be extended to meet custom requirements

Spring Security是一個框架,側重於為Java應用程序提供身份驗證和授權。與所有Spring項目一樣,Spring安全性的真正強大之處在於它很容易擴展以滿足定製需求

簡單的說,Spring Security 就是一個控制訪問權限,強大且完善的框架

Web 應用的安全性包括用戶認證(Authentication)和用戶授權(Authorization)兩個部分,同時它們也是 Spring Security 提供的核心功能

用戶認證:用戶認證就是指這個用戶身份是否合法,一般我們的用戶認證就是通過校驗用戶名密碼,來判斷用戶身份的合法性,確定身份合法后,用戶就可以訪問該系統

用戶授權:如果不同的用戶需要有不同等級的權限,就涉及到用戶授權,用戶授權就是對用戶能訪問的資源,所能執行的操作進行控制,根據不同用戶角色來劃分不同的權限

(二) 靜態頁面導入 And 環境搭建

(1) 關於靜態頁面

A:頁面介紹

頁面是我自己臨時弄得,有需要的朋友可以去我 GitHub:ideal-20 下載源碼,簡單說明一下這個頁面

做一個靜態頁面如果嫌麻煩,也可以單純的自己創建一些簡單的頁面,寫幾個標題文字,能體現出當前是哪個頁面就好了

我代碼中用的這些頁面,就是拿開源的前端組件框架進行了一點的美化,然後方便講解一些功能,頁面模板主要是配合 Thymeleaf

1、目錄結構

├── index.html                        // 首頁
├── images                            // 首頁圖片,僅美觀,無實際作用
├── css                               // 上線項目文件,放在服務器即可正常訪問
├── js                                // 項目截圖
├── views                             // 總子頁面文件夾,權限驗證的關鍵頁面
│   ├── login.html					  // 自製登錄頁面(用來替代 Spring Security 默認的 )
│   ├── L-A							  // L-A 子頁面文件夾,下含 a b c 三個子頁面
│   │   ├── a.html
│   │   ├── b.html
│   │   ├── c.html
|	├── L-B							  // L-B 子頁面文件夾,下含 a b c 三個子頁面
│   │   ├── a.html
│   │   ├── b.html
│   │   ├── c.html
|	├── L-C							  // L-C 子頁面文件夾,下含 a b c 三個子頁面
│   │   ├── a.html
│   │   ├── b.html
│   │   ├── c.html

B:導入到項目

主要就是把基本一些鏈接,引入什麼的先替換成 Thymeleaf 的標籤格式,這裏語法用的不是特別多,即使對於 Thymeleaf 不是很熟悉也是很容易看懂的,當然如果仍然感覺有點吃力,可以單純的做成 html,將就一下,或者去看一下我以前的文章哈,裏面有關於 Thymeleaf 入門的講解

css、image、js 放到 resources –> static 下 ,views 和 index.html 放到 resources –> templates下

(2) 環境搭建

A:引入依賴

這一部分引入也好,初始化項目的時候,勾選好自動生成也好,只要依賴正常導入了即可

  • 引入 Spring Security 模塊
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>

關鍵的依賴主要就是上面這個啟動器,但是還有一些就是常規或者補充的了,例如 web、thymeleaf、devtools

thymeleaf-extras-springsecurity5 這個後面講解中會提到,是用來配合 Thymeleaf 整合 Spring Security 的

<dependency>
    <groupId>org.thymeleaf.extras</groupId>
    <artifactId>thymeleaf-extras-springsecurity5</artifactId>
    <version>3.0.4.RELEASE</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-thymeleaf</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
    <scope>runtime</scope>
    <optional>true</optional>
</dependency>

B:頁面跳轉 Controller

因為我們用了模板,頁面的跳轉就需要交給 Controller 了,很簡單,首先是首頁的,當然關於頁面這個就無所謂了,我隨便跳轉到了我的博客,接着還有一個登錄頁面的跳轉

有一個小 Tip 需要提一下,因為 L-A、L-B、L-C 文件夾下都有3個頁面 a.html 、b.html 、c.html,所以可以利用 @PathVariable 寫一個較為通用的跳轉方法

@Controller
public class PageController {

    @RequestMapping({"/", "index"})
    public String index() {
        return "index";
    }

    @RequestMapping("/about")
    public String toAboutPage() {
        return "redirect:http://www.ideal-20.cn";
    }

    @RequestMapping("/toLoginPage")
    public String toLoginPage() {
        return "views/login";
    }

    @RequestMapping("/levelA/{name}")
    public String toLevelAPage(@PathVariable("name") String name) {
        return "views/L-A/" + name;
    }

    @RequestMapping("/levelB/{name}")
    public String toLevelBPage(@PathVariable("name") String name) {
        return "views/L-B/" + name;
    }

    @RequestMapping("/levelC/{name}")
    public String toLevelCPage(@PathVariable("name") String name) {
        return "views/L-C/" + name;
    }
}

C:環境搭建最終效果

  • 為了貼圖方便,我把頁面拉窄了一點
  • 首頁右上角應該為登錄的鏈接,這裡是因為,我運行的是已經寫好的代碼,不登錄頁面例如 L-A-a 等模塊就显示不出來,所以拿一個定義好的管理員身份登陸了
  • 關於如何使其自動切換显示登陸還是登錄后信息,在後面會講解

1、首頁

2、子頁面

L-A、L-B、L-C 下的 a.html 、b.html 、c.html 都是一樣的,只是文字有一點變化

3、登陸頁面

(三) 整合 Spring Security (內存中)

這一部分,為了簡化一些,容易理解一些,沒有從帶數據的場景出發(因為涉及代碼少一些,所以講解會多一點),而是直接將一些身份等等寫死了,寫到了內存中,方便理解,接着會在下一個標題中給出含有數據庫的寫法(講解會少一些,重點只說一些與前一種的不同點)

(1) 配置授權內容

A:源碼了解用戶授權方式

可以去官網看一下,官網有提供給我們一些樣例,其中有一個關於配置類的小樣例,也就是下面這個,我們通過這個例子,展開分析

https://docs.spring.io/spring-security/site/docs/5.3.2.RELEASE/reference/html5/#jc-custom-dsls

@EnableWebSecurity
public class Config extends WebSecurityConfigurerAdapter {
    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .apply(customDsl())
                .flag(true)
                .and()
            ...;
    }
}

1、創建 config –> SecurityConfig 配置類

  • 創建一個配置類,像官網中一樣,繼承 WebSecurityConfigurerAdapter
  • 類上添加 @EnableWebSecurity 註解,代表開啟WebSecurity模式
  • 重寫 configure(HttpSecurity http) 方法
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
	@Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        super.configure(http);
    }
}

既然是重寫,那麼我們可以點進去,看一下父類中關於 configure(HttpSecurity http) 方法的源碼註釋,它有很多有用的信息

我摘選出這麼兩小段,第一段的意思就是 ,我們想要使用 HttpSecurity ,要通過重寫,不能通過 super 調用,否則會有覆蓋問題,第二段就是給出了一個默認的配置方式

* Override this method to configure the {@link HttpSecurity}. Typically subclasses
* should not invoke this method by calling super as it may override their

* configuration. The default configuration is:
* http.authorizeRequests().anyRequest().authenticated().and().formLogin().and().httpBasic();

2、按照源碼的註釋分析

我們先按照剛才看到的註釋寫出來,首先能看到,它是支持一個鏈式調用的

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
            .anyRequest().authenticated()
            .and().formLogin()
            .and().httpBasic();
}
  • 通過字面意思也很好理解,authorizeRequests 是關於請求授權的,所以要涉及到關於請求授權(允許指定身份用戶訪問不同權限的資源)的問題就需要調用了

  • 其次,anyRequest().authenticated() 也就是說所有HTTP請求都需要被認證

  • 接着看,通過 and() 連接了一些新的內容,例如選擇表單登錄還是 HTTPBasic 的方式(這裏認證的過程就是讓你輸入用戶名密碼,檢測你的身份,兩種方式表單或者那種彈窗)

Basic認證是一種較為簡單的HTTP認證方式,客戶端通過明文(Base64編碼格式)傳輸用戶名和密碼到服務端進行認證,通常需要配合HTTPS來保證信息傳輸的安全

給大家演示一下:

  • 如果不指定一種認證方式 .and().formLogin() 或者 .and().httpBasic() 訪問任何頁面都會提示 403 禁止訪問的錯誤
  • 指定 .and().formLogin() 認證,彈出一個表單頁面(自帶的,和自己創建的沒關係)
  • 指定 .and().httpBasic(); 認證,彈出一個窗口進行 HTTPBasic 認證

B:自定製用戶授權

1、先看源碼註釋

默認配置,設定了所有 HTTP 請求 都需要進行認證,所以我們在訪問首頁等的時候也會被攔截,但是實際情況下,有一些頁面是可以被任何人訪問的,例如首頁,或者自定義的登陸的等頁面,這時候需要用自己定義一些用戶授權的規則

在 WebSecurityConfigurerAdapter 的 formLogin() 註釋附近,又看到了一個有意思的內容

注:&quot 代表引號

* 		http
* 			.authorizeRequests(authorizeRequests ->
* 				authorizeRequests
* 					.antMatchers(&quot;/**&quot;).hasRole(&quot;USER&quot;)
* 			)

這就是我們想要找的,自定義的配置,通過一個一個 antMatchers 進行匹配,通過 hasRole 來規定其合法的身份,也就是說只有滿足這個身份的用戶才能訪問前面規定的路徑資源

Matchers 前面的 ant 前綴代表着,他可以用 ant 風格的路徑表達式(舉例的時候就能看懂了)

通配符 說明
? 匹配任何單字符
* 匹配0或者任意數量的字符
** 匹配0或者更多的目錄

補充: 如果想用正則表達式的方式,可以用這個方法 .regexMatchers()

當然了,有很多情況下,你想要讓任何人都可以訪問某個路徑,例如首頁,permitAll() 方法 就可以達到這種效果,在這裏補充一些常用的方法

  • permitAll() :允許任何訪問

  • denyAll():拒絕所有訪問

  • anonymous():允許匿名用戶訪問

  • authenticated() :允許認證的用戶進行訪問

  • hasRole(String) :如果用戶具備給定角色(用戶組)的話,就允許訪問/

  • hasAnyRole(String…) :如果用戶具有給定角色(用戶組)中的一個的話,允許訪問.

