java(spring)手把手教你写个AOP框架

Why AOP?

AOP基本术语

AOP执行流程

动手实现一个AOP

源代码

 

Why AOP?

 

AOP（Aspect-Oriented Programming），意思是面向切面编程。传统的OOP面向对象相当于站在一个上帝模式从上往下看，里面的一块块都是一个对象，由我任意组合；而AOP不同之处在于，他是以一个旁观者的身法，从“侧面”看整个系统模块，看看哪里可以见缝插针，将自己想要处理的一段业务逻辑“编织”进去。

Code duplication is the ultimate code smell. It’s a sign that something is very wrong with implementation or design.（重复的代码会让代码的质量很糟糕。如果出现这个状况，那么一定是实现或者设计环境出了问题）

OOP本身是极力反对“重复发明轮子”的，但是有时却对重复的代码显得无可奈何，而AOP本身是一种很好的能解决这个问题的一种思想。

抽象了半天，还是利用一个例子还更加形象的解释吧。如果你要做一个权限系统，那么肯定需要在很多业务逻辑之前都加上一个权限判断——只有符合条件的才能完成后面的操作。如果利用传统思想，很显然你会把做权限判断的业务逻辑做封装，然后在每个业务逻辑执行之前都执行以下那片处理权限判断的代码。如下图：

看到没，每次一个判断每次一个判断，如果让这些权限判断的代码散落在系统的各个角落，那会是一个噩梦！就算采用OOP思想，将权限检查的业务放在一个类中，照样无济于事。因为每段业务代码开头总有这么一段抹不掉的身影（doSecurityCheck）。

这时，AOP老兄终于按耐不住，要出场大展身手了！这位老兄马上说，放着那段业务逻辑代码，我来处理！

他首先将权限处理的部分视作一个aspect（切面），然后想办法在运行时把切面weave（编织）进业务逻辑中合适的位置。比如就像这样做：

这样，AOP就成功的帮我把权限验证部分插入到调用代码的前面执行。具体调用哪个方法其实AOP并不知道，只要你把切面织入了用户登录，那后调用用户登录，只要你织入了用户查询，那就调用用户查询。而且不单单是只掉某一个方法，它可以挨着排的调用。

这只是其中一个强大的用处，还有像日志记录、性能分析、事务处理等更多都可以利用到AOP的地方。

Think of AOP as complementing, not competing with, OOP. AOP can supplement OOP where it is weak. （AOP和OOP没有竞争关系，相反，AOP能够很好的补充OOP的不足）

AOP基本术语

 

l  Aspect（切面）：就是你想给程序织入的代码片段、如权限处理、日志记录等。

l  Weaving（编织）：就是给指定的程序加上额外的业务逻辑的过程，比如将权限验证插入到用户登录的过程。

l  Advice（通知）：表示是在程序的哪里织入切面，比如前面织入，还是后面织入，或者是抛出异常的时候织入。

l  Joinpoint（连接点）：表示给那个程序织入切面，也就是被代理的目标对象的目标方法。

l  Pointcut（切入点）：表示给哪些程序织入切面，是连接点的集合，比如是用户登录和用户查询等都需要被织入。

 

为了方便用户使用AOP，需要定义几种通知类型。

l  Before：前置通知，在业务逻辑之前通知

l  After：后置通知，在业务逻辑正常完结之后通知

l  End：结束通知，不管业务逻辑是否正常完结，都会在后面执行的通知

l  Error：错误通知，在业务逻辑抛出异常的时候通知

 

AOP执行流程

 

下图展示了AOP核心调用过程，通过调用AOP代理类，开始一个一个调用后面的（前置）通知/拦截器链条，完成之后在调用目标方法，最后回来的时候接着调用（后置、结束）通知/拦截器链条。

 

如此一来就成功的完成了在AOP中给某个程序（目标方法）之前加上一段业务逻辑，之后加上一段业务逻辑的流程，并且杀伤力极大，可以将目标方法的范围进行任意控制。

 

动手实现一个AOP

 

前戏那么长，高潮不会短！这次写的AOP参考了很多Spring的代码，吸收了大师补充的养分。

利用测试驱动开发的原则，我们先来考虑考虑我们会怎么用（写好测试代码），然后想想API怎么设计（将接口写好），最后考虑实现的问题。

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        @Test

    publicvoid testTranscation() {

        // 创建动态代理工厂，这是调用动态代理实现aop的初始点

        AopProxyFactory proxy = newAopProxyFactory();

 

        // 创建目标对象

        proxy.setTarget(newAopDemo());

 

