[045][Crypto模块]设计一个可扩展的加解密框架：策略模式与工厂模式实战
在企业级应用中，数据加解密是一个常见需求。然而，加密算法种类繁多（AES、RSA、SM2、SM4 等），且不同场景可能需要更换算法。如果每次都在业务代码中直接调用具体算法，会带来强耦合、难以维护等问题。本文通过一个基于 Spring Boot 的加解密框架设计，介绍如何利用策略模式与工厂模式构建一个可插拔、易扩展的加解密框架。
一、为什么要设计统一的加解密接口？
看一段常见的“坏味道”代码：
// 业务代码中直接依赖具体算法
String encrypted = AESUtil.encrypt(data, key);
String decrypted = AESUtil.decrypt(encrypted, key);
当需要从 AES 切换到 SM4，或者从 RSA 切换到 SM2 时，不得不修改所有调用的地方。更糟糕的是，不同算法需要的密钥格式、参数各不相同，业务代码会变得臃肿。
理想的框架应该：
- 提供统一的加解密接口，业务代码只依赖接口。
- 允许通过配置或注解动态切换算法。
- 支持对称加密、非对称加密、摘要（哈希）等不同类别。
- 易于扩展新算法。
二、核心接口设计：策略模式
首先定义所有加解密处理器都要实现的接口 CryptoProcessor：
public interface CryptoProcessor {
CryptoCategory getCategory(); // 返回算法类别，如 AES、RSA
SecretKey getSecretKey(); // 获取当前使用的密钥信息
CryptoProcessor newInstance(); // 创建新的处理器实例（自动生成密钥）
CryptoProcessor newInstance(SecretKey secretKey); // 指定密钥创建实例
String decrypt(String content);
String encrypt(String content);
}
这里使用了策略模式：每种算法（AES、SM2、RSA 等）都是一个具体的策略实现类，它们都遵循相同的接口。业务代码只需要持有 CryptoProcessor 引用，调用 encrypt/decrypt 即可，无需关心底层是哪种算法。
同理，摘要类接口单独定义：
public interface DigestProcessor {
DigestCategory getCategory();
SecretKey getSecretKey();
DigestProcessor newInstance();
DigestProcessor newInstance(SecretKey secretKey);
String digest(String content);
String digest(String content, Charset charset);
}
通过接口分离，加解密和摘要两类处理器可以分别管理。
三、工厂模式：统一查找与获取
有了多种策略实现，如何根据算法名称或类别快速获取对应的处理器？答案是工厂模式。框架中设计了 CryptoProcessorFactory：
public class CryptoProcessorFactory {
public static final CryptoProcessorFactory instance = new CryptoProcessorFactory();
protected EnumMap<CryptoCategory, CryptoProcessor> processors = new EnumMap<>(CryptoCategory.class);
public CryptoProcessor findProcessor(CryptoCategory category) {
CryptoProcessor processor = processors.get(category);
if (processor == null) {
throw new CryptoException("根据分类查找加解密处理器未找到, 分类是：" + category);
}
return processor;
}
public void setProcessors(Map<CryptoCategory, CryptoProcessor> processors) {
this.processors.putAll(processors);
}
}
EnumMap 保证了分类与处理器之间的高效映射。工厂以单例形式存在，方便在框架各处获取。
四、Spring 集成：自动注册策略实现
策略类和工厂都准备好了，如何让 Spring 容器自动将所有策略实现注册到工厂中？利用 Spring 的 ObjectProvider 和自动配置：
@Configuration
@EnableConfigurationProperties(CryptoProperties.class)
public class CryptoConfiguration {
@Bean
@ConditionalOnMissingBean
CryptoProcessorFactory cryptoProcessorFactory(ObjectProvider<CryptoProcessor> providers) {
Map<CryptoCategory, CryptoProcessor> processors =
providers.stream().collect(Collectors.toMap(CryptoProcessor::getCategory, m -> m));
CryptoProcessorFactory.instance.setProcessors(processors);
return CryptoProcessorFactory.instance;
}
}
ObjectProvider<CryptoProcessor>会获取容器中所有CryptoProcessor类型的 Bean（即各个算法的实现类）。- 通过
Collectors.toMap按照getCategory()分类建立映射。 - 注入到工厂实例中。
这样做的好处：新增一种算法时，只需编写一个实现 CryptoProcessor 的新类，并把它声明为 Spring Bean，工厂就会自动识别，完全符合开闭原则。
五、枚举与类别的关联
为了统一管理支持的算法类型，定义 CryptoCategory 枚举：
public enum CryptoCategory {
AES, DES, SM2, SM4, RSA;
}
每个策略实现类必须返回其中一个类别。例如 AESCryptoProcessor 实现 getCategory() 返回 CryptoCategory.AES。
非对称加密还有一个额外的枚举 AsymmetricCryptoStrategy，用于配置文件中选择默认的非对称算法（RSA 或 SM2）：
public enum AsymmetricCryptoStrategy {
STANDARD(CryptoCategory.RSA),
SM(CryptoCategory.SM2);
private final CryptoCategory category;
}
六、代码示例：如何新增一个国密 SM9 处理器
假设需要新增 SM9 算法（国产标识加密），步骤如下：
- 在
CryptoCategory中增加SM9。 - 实现
CryptoProcessor接口：
public class SM9CryptoProcessor implements CryptoProcessor {
private final SM9 sm9;
private final SecretKey secretKey;
public static SM9CryptoProcessor create() {
... }
public static SM9CryptoProcessor create(SecretKey secretKey) {
... }
@Override public CryptoCategory getCategory() {
return CryptoCategory.SM9; }
@Override public String encrypt(String content) {
... }
@Override public String decrypt(String content) {
... }
// 其他方法...
}
- 将该类声明为 Spring Bean（例如通过
@Bean或@Component）。框架会自动检测并将其注册到CryptoProcessorFactory中。
业务代码中获取 SM9 处理器：
CryptoProcessor processor = CryptoProcessorFactory.instance.findProcessor(CryptoCategory.SM9);
String encrypted = processor.encrypt("hello");
七、总结
通过策略模式 + 工厂模式 + Spring 自动注册，我们构建了一个高内聚低耦合的加解密框架。核心优势：
- 可扩展：新增算法无需修改任何现有代码。
- 可配置：通过
@ConfigurationProperties可以灵活指定密钥、盐值等。 - 统一接口：业务代码不再依赖具体加密库（如 Hutool、BouncyCastle），便于后续切换底层实现。
- 类型安全：使用枚举而非字符串表示算法类别，避免拼写错误。
这种设计思想同样适用于其它中间件集成（如序列化、日志、缓存等），值得在大型项目中推广。