  • rememberMe() :如果用戶是通過Remember-me功能認證的,就允許訪問

  • fullyAuthenticated():如果用戶是完整認證的話(不是通過Remember-me功能認證的),就允許訪問

  • hasAuthority(String):如果用戶具備給定權限的話就允許訪問

  • hasAnyAuthority(String…) :如果用戶具備給定權限中的某一個的話,就允許訪問

  • hasIpAddress(String) :如果請求來自給定ip地址的話,就允許訪問.

  • not() :對其他訪問結果求反

說明:hasAnyAuthority(“ROLE_ADMIN”) 和 hasRole(“ADMIN”) 的區別就是,後者會自動使用 它會自動使用 “ROLE_” 前綴

2、我們來定製一下用戶授權

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
	http.authorizeRequests()
        	.antMatchers("/").permitAll()
        	.antMatchers("/levelA/**").hasRole("vip1")
        	.antMatchers("/levelB/**").hasRole("vip2")
        	.antMatchers("/levelC/**").hasRole("vip3")
        	.and().formLogin();
}

我們上面代碼的意思就是,當訪問 /levelA/ /levelB/ /levelC/ 這三個路徑下面的任意文件(這裡有 a/b/c.html)都需要認證,身份分別是對應 vip1、vip2、vip3,而其他頁面,就可以隨便訪問了

很顯然,雖然說規定了授權的內容,也就是哪些權限的用戶,可以訪問哪些資源,但是我們由於並沒有配置用戶的信息(合法的或者非法的),所以自然,前面的登錄頁面,都是會直接報錯的,下面我們來分析一下,如何進行認證

(2) 配置認證內容

A:源碼了解用戶認證方式

剛才的授權部分,我們重寫了 configure(HttpSecurity http) 方法,我們繼續看看重寫方法中,有沒有可能幫助我們驗證身份,進行用戶認證的方法,我們首先來看這個方法 configure(AuthenticationManagerBuilder auth)

先去看一下源碼的註釋(此部分的格式,我稍微修改了一下,方便觀看):

這是其中他局舉的一個例子,其實這個就是我們想要的,看註釋也可以看出來,他就是用來在內存中啟用基於用戶名的身份驗證的

* protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) {
*  auth
*  // enable in memory based authentication with a user named
*  // &quot;user&quot; and &quot;admin&quot;
*  		.inMemoryAuthentication()
*   		.withUser(&quot;user&quot;)
*    			.password(&quot;password&quot;)
*    			.roles(&quot;USER&quot;).and()
*        	.withUser(&quot;admin&quot;)
*    			.password(&quot;password&quot;)
*    			.roles(&quot;USER&quot;, &quot;ADMIN&quot;);
* }

照貓畫虎,我們也先這麼做

B:自定製用戶認證

代碼如下:

//定義認證規則
@Override
protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
    auth.inMemoryAuthentication().passwordEncoder(new BCryptPasswordEncoder())
            .withUser("admin")
        		.password(new BCryptPasswordEncoder().encode("666"))
        		.roles("vip1", "vip2", "vip3")
            .and()
            .withUser("ideal-20")
        		.password(new BCryptPasswordEncoder().encode("666"))
        		.roles("vip1", "vip2")
            .and()
            .withUser("jack")
        		.password(new BCryptPasswordEncoder().encode("666"))
        		.roles("vip1");
}

我們就是照着例子打的,但是,其中我們又加入了編碼的問題,它要求必須進行編碼,否則會報錯,官方推薦的是bcrypt加密方式,我們這裏就用這種,當然自己用常見的 MD5 等等都是可以的,可以自己寫一個工具類

到這裏,測試一下,實際上就可以按照身份的不同,從而擁有訪問不同路徑資源你的權限了,主要的功能已經實現了,下面補充一些,更加友好的功能,例如登錄註銷按鈕的显示,以及記住密碼等等

(3) 註銷問題

1、註銷配置

當然了,前面因為已經有很多配置了,所以可以通過 .and() 進行連接,例如 .and().xxx,或者像下面給出的,單獨再寫一個 http.xxx

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
   ......
    // 註銷配置
	http.logout().logoutSuccessUrl("/")
}

上面短短一句的代碼, logout() 代表開啟了註銷的配置,logoutSuccessUrl(“/”),代表註銷成功后,返回的頁面,我們令其註銷后回到首頁

前台的頁面中,我已經給出了註銷的按鈕的代碼,當然這不是固定的,不同的 ui 框架,不同的模板引擎都是不一樣的,但是路徑是 /logout

<a class="item" th:href="@{/logout}">
  <i class="address card icon"></i> 註銷
</a>

(4) 根據身份權限显示組件

A:登錄、註銷的显示

還有這樣一種問題,右上角,未登錄的時候,應該显示登陸按鈕,登錄后,應該显示用戶信息,以及註銷等等,這一部分,主要是頁面這邊的問題

显示的條件其實很簡單,就是判斷是否認證了,認證了就取出一些值,沒認證就显示登陸

1、這時,我們就需要引入一個 Thymeleaf 配合 Spring Security 的一個依賴 (當然了如果是別的技術,就不一樣了)

地址如下:

https://mvnrepository.com/artifact/org.thymeleaf.extras/thymeleaf-extras-springsecurity5

<dependency>
    <groupId>org.thymeleaf.extras</groupId>
    <artifactId>thymeleaf-extras-springsecurity5</artifactId>
    <version>3.0.4.RELEASE</version>
</dependency>

2、導入命名空間

引入這個文件的目的,就是為了在頁面寫權限判斷等相關的內容的時候可以有提示

<html lang="en" xmlns:th="http://www.thymeleaf.org"
      xmlns:sec="http://www.thymeleaf.org/extras/spring-security">

3、修改導航欄邏輯

<!--登錄註銷-->
<div class="right menu">

  <!--如果未登錄-->
  <div sec:authorize="!isAuthenticated()">
    <a class="item" th:href="@{/toLoginPage}">
      <i class="address card icon"></i> 登錄
    </a>
  </div>

  <!--如果已登錄-->
  <div sec:authorize="isAuthenticated()">
    <a class="item">
      <i class="address card icon"></i>
      用戶名:<span sec:authentication="principal.username"></span>
      <!--角色:<span sec:authentication="principal.authorities"></span>-->
    </a>
  </div>

  <div sec:authorize="isAuthenticated()">
    <a class="item" th:href="@{/logout}">
      <i class="address card icon"></i> 註銷
    </a>
  </div>
</div>

B:組件面板的显示

上面的代碼,解決了導航欄的問題,但是例如我們首頁中,一些板塊,對於不同的用戶的显示也是不同的嗎

正如上面的例子,沒有登錄的用戶,是不能訪問了 /levelA/、 /levelB/、 /levelC/ 下面的任何文件的,只有登錄的用戶,根據權限的大小,才能訪問某一個,或者所有

而我們首頁部分的三個面板就是用來显示這三塊的鏈接,對於沒有足夠身份的人,實際上显示這個面板就已經是多餘了,當然,你可以選擇显示,但是如果想要根據身份显示面板怎麼做呢?

關鍵就是在 div 中添加了這樣一句權限的代碼,沒有這個指定的身份,這個面板就不會显示sec:authorize="hasRole('vip1')"

<div class="column" sec:authorize="hasRole('vip1')">
  <div class="ui raised segments">
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelA/a}">L-A-a</a>
    </div>
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelA/b}">L-A-b</a>
    </div>
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelA/c}">L-A-c</a>
    </div>
  </div>
</div>
<div class="column" sec:authorize="hasRole('vip2')">
  <div class="ui raised segments">
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelB/a}">L-B-a</a>
    </div>
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelB/b}">L-B-b</a>
    </div>
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelB/c}">L-B-c</a>
    </div>
  </div>
</div>
<div class="column" sec:authorize="hasRole('vip3')">
  <div class="ui raised segments">
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelC/a}">L-A-a</a>
    </div>
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelC/b}">L-C-b</a>
    </div>
    <div class="ui segment">
      <a th:href="@{/levelC/c}">L-C-c</a>
    </div>
  </div>
</div>

演示一下:

(5) 記住用戶

如果重啟瀏覽器后,就需要重新登錄,對於一部分用戶來說,他們認為是麻煩的,所以很多網站登錄時都提供記住用戶這種選項

1、一個簡單的配置就可以達到目的,這種情況下,默認的登陸頁面,就會多出一個記住用戶的單選框

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
	......
	//記住用戶
    http.rememberMe();
}

2、但是如果,登陸頁面是自定義(下面講)的怎麼辦呢?,其實只要修改為如下配置即可,

//定製記住我的參數!
http.rememberMe().rememberMeParameter("remember");

上面的 remember 對應 input 中的 name 屬性值

<input type="checkbox" name="remember"/>
<label>記住密碼</label>

3、它做了哪些事情呢?