        // 设置各个advice，以便在调用目标对象的指定方法时可以出现这些advice

        proxy.addAdvice(newTransactionAspect());

 

        // 获取代理对象

        IAopDemo p = (IAopDemo) proxy.getProxy();

 

        // 通过代理对象调用目标对象的指定方法

        p.doSomething();

    }

参考spring的API设计，我们给出了上面这段测试代码。这样就能给AOP代理工厂配置目标对象，和各种各样的通知，目前只有事务处理的通知。然后通过代理工厂获取目标对象的代理对象，并完成类型转换的过程。最后调用指定方法，完成在这个方法的周围实现事务处理过程。

设置目标对象的方法无需赘言，就是看中了那个对象，设置进去，这样就能搞个代理帮他做了。。。

添加通知的实现，我想设计的好用一点。什么叫好用呢？也就是给你一些接口，Before、After、Error、End等，只要你定义的aspect类（切面）实现了任意一个接口，就能保证按照这个接口名字所显示的那样执行。比如我实现了Before接口和他的抽象方法，并在里面加了个“记录日志”的功能，这样，我以后就能在我的目标方法执行之前完成一次记录日志的过程了。这里我们使用的是事务处理的aspect切面：

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@Component

@Match(methodMatch = "org.*.doSomething")

publicclass TransactionAspect implementsBefore, End, Error {

 

    @Override

    publicvoid error(Method method, Object[] args, Exception e) {

        System.out.println("回滚事务");

    }

 

    @Override

    publicvoid before(Method method, Object[] args) {

        System.out.println("开启事务");

    }

 

    @Override

    publicvoid end(Method method, Object[] args, Object retVal) {

        System.out.println("关闭事务");

    }

 

}

在代理工厂中，我们使用Object  target存储这个目标对象，并使用集合来记录所有该类涉及到的通知。

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        privateObject target;

 

    privateList<Advice> adviceList = newArrayList<Advice>();

 

    /**

     *

     * @Title: setTarget

     * @Description: 设置目标

     * @param @param target 设定文件

     * @return void 返回类型

     * @throws

     */

    publicvoid setTarget(Object target) {

        this.target = target;

    }

 

    publicvoid addAdvice(Advice advice) {

        if(advice == null)

            thrownew NullPointerException("添加的通知不能为空");

        adviceList.add(advice);

    }

而在完成配置代理工厂后，需要通过这个代理工厂来获取代理对象。在获取代理对象之前，我们把之前完成的配置（目标方法、通知集合）都初始化到AdvisedSupport对象中，将这个对象整体传给后面的代理实现（jdk、cglib）完成代理类的初始化，以及通知和目标方法的调用。

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        publicObject getProxy() {

        if(target == null)

            thrownew NullPointerException("目标对象不能为空");

         

        AdvisedSupport config=newAdvisedSupport(target, adviceList);

 

        AopProxy proxy = null;

        // 若该目标对象实现了接口，就优先选择jdk动态代理；如果没有实现任何接口，就只能采用cglib动态代理；

        if(config.hasInterfaces()) {

            logger.info("采用jdk动态代理");

            proxy = newJDKAopProxy(config);

        }else{

            logger.info("采用cglib动态代理");

            proxy = newCglibAopProxy(config);

        }

        returnproxy.getProxy();

    }

这里我们会根据不同的情况来判断他是选择jdk动态代理还是选择cglib动态代理。

这里以jdk动态代理为例，cglib留给读者自行分析：

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publicclass JDKAopProxy implementsAopProxy, InvocationHandler {

 

    privateAdvisedSupport config;

 

    publicJDKAopProxy(AdvisedSupport config) {

        this.config = config;

    }

 

    @Override

    publicObject getProxy() {

        returnProxy.newProxyInstance(config.getClassLoader(),

                config.getInterfaces(),this);

    }

 

    @Override

    publicObject invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)

            throwsThrowable {

        returnnew ReflectiveMethodInvocation(config.getInterceptors(),config.getMatchers(), args,

                method, config.getTarget()).proceed();

    }

 

}

这里我们首先在getProxy初始化了代理类，然后当代理类的方法被调用时，会完成目标方法调用，这个步骤都是ReflectiveMethodInvocation对象完成的。这个类实现了MethodInvocation，目的是为了完成之后的回调过程，这个后面可以看到。在这个ReflectiveMethodInvocation类里面，我们存储了足够多的信息

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        /**

     * 通知advice

     */

    privateList<MethodInterceptor> chain;

 

    /**

     * 每个advice所配置的匹配信息

     */

    privateList<Matcher> matches;

 

    /**

     * 执行目标方法需要的参数

     */

    privateObject[] arguments;