可以打開頁面的控制台看一下,實際上配置后,用戶選擇記住密碼后,會自動幫我們增加一個 cookie 叫做 remember-me,過期時間為 14 天,當註銷的時候,這個 cookie 就會被刪除了

(6) 定製登錄頁面

1、配置

自帶的登陸頁面確實,還是比較丑的,版本更低一些的,更是不美觀,如果想要使用自己定製的登陸頁面,可以加入下面的配置

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
	......
	// 登陸表單提交請求
    http.formLogin()
	.usernameParameter("username")
	.passwordParameter("password")
	.loginPage("/toLoginPage")
	.loginProcessingUrl("/login")
}
  • .loginPage("/toLoginPage") 就是說,當你訪問一些需要用戶權限認證的頁面時,就會發起這個請求,到你的登錄頁面
  • .loginProcessingUrl("/login") 就是表單中,真正要提交請求的一個路徑
  • 其餘兩個就是關於用戶名和密碼的一個獲取,其值和頁面中用戶名密碼的 name 屬性值一致

2、頁面跳轉

前面我們就提過這個,回顧一下

@RequestMapping("/toLoginPage")
public String toLoginPage() {
    return "views/login";
}

3、自定義登錄頁面的表單提交 action 設置

<form id="login" class="ui fluid form segment" th:action="@{/login}" method="post">
	......
</form>

(7) 關閉csrf

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
	......
	//關閉csrf功能:跨站請求偽造,默認只能通過post方式提交logout請求
	http.csrf().disable();
}

(四) 整合 Spring Security (JDBC)

因為配置內存中的用戶還是相對簡單一些的,所以一些細節也都說了一下,基於上面的基礎,來看一下 如何用 JDBC 實現上面的功能,當然了這部分只能算補充,基本不會這麼用的,下面的整合 MyBatis 才是常用的()

(1) 創建表以及數據

這裏創建了三個字段,用戶名,密碼,還有角色,插入數據的時候密碼是使用了 md5 加密(自己寫了一個工具類)

這裏更合理了一些,我把權限定義為了普通用戶、普通管理員、超級管理員(自己設計都行)

-- ----------------------------
-- Table structure for user
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `user`;
CREATE TABLE `user`  (
  `uid` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '用戶名',
  `password` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '密碼',
  `roles` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '角色',
  PRIMARY KEY (`uid`)
)

-- ----------------------------
-- Records of user
-- ----------------------------
INSERT INTO `user` VALUES (1, 'superadmin', 'FAE0B27C451C728867A567E8C1BB4E53', 'ROLE_SUPER_ADMIN');
INSERT INTO `user` VALUES (2, 'admin', 'FAE0B27C451C728867A567E8C1BB4E53', 'ROLE_ADMIN');
INSERT INTO `user` VALUES (3, 'ideal-20', 'FAE0B27C451C728867A567E8C1BB4E53', 'ROLE_USER');

(2) 創建實體

我使用了 lombok,不過自己寫 get set 構造方法 也是一樣的

@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class User {
    private Integer uid;
    private String username;
    private String password;
    private String roles;
}

(3) 配置授權內容

這部分沒什麼區別

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
            .antMatchers("/").permitAll()
            .antMatchers("/levelA/**").hasAnyRole("USER","ADMIN","SUPER_ADMIN")
            .antMatchers("/levelB/**").hasAnyRole("ADMIN","SUPER_ADMIN")
            .antMatchers("/levelC/**").hasRole("SUPER_ADMIN")
            .and().formLogin()

            // 登陸表單提交請求
            .and().formLogin()
            .usernameParameter("username")
            .passwordParameter("password")
            .loginPage("/toLoginPage")
            .loginProcessingUrl("/login")
            //註銷
            .and().logout().logoutSuccessUrl("/")
            //記住我
            .and().rememberMe().rememberMeParameter("remember")
            //關閉csrf功能:跨站請求偽造,默認只能通過post方式提交logout請求
            .and().csrf().disable();
}

(4) 配置認證內容

A:配置數據庫

spring:
  datasource:
    username: root
    password: root99
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/springboot_security_test?serverTimezone=Asia/Shanghai&useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver

server:
  port: 8082

B:具體配置

以幾個注意的地方:

  • 查詢語句都是通過 username 查詢

  • usersByUsernameQuery()方法里的參數一定要有一個 true 的查詢結果,所以我直接在查詢語句中寫了一個 true

  • MD5 工具類,是我以前一個項目中整理的,加鹽的部分,我給註釋掉了,因為我測試的時候簡單點

  • DataSource dataSource 要在前面注入進來(選擇 sql 的)

//定義認證規則
@Override
protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {

auth.jdbcAuthentication()
            .dataSource(dataSource)
            .usersByUsernameQuery("select username,password,true from user where username = ?")
            .authoritiesByUsernameQuery("select username,roles from user where username = ?")
            .passwordEncoder(new PasswordEncoder() {
                @Override
                public String encode(CharSequence rawPassword) {
                    return MD5Util.MD5EncodeUtf8((String) rawPassword);
                }

                @Override
                public boolean matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword) {
                    return encodedPassword.equals(MD5Util.MD5EncodeUtf8((String) rawPassword));
                }
            });
}

C:MD5工具類

package cn.ideal.utils;

import java.security.MessageDigest;

/**
 * @ClassName: MD5Util
 * @Description: MD5 加密工具類
 * @Author: BWH_Steven
 * @Date: 2020/4/27 16:46
 * @Version: 1.0
 */
public class MD5Util {

    private static String byteArrayToHexString(byte b[]) {
        StringBuffer resultSb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < b.length; i++)
            resultSb.append(byteToHexString(b[i]));

        return resultSb.toString();
    }

    private static String byteToHexString(byte b) {
        int n = b;
        if (n < 0)
            n += 256;
        int d1 = n / 16;
        int d2 = n % 16;
        return hexDigits[d1] + hexDigits[d2];
    }

    /**
     * 返回大寫MD5
     *
     * @param origin
     * @param charsetname
     * @return
     */
    private static String MD5Encode(String origin, String charsetname) {
        String resultString = null;
        try {
            resultString = new String(origin);
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            if (charsetname == null || "".equals(charsetname))
                resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString.getBytes()));
            else
                resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString.getBytes(charsetname)));
        } catch (Exception exception) {
        }
        return resultString.toUpperCase();
    }

    public static String MD5EncodeUtf8(String origin) {
//        origin = origin + PropertiesUtil.getProperty("password.salt", "");
        return MD5Encode(origin, "utf-8");
    }

    private static final String hexDigits[] = {"0", "1", "2", "3", "4", "5",
            "6", "7", "8", "9", "a", "b", "c", "d", "e", "f"};
}

D:修改頁面

到這裏,JDBC 的整合方式就成功了,至於前面的頁面只需要根據我們自己設計的權限進行修改,別的地方和前面內存中的方式是一樣的

<div class="ui stackable three column grid">
  <div class="column" sec:authorize="hasAnyRole('USER','ADMIN','SUPER_ADMIN')">
    <div class="ui raised segments">
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelA/a}">L-A-a</a>
      </div>
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelA/b}">L-A-b</a>
      </div>
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelA/c}">L-A-c</a>
      </div>
    </div>
  </div>
  <div class="column" sec:authorize="hasAnyRole('ADMIN','SUPER_ADMIN')">
    <div class="ui raised segments">
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelB/a}">L-B-a</a>
      </div>
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelB/b}">L-B-b</a>
      </div>
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelB/c}">L-B-c</a>
      </div>
    </div>
  </div>
  <div class="column" sec:authorize="hasRole('SUPER_ADMIN')">
    <div class="ui raised segments">
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelC/a}">L-C-a</a>
      </div>
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelC/b}">L-C-b</a>
      </div>
      <div class="ui segment">
        <a th:href="@{/levelC/c}">L-C-c</a>
      </div>
    </div>
  </div>
  <!-- <div class="column"></div> -->
</div>

(五) 整合 Spring Security (MyBatis)

因為這部分內容是比較常用的,所以,我盡可能給的完善一些

(1) 添加依賴

像 lombok、commons-lang3 都不是必須的,都是可以使用原生的一些手段替代的,寫到那裡我會提的

<dependency>
    <groupId>org.thymeleaf.extras</groupId>
    <artifactId>thymeleaf-extras-springsecurity5</artifactId>
    <version>3.0.4.RELEASE</version>
</dependency>

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

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.projectlombok</groupId>
    <artifactId>lombok</artifactId>
    <optional>true</optional>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-security</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
    <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>2.1.2</version>
</dependency>

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-devtools</artifactId>
    <scope>runtime</scope>
    <optional>true</optional>
</dependency>

(2) 創建表

和 JDBC 部分用同樣的表

三個字段,用戶名,密碼,還有角色,插入數據的時候密碼是使用了 md5 加密(自己寫了一個工具類)

這裏更合理了一些,我把權限定義為了普通用戶、普通管理員、超級管理員(自己設計都行)

-- ----------------------------
-- Table structure for user
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `user`;
CREATE TABLE `user`  (
  `uid` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '用戶名',
  `password` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '密碼',
  `roles` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '角色',
  PRIMARY KEY (`uid`)
)

-- ----------------------------
-- Records of user
-- ----------------------------
INSERT INTO `user` VALUES (1, 'superadmin', 'FAE0B27C451C728867A567E8C1BB4E53', 'ROLE_SUPER_ADMIN');
INSERT INTO `user` VALUES (2, 'admin', 'FAE0B27C451C728867A567E8C1BB4E53', 'ROLE_ADMIN');
INSERT INTO `user` VALUES (3, 'ideal-20', 'FAE0B27C451C728867A567E8C1BB4E53', 'ROLE_USER');

(3) 整合 MyBatis

在進行 Spring Security 的配置前,最好先把 MyBatis 先整合好,這樣等會只考慮 Spring Security 的問題就可以了

說明:這部分我盡可能簡化了,例如連接池就用默認的,如果這部分感覺還是有點問題,可以參考一下我前幾篇,關於整合 MyBatis 的文章

A:配置數據庫

spring:
  datasource:
    username: root
    password: root99
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/springboot_security_test?serverTimezone=Asia/Shanghai&useUnicode=true&characterEncoding=utf-8
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver

mybatis:
  mapper-locations: classpath:mapper/*Mapper.xml
  type-aliases-package: cn.ideal.pojo

server:
  port: 8081

B:配置 Mapper 以及 XML

UserMapper

@Mapper
public interface UserMapper {
    User queryUserByUserName(String username);
}

mapper/UserMapper.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<!DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN" "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd" >
<mapper namespace="cn.ideal.mapper.UserMapper">
    <select id="queryUserByUserName" parameterType="String" resultType="cn.ideal.pojo.User">
         select * from user where username = #{username}
    </select>
</mapper>

這裏就不演示測試了,是沒有問題的

(4) 配置授權內容

這部分沒什麼好說的,和前面的都一樣,解釋在內存中配置用戶時已經詳細說過了

@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
    http.authorizeRequests()
            .antMatchers("/").permitAll()
            .antMatchers("/levelA/**").hasAnyRole("USER","ADMIN","SUPER_ADMIN")
            .antMatchers("/levelB/**").hasAnyRole("ADMIN","SUPER_ADMIN")
            .antMatchers("/levelC/**").hasRole("SUPER_ADMIN")
            .and().formLogin()

            // 登陸表單提交請求
            .and().formLogin()
            .usernameParameter("username")
            .passwordParameter("password")
            .loginPage("/toLoginPage")
            .loginProcessingUrl("/login")
            //註銷
            .and().logout().logoutSuccessUrl("/")
            //記住我
            .and().rememberMe().rememberMeParameter("remember")
            //關閉csrf功能:跨站請求偽造,默認只能通過post方式提交logout請求
            .and().csrf().disable();
}

(5) 配置認證內容

A:創建 UserService

創建一個類,實現 UserDetailsService,其實主要就是為了 loadUserByname 方法,在這個類中,我們可以注入 mapper 等等,去查用戶,如果查不到,就還留在這個頁面,如果查到了,做出一定邏輯后(例如判空等等),就會把用戶信息封裝到 Spring Security 自己的的 User類中去,Spring Security 拿前台的數據和它比較,做出操作,例如認證成功或者錯誤

注意:

  • StringUtils 是 commons.lang3 下的,使用需要導包,我們用了一個判空功能,不想用的話,用原生的是一個道理,這不是重點
  • 注意區分自己的 User 和 Spring Security 的 User
@Service
public class UserService<T extends User> implements UserDetailsService{

    @Autowired
    private UserMapper userMapper;

    @Override
    public UserDetails loadUserByUsername(String username) throws UsernameNotFoundException {
        User user = userMapper.queryUserByUserName(username);
        if (username == null){
            throw  new UsernameNotFoundException("用戶名不存在");
        }

        List<SimpleGrantedAuthority> authorityList = new ArrayList<>();
        String role = user.getRoles();
        if (StringUtils.isNotBlank(role)){
            authorityList.add(new SimpleGrantedAuthority(role.trim()));
        }
        return new org.springframework.security.core.userdetails
            .User(user.getUsername(),user.getPassword(),authorityList);
    }
}

B:修改配置類

這裏也很熟悉,我們調用就可以調用 userDetailsService 了,同樣還需要指定編碼相關的內容 實例化 PasswordEncoder,就需要重寫 encode、 matches

//定義認證規則
@Override
protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
    auth.userDetailsService(userService).passwordEncoder(new PasswordEncoder() {
        @Override
        public String encode(CharSequence rawPassword) {
            return MD5Util.MD5EncodeUtf8((String) rawPassword);
        }

        @Override
        public boolean matches(CharSequence rawPassword, String encodedPassword) {
            return encodedPassword.equals(MD5Util.MD5EncodeUtf8((String) rawPassword));
        }
    });
}

C:MD5 工具類補充

其實上面已經給出了,但是怕大家看起來不方便,這裏再貼一下

MD5 工具類,是我以前一個項目中整理的,加鹽的部分,我給註釋掉了,因為我測試的時候可以簡單點

package cn.ideal.utils;

import java.security.MessageDigest;

/**
 * @ClassName: MD5Util
 * @Description: MD5 加密工具類
 * @Author: BWH_Steven
 * @Date: 2020/4/27 16:46
 * @Version: 1.0
 */
public class MD5Util {

    private static String byteArrayToHexString(byte b[]) {
        StringBuffer resultSb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < b.length; i++)
            resultSb.append(byteToHexString(b[i]));

        return resultSb.toString();
    }

    private static String byteToHexString(byte b) {
        int n = b;
        if (n < 0)
            n += 256;
        int d1 = n / 16;
        int d2 = n % 16;
        return hexDigits[d1] + hexDigits[d2];
    }

    /**
     * 返回大寫MD5
     *
     * @param origin
     * @param charsetname
     * @return
     */
    private static String MD5Encode(String origin, String charsetname) {
        String resultString = null;
        try {
            resultString = new String(origin);
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            if (charsetname == null || "".equals(charsetname))
                resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString.getBytes()));
            else
                resultString = byteArrayToHexString(md.digest(resultString.getBytes(charsetname)));
        } catch (Exception exception) {
        }
        return resultString.toUpperCase();
    }

    public static String MD5EncodeUtf8(String origin) {
//        origin = origin + PropertiesUtil.getProperty("password.salt", "");
        return MD5Encode(origin, "utf-8");
    }

    private static final String hexDigits[] = {"0", "1", "2", "3", "4", "5",
            "6", "7", "8", "9", "a", "b", "c", "d", "e", "f"};
}

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深入解讀Dictionary

Dictionary<TKey,TValue>是日常.net開發中最常用的數據類型之一,基本上遇到鍵值對類型的數據時第一反應就是使用這種散列表。散列表特別適合快速查找操作,查找的效率是常數階O(1)。那麼為什麼這種數據類型的查找效率能夠這麼高效?它背後的數據類型是如何支撐這種查找效率的?它在使用過程中有沒有什麼局限性?一起來探究下這個數據類型的奧秘吧。

本文內容針對的是.Net Framework 4.5.1的代碼實現,在其他.Net版本中或多或少都會有些差異,但是基本的原理還是相同的。

本文的內容主要分為三個部分,第一部分是從代碼的角度來分析並以圖文並茂的方式通俗的解釋Dictionary如何解決的散列衝突並實現高效的數據插入和查找。第二部分名為“眼見為實”,由於第一部分是從代碼層面分析Dictionary的實現,側重於理論分析,因此第二部分使用windbg直接分析內存結構,跟第一部分的理論分析相互印證,加深對於這種數據類型的深入理解。最後是從數據結構的時間複雜度的角度進行分析並提出了幾條實踐建議。

本文內容:

  • 第一部分 代碼分析
    • 散列衝突
    • Dictionary圖文解析
    • Dictionary的初始化
    • 添加第四個元素
  • 第二部分 眼見為實
    • 添加第一個元素后的內存結構
    • 添加第四個元素后的內存結構
  • 第三部分
    • 時間複雜度分析
    • 實踐建議

散列衝突

提到散列表,就不能不提散列衝突。由於哈希算法被計算的數據是無限的,而計算后的結果範圍有限,因此總會存在不同的數據經過計算后得到的值相同,這就是哈希衝突。(兩個不同的數據計算后的結果一樣)。散列衝突的解決方案有好幾個,比如開放尋址法、鏈式尋址法。

Dictionary使用的是鏈式尋址法,也叫做拉鏈法。拉鏈法的基本思想是將散列值相同的數據存在同一個鏈表中,如果有散列值相同的元素,則加到鏈表的頭部。同樣道理,在查找元素的時候,先計算散列值,然後在對應散列值的鏈表中查找目標元素。

用圖來表達鏈式尋址法的思想:

Dictionary<TKey,TValue>的內部數據結構

Dictionary的內部存儲數據主要是依賴了兩個數組,分別是int[] bucketsEntry[] entries。其中buckets是Dictionary所有操作的入口,類似於上文中解說拉鏈法所用的圖中的那個豎著的數據結構。Entry是一個結構體,用於封裝所有的元素並且增加了next字段用於構建鏈表數據結構。為了便於理解,下文中截取了一段相關的源代碼並增加了註釋。

//數據在Dictionary<TKey,TValue>的存儲形式,所有的鍵值對在Dictionary<TKey,TValue>都是被包裝成一個個的Entry保存在內存中
private struct Entry {
    public int hashCode;    // 散列計算結果的低31位數,默認值為-1
    public int next;        // 下一個Entry的索引值,鏈表的最後一個Entry的next為-1
    public TKey key;        // Entry對象的Key對應於傳入的TKey
    public TValue value;    // Entry對象的Value對應與傳入的TValue
}

private int[] buckets;      //hashCode的桶,是查找所有Entry的第一級數據結構
private Entry[] entries;    //保存真正的數據

下文中以Dictionary<int,string>為例,分析Dictionary在使用過程中內部數據的組織方式。

Dictionary初始化

初始化代碼:

Dictionary<int, string> dictionary = new Dictionary<int, string>();

Dictionary的初始化時,bucketsentries的長度都是0。

添加一個元素

dictionary.Add(1, "xyxy");

向Dictionary中添加這個新元素大致經過了7個步驟:

  1. 首先判斷數組長度是否需要擴容(原長度為0,需要擴容);
  2. 對於數組進行擴容,分別創建長度為3的bucket數組和entries數組(使用大於原數組長度2倍的第一個素數作為新的數組長度);
  3. 整數1的hashcode為1;
  4. 取低31位數值為1(計算公式:hashcode & 0x7FFFFFFF=1);
  5. 該key的hashcode落到bucket下標為1的位置(計算公式:hashCode % buckets.Length=1);
  6. 將hashcode、key、value包裝起來(封裝到entries數組下標為0的結構體中);
  7. 設置bucket[1]的值為0(因為新元素被封裝到了entries數組下標為0的位置);

當向Dictionary中添加一個元素后,內部數據結構如下圖(為了便於理解,圖上將bucket和entries中各個鏈表頭結點用線標出了關聯關係):

添加第二個元素

dictionary.Add(7, "xyxy");

向Dictionary中添加這個元素大致經過了6個步驟:

  1. 計算7的hashcode是7;
  2. 取低31位數值為7(計算公式:hashcode & 0x7FFFFFFF=1);
  3. 該key的hashcode落到bucket下標為1的位置(計算公式:hashCode % buckets.Length=1);
  4. 將hashcode、key、value包裝起來(封裝到entries數組下標為1的結構體中,跟步驟3計算得到的1沒有關係,只是因為entries數組下標為1的元素是空着的所以放在這裏);
  5. 原bucket[1]為0,所以設置當前結構體的Entry.next為0;
  6. 設置bucket[1]為1(因為鏈表的頭部節點位於entries數組下標為1的位置)

當向Dictionary中添加第二個元素后,內部數據結構是這樣的:

添加第三個元素

dictionary.Add(2, "xyxy");

向Dictionary添加這個元素經過了如下5個步驟:

  1. 整數2計算的hashcode是2;
  2. hashcode取低31位數值為2(計算公式:hashcode & 0x7FFFFFFF=2);
  3. 該key的hashcode落到bucket下標為2的位置(計算公式:hashCode % buckets.Length=2);
  4. 將hashcode、key、value包裝起來(封裝到entries數組下標為2的結構體中,到此entries的數組就存滿了);
  5. 原bucket[2]上為-1,所以bucket[2]節點下並沒有對應鏈表,設置當前結構體的Entry.next為-1;
  6. 設置bucket[2]為2(因為鏈表的頭部節點位於entries數組下標為2的位置)

當向Dictionary中添加第三個元素后,內部數據結構:

添加第四個元素

dictionary.Add(4, "xyxy");

通過前面幾個操作可以看出,當前數據結構中entries數組中的元素已滿,如果再添加元素的話,會發生怎樣的變化呢?