 

    /**

     * 目标方法

     */

    privateMethod method;

 

    /**

     * 目标对象

     */

    privateObject target;

     

    /**

     * 记录当前advice链条（chain）所需要执行的方法的索引

     */

    privateint index;

目的很简单：就是将多个通知链条和目标对象的方法本身的调用整合起来，形成逻辑完善的链条——前置通知在目标方法前面排着队完成，如果目标方法抛出了异常就执行错误通知，一旦正常执行完成目标方法就执行后置通知，而结束通知时不管是是正常执行完目标方法还是抛出了异常，最后都会执行的一个通知。

下面来看看这个类中处理一连串方法调用的核心方法proceed()：

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@Override

    publicObject proceed() throwsThrowable {

        //当链条走完的时候调用目标方法

        if(index == chain.size())

            returninvokeJoinpoint();

 

        Matcher matcher = matches.get(index);

 

        // 查看是否匹配，

        if(matcher.matches(this.method,this.target.getClass())) {

            returnchain.get(index++).invoke(this);

        }else{

            index++;

            returnproceed();

        }

 

    }

 

    /**

     *

     * @Title: invokeJoinpoint

     * @Description: 调用连接点方法

     * @param @return

     * @param @throws Throwable 设定文件

     * @return Object 返回类型

     * @throws

     */

    protectedObject invokeJoinpoint() throwsThrowable {

        returnmethod.invoke(target, arguments);

    }

很简单，就是当链条走完的时候，调用目标方法。否则就继续指向链条上的方法。这里有一个检测是否匹配的过程，也就是我给我的切面类，也就是处理事务的切面TransactionAspect配置了一个注解Match，这个注解表示当目标类是org包下的某个类时，我就会对他的doSomething方法完成拦截，在这个方法周围加上事务处理。

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@Component

@Match(methodMatch = "org.*.doSomething")

publicclass TransactionAspect implementsBefore, End, Error {

 

    @Override

    publicvoid error(Method method, Object[] args, Exception e) {

        System.out.println("回滚事务");

    }

 

    @Override

    publicvoid before(Method method, Object[] args) {

        System.out.println("开启事务");

    }

 

    @Override

    publicvoid end(Method method, Object[] args, Object retVal) {

        System.out.println("关闭事务");

    }

 

}

具体判断是否匹配，我采用的是正则表达式，也就是当目标类的某个方法被调用时，一旦检测到他符合methodMatch配置的正则表达式，就给该方法前后加上指定的逻辑。如果发现不匹配，这继续寻找链条上下一个通知，直到走完整个通知链条。

这里大家肯定会有一个问题：在链条上获取到一个通知，执行该通知的时候，如何确保前置通知是再前面执行，后置通知是再后面执行呢？并且在完成调用之后确保执行后面的通知调用流程？

其实，spring在这里用到了一个很巧妙的编程技巧——通过多态原理和回调函数来处理。

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chain.get(index++).invoke(this);

这里获取到了第index个通知，拿到的是个接口类型，但是实现类出卖了他的本质，表示它到底是前置还是后置或者是其他等。当执行invoke时，将该MethodInvocation的实现类ReflectiveMethodInvocation的对象的引用传递进去。如此调用的方法，其实是这样的：

可以发现，当实现类是后置通知的时候，我会选择AfterInterceptor来执行，当时前置通知的时候，会选择BeforeInterceptor来执行。也就是，碰到合适的通知，就采用合适的拦截器处理。

以前置通知的方法拦截器为例：

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publicclass BeforeInterceptor implementsMethodInterceptor {

 

    privateBefore advice;

 

    publicBeforeInterceptor(Before advice) {

        this.advice =advice;

    }

 

    @Override

    publicObject invoke(MethodInvocation mi) throwsThrowable {

        advice.before(mi.getMethod(), mi.getArguments());

        returnmi.proceed();

    }

 

}

看到这里是不是有种似曾相识的感觉，这不就是开始那个权限验证的翻版么？对啊，it is。这里实现的很明确，就是在目标方法调用之前执行before中的业务逻辑，接着进行mi.proceed()又回调到了我们MethodInvocation的实现类ReflectiveMethodInvocation中的proceed方法中了。

这样，也就保证了链条的次序执行。

来看看我们测试用例的输出结果吧：

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开启事务

 

和哈哈哈哈哈...

 

关闭事务

目前还没能把ioc和aop整合起来使用，还有像ioc在web mvc框架中如何使用都还没提到，不过这些会在我们以后的博客中不断出现。

源代码

 最后，放出源代码：https://github.com/mjaow/my_spring