假如再對於dictionary添加一個元素,原來申請的內存空間肯定是不夠用的,必須對於當前數據結構進行擴容,然後在擴容的基礎上再執行添加元素的操作。那麼在解釋這個Add方法原理的時候,分為兩個場景分別進行:數組擴容和元素添加。

數組擴容

在發現數組容量不夠的時候,Dictionary首先執行擴容操作,擴容的規則與該數據類型首次初始化的規則相同,即使用大於原數組長度2倍的第一個素數7作為新數組的長度(3*2=6,大於6的第一個素數是7)。

擴容步驟:

  1. 新申請一個容量為7的數組,並將原數組的元素拷貝至新數組(代碼:Array.Copy(entries, 0, newEntries, 0, count);
  2. 重新計算原Dictionary中的元素的hashCode在bucket中的位置(注意新的bucket數組中數值的變化);
  3. 重新計算鏈表(注意entries數組中結構體的next值的變化);

擴容完成后Dictionary的內容數據結構:

添加元素

當前已經完成了entriesbucket數組的擴容,有了充裕的空間來存儲新的元素,所以可以在新的數據結構的基礎上繼續添加元素。

當向Dictionary中添加第四個元素后,內部數據結構是這樣的:

添加這個新的元素的步驟:

  1. 整數4計算的hashcode是4;
  2. hashcode取低31位數值為4(計算公式:hashcode & 0x7FFFFFFF=4);
  3. 該key的hashcode落到bucket下標為4的位置(計算公式:hashCode % buckets.Length=4);
  4. 將hashcode、key、value包裝起來;(封裝到entries數組下標為3的結構體中);
  5. 原bucket[4]上為-1,所以當前節點下並沒有鏈表,設置當前結構體的Entry.next為-1;
  6. 設置bucket[4]為3(因為鏈表的頭部節點位於entries數組下標為3的位置)

眼見為實

畢竟本文的主題是圖文並茂分析Dictionary<Tkey,Tvalue>的原理,雖然已經從代碼層面和理論層面分析了Dictionary<Tkey,Tvalue>的實現,但是如果能夠分析這個數據類型的實際內存數據結果,可以獲得更直觀的感受並且對於這個數據類型能夠有更加深入的認識。由於篇幅的限制,無法將Dictionary<Tkey,Tvalue>的所有操作場景結果都進行內存分析,那麼本文中精選有代表性的兩個場景進行分析:一是該數據類型初始化后添加第一個元素的內存結構,二是該數據類型進行第一次擴容后的數據結構。

Dictionary添加第一個元素后的內存結構

執行代碼:

Dictionary<int, string> dic = new Dictionary<int, string>();
dic.Add(1, "xyxy");
Console.Read();

打開windbg附加到該進程(由於使用的是控制台應用程序,當前線程是0號線程,因此如果附加進程后默認的不是0號線程時執行~0s切換到0號線程),執行!clrstack -l查看當前線程及線程上使用的所有變量:

0:000> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x48b8 (0)
        Child SP               IP Call Site
0000006de697e998 00007ffab577c134 [InlinedCallFrame: 0000006de697e998] Microsoft.Win32.Win32Native.ReadFile(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr)
0000006de697e998 00007ffa96abc9c8 [InlinedCallFrame: 0000006de697e998] Microsoft.Win32.Win32Native.ReadFile(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr)
0000006de697e960 00007ffa96abc9c8 *** ERROR: Module load completed but symbols could not be loaded for C:\WINDOWS\assembly\NativeImages_v4.0.30319_64\mscorlib\5c1b7b73113a6f079ae59ad2eb210951\mscorlib.ni.dll
DomainNeutralILStubClass.IL_STUB_PInvoke(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr)

0000006de697ea40 00007ffa972d39ec System.IO.__ConsoleStream.ReadFileNative(Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle, Byte[], Int32, Int32, Boolean, Boolean, Int32 ByRef)
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>
        <no data>

0000006de697ead0 00007ffa972d38f5 System.IO.__ConsoleStream.Read(Byte[], Int32, Int32)
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>

0000006de697eb30 00007ffa96a882d4 System.IO.StreamReader.ReadBuffer()
    LOCALS:
        <no data>
        <no data>

0000006de697eb80 00007ffa97275f23 System.IO.StreamReader.Read()
    LOCALS:
        <no data>

0000006de697ebb0 00007ffa9747a2fd System.IO.TextReader+SyncTextReader.Read()

0000006de697ec10 00007ffa97272698 System.Console.Read()

0000006de697ec40 00007ffa38670909 ConsoleTest.DictionaryDebug.Main(System.String[])
    LOCALS:
        0x0000006de697ec70 = 0x00000215680d2dd8

0000006de697ee88 00007ffa97ba6913 [GCFrame: 0000006de697ee88] 

通過對於線程堆棧的分析很容易看出當前線程上使用了一個局部變量,地址為:0x000001d86c972dd8,使用!do命令查看該變量的內容:

0:000> !do 0x00000215680d2dd8
Name:        System.Collections.Generic.Dictionary`2[[System.Int32, mscorlib],[System.String, mscorlib]]
MethodTable: 00007ffa96513328
EEClass:     00007ffa9662f610
Size:        80(0x50) bytes
File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffa964a8538  4001887        8       System.Int32[]  0 instance 00000215680d2ee8 buckets
00007ffa976c4dc0  4001888       10 ...non, mscorlib]][]  0 instance 00000215680d2f10 entries
00007ffa964a85a0  4001889       38         System.Int32  1 instance                1 count
00007ffa964a85a0  400188a       3c         System.Int32  1 instance                1 version
00007ffa964a85a0  400188b       40         System.Int32  1 instance               -1 freeList
00007ffa964a85a0  400188c       44         System.Int32  1 instance                0 freeCount
00007ffa96519630  400188d       18 ...Int32, mscorlib]]  0 instance 00000215680d2ed0 comparer
00007ffa964c6ad0  400188e       20 ...Canon, mscorlib]]  0 instance 0000000000000000 keys
00007ffa977214e0  400188f       28 ...Canon, mscorlib]]  0 instance 0000000000000000 values
00007ffa964a5dd8  4001890       30        System.Object  0 instance 0000000000000000 _syncRoot

從內存結構來看,該變量中就是我們查找的Dic存在buckets、entries、count、version等字段,其中buckets和entries在上文中已經有多次提及,也是本文的分析重點。既然要眼見為實,那麼buckets和entries這兩個數組的內容到底是什麼樣的呢?這兩個都是數組,一個是int數組,另一個是結構體數組,對於這兩個內容分別使用!da命令查看其內容:

首先是buckets的內容:

0:000> !da -start 0 -details 00000215680d2ee8 
Name:        System.Int32[]
MethodTable: 00007ffa964a8538
EEClass:     00007ffa966160e8
Size:        36(0x24) bytes
Array:       Rank 1, Number of elements 3, Type Int32
Element Methodtable: 00007ffa964a85a0
[0] 00000215680d2ef8
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffa964a85a0
    EEClass:     00007ffa96616078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffa964a85a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                   -1     m_value
[1] 00000215680d2efc
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffa964a85a0
    EEClass:     00007ffa96616078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffa964a85a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                    0     m_value
[2] 00000215680d2f00
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffa964a85a0
    EEClass:     00007ffa96616078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffa964a85a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                   -1     m_value


當前buckets中有三個值,分別是:-1、0和-1,其中-1是數組初始化后的默認值,而下錶為1的位置的值0則是上文中添加dic.Add(1, "xyxy");這個指令的結果,代表其對應的鏈表首節點在entries數組中下標為0的位置,那麼entries數組中的數值是什麼樣子的呢?

0:000> !da -start 0 -details 00000215680d2f10 
Name:        System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Int32, mscorlib],[System.String, mscorlib]][]
MethodTable: 00007ffa965135b8
EEClass:     00007ffa9662d1f0
Size:        96(0x60) bytes
Array:       Rank 1, Number of elements 3, Type VALUETYPE
Element Methodtable: 00007ffa96513558
[0] 00000215680d2f20
    Name:        System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Int32, mscorlib],[System.String, mscorlib]]
    MethodTable: 00007ffa96513558
    EEClass:     00007ffa966304e8
    Size:        40(0x28) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffa964a85a0  4003502        8             System.Int32      1     instance                    1     hashCode
        00007ffa964a85a0  4003503        c             System.Int32      1     instance                   -1     next
        00007ffa964a85a0  4003504       10             System.Int32      1     instance                    1     key
        00007ffa964aa238  4003505        0           System.__Canon      0     instance     00000215680d2db0     value
[1] 00000215680d2f38
    Name:        System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Int32, mscorlib],[System.String, mscorlib]]
    MethodTable: 00007ffa96513558
    EEClass:     00007ffa966304e8
    Size:        40(0x28) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffa964a85a0  4003502        8             System.Int32      1     instance                    0     hashCode
        00007ffa964a85a0  4003503        c             System.Int32      1     instance                    0     next
        00007ffa964a85a0  4003504       10             System.Int32      1     instance                    0     key
        00007ffa964aa238  4003505        0           System.__Canon      0     instance     0000000000000000     value
[2] 00000215680d2f50
    Name:        System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Int32, mscorlib],[System.String, mscorlib]]
    MethodTable: 00007ffa96513558
    EEClass:     00007ffa966304e8
    Size:        40(0x28) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffa964a85a0  4003502        8             System.Int32      1     instance                    0     hashCode
        00007ffa964a85a0  4003503        c             System.Int32      1     instance                    0     next
        00007ffa964a85a0  4003504       10             System.Int32      1     instance                    0     key
        00007ffa964aa238  4003505        0           System.__Canon      0     instance     0000000000000000     value

通過對於entries數組的分析可以看出,這個數組也有三個值,其中下標為0的位置已經填入相關內容,比如hashCode為1,key為1,其中value的內容是一個內存地址:000001d86c972db0,這個地址指向的就是字符串對象,它的內容是xyxy,使用!do指令來看下具體內容:

0:000> !do  00000215680d2db0
Name:        System.String
MethodTable: 00007ffcc6b359c0
EEClass:     00007ffcc6b12ec0
Size:        34(0x22) bytes
File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String:      xyxy
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffcc6b385a0  4000283        8         System.Int32  1 instance                4 m_stringLength
00007ffcc6b36838  4000284        c          System.Char  1 instance               78 m_firstChar
00007ffcc6b359c0  4000288       e0        System.String  0   shared           static Empty

簡要分析擴容后的內存結構

此次執行的代碼為:

Dictionary<int, string> dic = new Dictionary<int, string>();
dic.Add(1, "xyxy");
dic.Add(7, "xyxy");
dic.Add(2, "xyxy");
dic.Add(4, "xyxy");
Console.Read();

同樣採取附加進程的方式分析這段代碼執行后的內存結構,本章節中忽略掉如何查找Dictionary變量地址的部分,直接分析buckets數組和entries數組的內容。

首先是buckets數組的內存結構:

0:000> !da -start 0 -details 0000019a471a54f8 
Name:        System.Int32[]
MethodTable: 00007ffcc6b38538
EEClass:     00007ffcc6ca60e8
Size:        52(0x34) bytes
Array:       Rank 1, Number of elements 7, Type Int32
Element Methodtable: 00007ffcc6b385a0
[0] 0000019a471a5508
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                    1     m_value
[1] 0000019a471a550c
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                    0     m_value
[2] 0000019a471a5510
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                    2     m_value
[3] 0000019a471a5514
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                   -1     m_value
[4] 0000019a471a5518
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                    3     m_value
[5] 0000019a471a551c
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                   -1     m_value
[6] 0000019a471a5520
    Name:        System.Int32
    MethodTable: 00007ffcc6b385a0
    EEClass:     00007ffcc6ca6078
    Size:        24(0x18) bytes
    File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
    Fields:
                      MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
        00007ffcc6b385a0  40005a2        0             System.Int32      1     instance                   -1     m_value

然後是entries的內存結構:

0:000> !da -start 0 -details 00000237effb2fa8 
Name:        System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Int32, mscorlib],[System.String, mscorlib]][]
MethodTable: 00007ffa965135b8
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Size:        192(0xc0) bytes
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從內存的結構來看,擴容后bucket數組中使用了下標為0、1、2和4這四個位置,entries中使用了0~3存儲了示例中添加的數據,符合前文中理論分析的結果,兩者相互之間具有良好的印證關係。

時間複雜度分析

時間複雜度表達的是數據結構操作數據的時候所消耗的時間隨着數據集規模的增長的變化趨勢。常用的指標有最好情況時間複雜度、最壞情況時間複雜度和均攤時間複雜度。那麼對於Dictionary<Tkey,TValue>來說,插入和查找過程中這些時間複雜度分別是什麼樣的呢?

最好情況時間複雜度:對於查找來說最好的是元素處於鏈表的頭部,查找效率不會隨着數據規模的增加而增加,因此該複雜度為常量階複雜度,即O(1);插入操作最理想的情況是數組中有空餘的空間,不需要進行擴容操作,此時時間複雜度也是常量階的,即O(1);

最壞情況時間複雜度:對於插入來說,比較耗時的操作場景是需要順着鏈表查找符合條件的元素,鏈表越長,查找時間越長(下文稱為場景一);而對於插入來說最壞的情況是數組長度不足,需要動態擴容並重新組織鏈表結構(下文稱為場景二);

場景一中時間複雜度隨着鏈表長度的增加而增加,但是Dictionary中規定鏈表的最大長度為100,如果有長度超過100的鏈表就需要擴容並調整鏈表結構,所以順着鏈表查找數據不會隨着數據規模的增長而增長,最大時間複雜度是固定的,因此時間複雜度還是常量階複雜度,即O(1);

場景二中時間複雜度隨着數組中元素的數量增加而增加,如果原來的數組元素為n個,那麼擴容時需要將這n個元素拷貝到新的數組中並計算其在新鏈表中的位置,因此該操作的時間複雜度是隨着數組的長度n的增加而增加的,屬於線性階時間複雜度,即O(n)。

綜合場景一和場景二的分析結果得出最壞情況時間複雜度出現在數據擴容過程中,時間複雜度為O(n)。

最好情況時間複雜度和最壞情況時間複雜度都過於極端,只能描述最好的情況和最壞的情況,那麼在使用過程中如何評價數據結構在大部分情況下的時間複雜度?通常對於複雜的數據結構可以使用均攤時間複雜度來評價這個指標。均攤時間複雜度適用於對於一個數據進行連續操作,大部分情況下時間複雜度都很低,只有個別情況下時間複雜度較高的場景。這些操作存在前後連貫性,這種情況下將較高的複雜度攤派到之前的操作中,一般均攤時間複雜度就相當於最好情況時間複雜度。

通過前面的分析可以看出Dictionary恰好就符合使用均攤時間複雜度分析的場景。以插入操作為例,假設預申請的entries數組長度為n,在第n+1次插入數據時必然會遇到一次數組擴容導致的時間消耗較高的場景。將這次較為複雜的操作的時間均攤到之前的n次操作后,每次操作時間的複雜度也是常量階的,因此Dictionary插入數據時均攤時間複雜度也是O(1)。

實踐建議

首先,Dictionary這種類型適合用於對於數據檢索有明顯目的性的場景,比如讀寫比例比較高的場景。其次,如果有大數據量的場景,最好能夠提前聲明容量,避免多次分配內存帶來的額外的時間和空間上的消耗。因為不進行擴容的場景,插入和查找效率都是常量階O(1),在引起擴容的情況下,時間複雜度是線性階O(n)。如果僅僅是為了存儲數據,使用Dictionary並不合適,因為它相對於List<T>具有更加複雜的數據結構,這樣會帶來額外的空間上面的消耗。雖然Dictionary<TKey,TValue>的TKey是個任意類型的,但是除非是對於判斷對象是否相等有特殊的要求,否則不建議直接使用自定義類作為Tkey。

總結

C#中的Dictionary<TKey,TValue>是藉助於散列函數構建的高性能數據結構,Dictionary解決散列衝突的方式是使用鏈表來保存散列值存在衝突的節點,俗稱拉鏈法。本文中通過圖文並茂的方式幫助理解Dictionary添加元素和擴容過程這兩個典型的應用場景,在理論分析之後使用windbg分析了內存中的實際結構,以此加深對於這種數據類型的深入理解。隨後在此基礎上分析了Dictionary的時間複雜度。Dictionary的最好情況時間複雜度是O(1),最壞情況複雜度是O(n),均攤時間複雜度是O(1),Dictionary在大多數情況下都是常量階時間複雜度,在內部數組自動擴容過程中會產生明顯的性能下降,因此在實際實踐過程中最好在聲明新對象的時候能夠預估容量,儘力避免數組自動擴容導致的性能下降。

參考資料

  • Dictionary<TKey,TValue>源代碼(.net framework4.8版本)
  • .NET中Dictionary<TKey, TValue>淺析
  • 解決hash衝突的三個方法
  • 算法複雜度分析(下):最好、最壞、平均、均攤等時間複雜度概述

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香港環保署:去年及今年首9月 空氣中二噁英濃度沒異常

摘錄自2019年11月17日香港電台網站、頭條日報報導

港警近月大量使用催淚彈,其中催淚彈不時出現大量火光,有民眾關注高溫會產生二噁英。二噁英是常見的持久性環境污染物,能在環境中長存數十年,不受破壞,毒性極高,會導致生育和發育問題、破壞免疫系統、干擾荷爾蒙分泌以及致癌。

香港環保署在中西區和荃灣設監測站,監測空氣中二噁英的濃度,但上月數字至今未更新。香港環保署表示,去年及今年至9月的數據顯示,二噁英日均濃度是每立方米0.009至0.086皮克,並沒發現有異常情況出現。香港環保署表示,現在沒有空氣中二噁英的濃度指引,但過去3年香港取得的二噁英濃度,遠低於加拿大安大略省的二噁英每立方米0.1皮克,和日本每立方米0.6皮克的指標。

參選「啟德中及南」選區候選人梁咏欣表示,近日收到居民反映,指有大量懷疑含有「二噁英」的雜物,被棄置在距離啟德約400米的宏照道路政署地盤內。她要求當局提供環境調查報告及實地分析數據,以確保附近環境不被有害物質污染。

香港環保署稱已將上月份收集的二噁英樣本,送交政府化驗所作化學分析,一般需數星期,預期於本月(11月)底會完成,收到報告後會盡快公布。

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無視巴黎氣候協定 全球化石燃料產量遠高於限制

摘錄自2019年11月20日中央通訊社報導

聯合國和頂尖研究團體今天(20日)發布報告警告,全球已規劃或準備進行的石油、天然氣和煤炭產量,將遠遠超越抑制全球暖化讓地球維持適合人居所需的產量目標。

聯合國環境規劃署(UN Environment Programme)和4個氣候變遷研究中心聯合發布報告指出,全球預計生產的化石燃料總量,較為了讓地表溫度較工業革命前水準升高不超過攝氏2度所容許的燃燒量,超出達50%。

若將地表升溫幅度限制在攝氏1.5度,則計劃中的化石燃料產量將較容許數量超出1倍多。2015年達成的巴黎氣候協定,要求將全球暖化限制在遠低於攝氏2度水準,可能的話僅升溫攝氏1.5度。

儘管截至目前全球僅升溫攝氏1度,但全世界已出現逐漸增強的致命熱浪、洪災和超級風暴,而超級風暴因海平面加速上升而破壞力更強大。研究人員警告,煤炭、石油和天然氣供應的「過度投資」,與未來數十年必須大幅縮減溫室氣體排放的目標,兩者直接相衝突。

聯合國去年發布的報告斷定,若要抑制地表升溫僅攝氏1.5度,則全球二氧化碳排放必須在2030年底前減少45%,並於2050年底前達到「淨零排放」。

斯德哥爾摩環境研究所(Stockholm Environment Institute)美國中心主任賴薩魯斯(Michael Lazarus)表示:「我們首次展現,巴黎(氣候協定的)溫度目標,和各國煤炭、石油和天然氣的生產計畫及政策,兩者間落差有多巨大。」

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前端工程師必備:從瀏覽器的渲染到性能優化

摘要:本文主要講談及瀏覽器的渲染原理、流程以及相關的性能問題。

問題前瞻

1. 為什麼css需要放在頭部?
2. js為什麼要放在body後面?
3. 圖片的加載和渲染會阻塞頁面DOM構建嗎?
4. dom解析完才出現頁面嗎?
5. 首屏時間根據什麼來判定?

瀏覽器渲染

1.瀏覽器渲染圖解

[來自google開發者文檔]

瀏覽器渲染頁面主要經歷了下面的步驟:

1.處理 HTML 標記並構建 DOM 樹。
2.處理 CSS 標記並構建 CSSOM 樹。
3.將 DOM 與 CSSOM 合併成一個渲染樹。
4.根據渲染樹來布局,以計算每個節點的幾何信息。
5.將各個節點繪製到屏幕上。

為構建渲染樹,瀏覽器大體上完成了下列工作:

從 DOM 樹的根節點開始遍歷每個可見節點。

某些節點不可見(例如腳本標記、元標記等),因為它們不會體現在渲染輸出中,所以會被忽略。
某些節點通過 CSS 隱藏,因此在渲染樹中也會被忽略,例如,上例中的 span 節點---不會出現在渲染樹中,---因為有一個顯式規則在該節點上設置了“display: none”屬性。
對於每個可見節點,為其找到適配的 CSSOM 規則並應用它們。

發射可見節點,連同其內容和計算的樣式。

根據以上解析,DOM樹和CSSOM樹的構建對於頁面性能有非常大的影響,沒有DOM樹,頁面基本的標籤塊都沒有,沒有樣式,頁面也基本是空白的。所以具體css的解析規則是什麼?js是怎麼影響頁面渲染的?了解了這些,我們才能有的放矢,對頁面性能進行優化。

2.css解析規則

1
<div id="div1">
2
<div class="a">
3
<div class="b">
4
...
5
</div>
6
<div class="c">
7
<div class="d">
8
...
9
</div>
10
<div class="e">
11
...
12
</div>
13
</div>
14
</div>
15
<div class="f">
16
<div class="c">
17
<div class="d">
18
...
19
</div>
20
</div>
21
</div>
22
</div>

 

1
#div1 .c .d {}
2
.f .c .d {}
3
.a .c .e {}
4
#div1 .f {}
5
.c .d{}

從左向右的匹配規則

從右向左的匹配規則

如果css從左向右解析,意味着我們需要遍歷更多的節點。不管樣式規則寫得多細緻,每一個dom結點仍然需要遍歷,因為整個style rules還會有其它公共樣式影響。如果從右向左解析,因為子元素只有一個父元素,所以能夠很快定位出當前dom符不符合樣式規則。

3.js加載和執行機制

首先明確一點,我們可以通過js去修改網頁的內容,樣式和交互等,這一意味着js會影響頁面的dom結構,如果js和dom構建并行執行,那麼很容易會出現衝突,所以js在執行時必然會阻塞dom和cssom的構建過程,不論是外部js還是內聯腳本。

js的位置是否影響dom解析?

首先我們為什麼提倡把js放在body標籤的後面去加載,因為從demo上看無論是放在head還是放在body后加載js,頁面domcontentload的時間都是一樣的:

我們從圖中可以看出js的加載和執行是阻塞dom解析的,但是因為頁面並不是一次就渲染完成,所以我們需要做的是盡量讓用戶看到首屏的部分被渲染出來,js放在頭部,則頁面的內容區域還沒有解析到就被阻塞了,導致用戶看到的是白屏,而js放在body後面,儘管此時頁面dom仍然沒有解析完成,但是已經渲染出一部分樓層了,這也是為什麼我們比較看重頁面的首屏時間。

只有DOM和CSSOM樹構建好后併合並成渲染樹才能開始繪製頁面圖形,那是不是把整個DOM樹和CSSOM樹構建好后才能開始繪製頁面?這顯然是不符合我們平時訪問頁面的認知的,實際上:

為達到更好的用戶體驗,呈現引擎會力求儘快將內容显示在屏幕上。它不必等到整個 HTML 文檔解析完畢之後,就會開始構建呈現樹和設置布局。在不斷接收和處理來自網絡的其餘內容的同時,呈現引擎會將部分內容解析並显示出來。

具體瀏覽器什麼時候進行首次繪製?可以查看本文對瀏覽器首次渲染時間點的探究。

4.圖片的加載和渲染機制

首先我們解答一下上面的問題:圖片的加載與渲染會不會阻塞頁面渲染?答案是圖片的加載和渲染不會影響頁面的渲染。

那麼標籤中的圖片和樣式中的圖片的加載和渲染時間是什麼樣的呢?

解析HTML【遇到標籤加載圖片】 —> 構建DOM樹
加載樣式 —> 解析樣式【遇到背景圖片鏈接不加載】 —> 構建樣式規則樹
加載javascript —> 執行javascript代碼
把DOM樹和樣式規則樹匹配構建渲染樹【遍歷DOM樹時加載對應樣式規則上的背景圖片】
計算元素位置進行布局
繪製【開始渲染圖片】

當然把DOM樹和樣式規則樹匹配構建渲染樹時,只會把可見元素和它對應的樣式規則結合一起產出到渲染樹,這就意味有不可見元素,當匹配DOM樹和樣式規則樹時,若發現一個元素的對應的樣式規則上有display:none,瀏覽器會認為該元素是不可見的,因此不會把該元素產出到渲染樹上。

性能優化

css優化

1.盡量減少層級

1
#div p.class {
2
color: red;
3
}
4

5
.class {
6
color: red;
7
}

層級減少,意味者匹配時遍歷的dom就少。
關於less嵌套的書寫規範也基於這個道理。

2.使用類選擇器而不是標籤選擇器

減少匹配次數

3.按需加載css

1
(function(){
2
window.gConfig = window.gConfig || {};
3
window.gConfig.isMobile = /iPhone|iPad|iPod|Android/i.test(navigator.userAgent);
4
var hClassName;
5
if(window.gConfig.isMobile){
6
hClassName = ' phone';
7

8
document.write('<link rel="stylesheet" href="https://res.hc-cdn.com/cpage-pep-discount-area-v6/2.0.24/m/index.css" />');
9
document.write('<link rel="preload" href="//res.hc-cdn.com/cpage-pep-discount-area-v6/2.0.24/m/index.js" crossorigin="anonymous" as="script" />');
10

11
}else{
12
hClassName = ' pc';
13

14
document.write('<link rel="stylesheet" href="https://res.hc-cdn.com/cpage-pep-discount-area-v6/2.0.24/pc/index.css" />');
15
document.write('<link rel="preload" href="//res.hc-cdn.com/cpage-pep-discount-area-v6/2.0.24/pc/index.js" crossorigin="anonymous" as="script" />');
16

17
}
18
var root = document.documentElement;
19
root.className += hClassName ;
20

21
})();

async 與 defer

[來自https://www.growingwiththeweb.com/2014/02/async-vs-defer-attributes.html]

使用

  • 如果腳本是模塊化的並且不依賴於任何腳本,請使用async。
  • 如果該腳本依賴於另一個腳本或由另一個腳本所依賴,則使用defer。

減少資源請求

瀏覽器的併發數量有限,所以為了減少瀏覽器因為優先加載很多不必要資源,以及網絡請求和響應時間帶來的頁面渲染阻塞時間,我們首先應該想到的是減少頁面加載的資源,能夠盡量用壓縮合併,懶加載等方法減少頁面的資源請求。

延遲加載圖像

儘管圖片的加載和渲染不會影響頁面渲染,但是為了盡可能地優先展示首屏圖片和減少資源請求數量,我們需要對圖片做懶加載。

1
document.addEventListener("DOMContentLoaded", function() {
2
let lazyImages = [].slice.call(document.querySelectorAll("img.lazy"));
3
let active = false;
4

5
const lazyLoad = function() {
6
if (active === false) {
7
active = true;
8

9
setTimeout(function() {
10
lazyImages.forEach(function(lazyImage) {
11
if ((lazyImage.getBoundingClientRect().top <= window.innerHeight && lazyImage.getBoundingClientRect().bottom >= 0) && getComputedStyle(lazyImage).display !== "none") {
12
lazyImage.src = lazyImage.dataset.src;
13
lazyImage.srcset = lazyImage.dataset.srcset;
14
lazyImage.classList.remove("lazy");
15

16
lazyImages = lazyImages.filter(function(image) {
17
return image !== lazyImage;
18
});
19

20
if (lazyImages.length === 0) {
21
document.removeEventListener("scroll", lazyLoad);
22
window.removeEventListener("resize", lazyLoad);
23
window.removeEventListener("orientationchange", lazyLoad);
24
}
25
}
26
});
27

28
active = false;
29
}, 200);
30
}
31
};
32

33
document.addEventListener("scroll", lazyLoad);
34
window.addEventListener("resize", lazyLoad);
35
window.addEventListener("orientationchange", lazyLoad);
36
});

詳情參考延遲加載圖像和視頻

大促活動實踐

2.1 懶加載與異步加載

懶加載與異步加載是大促活動性能優化的主要手段,直白的說就是把用戶不需要或者不會立即看到的頁面數據與內容全都挪到頁面首屏渲染完成之後去加載,極限減小頁面首屏渲染的數據加載量與js,css執行帶來的性能損耗。

2.1.1 導航下拉的異步加載

導航的下拉內容是一塊結構非常複雜的html片段,如果直接加載,瀏覽器渲染的時間會拖慢頁面整體的加載時間:

所有我們需要通過異步加載方式來獲取這段html片段,等頁面首屏渲染結束后再添加到頁面上,大致的代碼如下:

1
$.ajax({
2
url: url, async: false, timeout: 10000,
3
success: function (data) {
4
container.innerHTML = data;
5
var appendHtml = $('<div class="footer-wrapper">' + container.querySelector('#footer').innerHTML + '</div>');
6
var tempHtml = '<div style="display:none;">' + '<script type="text/html" id="header-lazyload-html-drop" class="header-lazyload-html" data-holder="#holder-drop">' + appendHtml.find('#header-lazyload-html-drop').html() + '<\/script><script type="text/html" id="header-lazyload-html-mbnav" class="header-lazyload-html" data-holder="#holder-mbnav">' + appendHtml.find('#header-lazyload-html-mbnav').html() + '<\/script></div>';
7
$('#footer').append(tempHtml);
8
feloader.onLoad(function () {
9
feloader.use('@cloud/common-resource/header', function () {
10
});
11
$('#footer').css('display', 'block');
12
});
13
},
14
error: function (XMLHttpRequest, textStatus, errorThrown) {
15
console.log(XMLHttpRequest.status, XMLHttpRequest.readyState, textStatus);
16
},
17
});

2.1.2 圖片懶加載

官網的cui套件中已經有lazyload的插件支持圖片懶加載,使用方法頁非常簡單:

1
<div class="list">
2
<img class="lazyload" data-src="http://www.placehold.it/375x200/eee/444/1" src="佔位圖片URL" />
3
<img class="lazyload" data-src="http://www.placehold.it/375x200/eee/444/2" src="佔位圖片URL" />
4
<img class="lazyload" data-src="http://www.placehold.it/375x200/eee/444/3" src="佔位圖片URL" />
5
<div class="lazyload" data-src="http://www.placehold.it/375x200/eee/444/3"></div>
6
...
7
</div>

從代碼我們差不多可以猜出圖片懶加載的原理,其實就是我們通過覆蓋img標籤src屬性,使得img標籤開始加載時由於沒有src的具體圖片地址而不去加載圖片,等到重要資源加載完之後,通過監聽onload的時間或者滾動條的滾動時機再去重寫對應標籤的src值來達到圖片懶加載:

1
/**
2
* load image
3
* @param {HTMLElement} el - the image element
4
* @private
5
*/
6
_load(el) {
7
let source = el.getAttribute(ATTR_IMAGE_URL);
8
if (source) {
9
let processor = this._config.processor;
10
if (processor) {
11
source = processor(source, el);
12
}
13

14
el.addEventListener('load', () => {
15
el.classList.remove(CLASSNAME);
16
});
17
// 判斷是否是什麼元素
18
if (el.tagName === 'IMG') {
19
el.src = source;
20
} else {
21
// 判斷source是不是一個類名,如果是類名的話,則加到class裏面去
22
if (/^[A-Za-z0-9_-]+$/.test(source)) {
23
el.classList.add(source);
24
} else {
25
let styles = el.getAttribute('style') || '';
26
styles += `;background-image: url(${source});`;
27
el.setAttribute('style', styles);
28
el.style.backgroundImage = source; // = `background-image: url(${source});`;
29
}
30
}
31

32
el.removeAttribute(ATTR_IMAGE_URL);
33
}
34
}

具體的插件代碼大家可以查看https://git.huawei.com/cnpm/lazyload

同時官網的頁腳部分也採用了採用其它的加載方式也實現了懶加載的效果,頁腳的圖片都在css中引用,想要延遲加載頁腳圖片就需要延遲加載頁腳的css,但是延遲加載css造成的後果就是頁面加載的一瞬間頁腳會因為樣式確實而显示錯亂,所以我們可以在css樣式加載前強勢隱藏掉頁腳部分,等css加載完成后,頁腳dom自帶的display:block會自動显示頁腳。(==因為頁腳的seo特性沒有對其進行懶加載==)

2.1.3 樓層內容的懶加載

基於xtpl自帶的懶加載能力,配合pep定製頁面模板的邏輯,我們可以實現html的懶加載。在頁面初次渲染的時候,只有每個樓層的大體框架和標題等關鍵信息,如果需要的話可以給默認圖片等佔位,或設置最小高度佔位,防止錨點定位失效。
當頁面滾動到該樓層的位置,js代碼方會執行,在初始化函數中,對該樓層的html進行加載,渲染,實現樓層圖片和html的懶加載,減少了首屏時間。
具體代碼如下:

1
<div class="nov-c6-cards j-content">
2
</div>

 

1
public render(){
2
this.$el.find('.j-content').html(new Xtemplate(tpl).render(mockData))
3
...
4
}

2.1.4 套餐數據懶加載

套餐數據的加載一直以來都是令人頭疼的,本次雙十一對於套餐腳本也做了優化,不僅對數據進行了緩存,同時也可以在指定的範圍進行套餐數據的渲染——和上述所說的樓層懶加載配合,可以做到未展示的樓層,套餐數據不請求,下拉框不渲染,詢價接口不調用,在首屏不出現大量套餐的情況下,可以大大提升首屏加載的性能。

2.2.資源整合

2.2.1.頁頭頁尾資源統一維護

基礎模板的優化涉及到資源的合併,壓縮與異步加載,dom的延遲加載和圖片的懶加載。首先我們給出官網基礎模板引用的一部分js資源的表格:

這部分js存在問題是分散在pep的各個資產庫路徑維護,有些壓縮了,有些沒有壓縮,js的加載也基本是順序執行,所以我們對這個部分的js和css資源進行了一個整合,進行的操作是遷移,合併,壓縮。

建立common-resource倉庫去統一維護管理頁頭頁腳及公共資源代碼。

2.2.2.合併加載方式相同的基礎功能js並壓縮

common.js

1
import './common/js/AGrid';
2
import './common/js/jquery.base64';
3
import './common/js/lang-tips';
4
import './common/js/setLocaleCookie';
5
import './common/js/pepDialog';

如上面代碼,將官網中用的分散的基礎功能js合併成一個common.js,經過伏羲流水線發布,cui套件會自動將js壓縮,這樣做的效果當然是減少官網頁面請求資源數,減小資源大小。

2.2.3.資源異步加載

觀察2.2.1中的表格可以發現,官網大部分js都是放在頭部或者是body后順序加載的,這些資源的加載時間必定是在DOMOnLoad之前

這些js都是會阻塞頁面的渲染,導致頁面首屏加載變慢,我們需要做的就是通過之前頭尾資源的整理得出哪些資源是可以在onload之後去加載的,這些我們就可以把頁面加載時不需要執行的js和css全部移到頁面渲染完成後去加載,少了這部分的js邏輯執行時的阻塞,頁面首屏渲染的時間也會大大降低。

通過cui套件中的feloader插件,我們可以比較便捷的控制js和css加載的時機:

1
feloader.onLoad(function () {
2
feloader.use([
3
'@cloud/link-to/index',
4
'@cloud/common-resource/uba',
5
'@cloud/common-resource/footer',
6
'@cloud/common-resource/header',
7
'@cloud/common-resource/common',
8
'@cloud/common-resource/prompt.css',
9
'@cloud/common-resource/footer.css',
10
]);
11
});

下圖可以明顯看到js的加載都轉移到onload之後了:

2.2.4 圖片壓縮

除了對設計給出的圖片有壓縮要求外,我們還通過對一部分不常更新的小圖標圖片進行base64編碼來減少頁面的圖片請求數量。

2.3預解析與預加載

除了延遲加載外,基礎模板還進行了諸如dns預解析,資源預加載的手段來提前解析dns和加載頁面資源。

2.3.1 DNS 預解析

當用戶訪問過官網頁面后,DNS預解析能夠使用戶在訪問雙十一活動頁之前提前進行DNS解析,從而減少雙十一活動頁面的dns解析時間,提高頁面的訪問性能,其實寫法也很簡單:

1
<link rel="dns-prefetch" href="//res.hc-cdn.com">
2
<link rel="dns-prefetch" href="//res-static1.huaweicloud.com">
3
<link rel="dns-prefetch" href="//res-static2.huaweicloud.com">
4
<link rel="dns-prefetch" href="//res-static3.huaweicloud.com">

2.3.2 preload 預加載

活動頁的部分js還使用了preload預加載的方式來提升頁面加載性能,preload的為什麼可以達到這種效果,我們需要看下面這段摘錄:

Preloader 簡介

HTML 解析器在創建 DOM 時如果碰上同步腳本(synchronous script),解析器會停止創建 DOM,轉而去執行腳本。所以,如果資源的獲取只發生在解析器創建 DOM時,同步腳本的介入將使網絡處於空置狀態,尤其是對外部腳本資源來說,當然,頁面內的腳本有時也會導致延遲。

預加載器(Preloader)的出現就是為了優化這個過程,預加載器通過分析瀏覽器對 HTML 文檔的早期解析結果(這一階段叫做“令牌化(tokenization)”),找到可能包含資源的標籤(tag),並將這些資源的 URL 收集起來。令牌化階段的輸出將會送到真正的 HTML 解析器手中,而收集起來的資源 URLs 會和資源類型一起被送到讀取器(fetcher)手中,讀取器會根據這些資源對頁面加載速度的影響進行有次序地加載。

基於以上原理,我們對官網相對重要的js資源進行preload預加載,以使得瀏覽器可以儘快地加載頁面所需的重要資源。

1
<link rel="preload" href="//res.hc-cdn.com/cnpm-feloader/1.0.6/feloader.js" as="script"/>
2
<link rel="preload" href="//polyfill.alicdn.com/polyfill.min.js?features=default,es6" as="script"/>
3
<link rel="preload" href="https://res-static3.huaweicloud.com/content/dam/cloudbu-site/archive/commons/3rdlib/jquery/jquery-1.12.4.min.js" as="script"/>
4
<link rel="preload" href="//res.hc-cdn.com/cnpm-wpk-reporter/1.0.6/wpk-performance.js" as="script"/>
5

6
<link rel="preload" href="//res.hc-cdn.com/cpage-pep-2019nov-promotion/1.1.15/components/activity-banner/images/banner_mb.jpg" as="image" media="(max-width: 767px)">

優化效果

3.總結

前端性能優化的方法手段並不僅限於文章陳述,官網前端團隊還會在前端性能優化的道路上學習更多,探索更多,將華為雲官網頁面的加載性能做到極致!

 

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