Spring源码分析----AOP概念(Advice,Pointcut,Advisor)和AOP的设计与实现

一、基本知识

1.1.AOP基本概念：
    Aspect-Oriented Programming，面向方面编程的简称，Aspect是一种新的模块化机制，用来描述分散在对象、类或方法中的横切关注点(crosscutting concern)，从关注点中分离出横切关注点是面向方面程序设计的核心所在。分离关注点使得解决特定领域问题的代码从业务逻辑中独立出来，业务逻辑的代码中不再含有针对特定领域问题代码的调用，业务逻辑同特定领域问题的关系通过方面来封装、维护，这样原本分散在整个应用程序中的变动就可以很好地管理起来。

1.2.AOP和OOP的区别：
    面向方面编程AOP和面向对象编程OOP在字面上虽然非常类似，但却是面向不同领域的两种设计思想。
    OOP针对业务处理过程的实体及其属性和行为进行抽象封装，以获得更加清晰高效的逻辑单元划分。
    而AOP则是针对业务处理过程中的切面进行提取，它所面对的是处理过程中的某个步骤或阶段，以获得逻辑过程中各部分之间低耦合性的隔离效果。

1.3. AOP常用的技术以及实现：
常用的AOP技术有：
    (1).AspectJ：源代码和字节码级别的方面编织器，用户需要使用不同于Java的新语言。
    (2).AspectWerkz：AOP框架，使用字节码动态编织器和XML配置。
    (3).JBoss-AOP：基于拦截器和元数据的AOP框架，运行在JBoss应用服务器上。
AOP中使用的一些实现技术有：、
    (1).BCEL：Byte-Code Engineering Library，Java字节码操作类库。
    (2).Javassist：Java字节码操作类库，JBoss的一个子项目。

1.4.面向方面编程(AOP)的常用术语：
    (1).切面Aspect： Aspect 声明类似于 Java 中的类声明，在 Aspect 中会包含着一些切入点Pointcut 以及对切入点进行相应的操作的通知Advice。
    (2).连接点Joint point：表示在程序中明确定义的点，典型的包括方法调用，对类成员的访问以及异常处理程序块的执行等等，它自身还可以嵌套其它连接点jointpoint。
    (3).切入点Pointcut：表示一组连接点jointpoint，这些连接点或是通过逻辑关系组合起来，或是通过通配、正则表达式等方式集中起来，它定义了相应的操作处理通知Advice将要发生的地方。
    (4).通知Advice：Advice 定义了在切入点pointcut 里面定义的程序点具体要做的操作和处理，它通过 before、after 和 around 来区别是在每个切入点之前、之后还是代替执行的代码。
    (5).目标对象Target：代理的目标对象，即切面要被应用到的目标对象。
    (6).织入Weave：指将切面应用到目标对象，并导致代理对象创建的过程。

二、Advice通知：

    Advice通知是AOP联盟定义的一个接口，定义当拦截到连接点做相应的处理操作，为切面增强提供织入接口。在spring AOP中，通知主要描述Spring AOP围绕方法调用而注入切面的行为，Spring AOP的通知扩展了AOP联盟的通知接口，提供了前置通知BeforeAdvice、后置通知AfterReturningAdvice、最终通知AfterAdvice和例外通知ThrowsAdvice等。(1).以一个方法为例，讲解Spring中通知的类型：

            /**             * proxy: 代理对象。 一般不使用该对象             * method: 正在被调用的方法             * args: 调用方法传入的参数             */            @Override            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)                    throws Throwable {  // 环绕通知 @Around                String methodName = method.getName();                //打印日志                System.out.println("[before] The method " + methodName + " begins with " + Arrays.asList(args));                //调用目标方法                Object result = null;                try {                    //前置通知 @Before                    result = method.invoke(target, args);                    //返回通知 @AfterReturning, 可以访问到方法的返回值                } catch (NullPointerException e) {                    e.printStackTrace();                    //异常通知 @AfterThrowing, 可以访问到方法出现的异常                }                //后置通知 @After. 因为方法可以能会出异常, 所以访问不到方法的返回值                //打印日志                System.out.println("[after] The method ends with " + result);                return result;            } 

public interface Advice {}public interface BeforeAdvice extends Advice {}    // 前置增强接口，使用这个前置接口需要实现一个回调函数    public interface MethodBeforeAdvice extends BeforeAdvice {        /**         * 作为回调函数，该方法的实现在Advice中被配置到目标方法后，会调用目标方法时被回调。         * @param method Method对象，是目标方法的反射对象         * @param args 对象数组，包含目标方法的输入参数         * @param target           * @throws Throwable         */        void before(Method method, Object[] args, Object target) throws Throwable;    }public interface AfterAdvice extends Advice {}public interface AfterReturningAdvice extends AfterAdvice {// 该方法也是一个回调方法void afterReturning(Object returnValue, Method method, Object[] args, Object target) throws Throwable;}public interface ThrowsAdvice extends AfterAdvice {}

三、Pointcut切点

    Pointcut切入点决定通知Advice应该作用于哪个连接点，即通过Pointcut切入点来定义目标对象中需要使用AOP增强的方法集合，这些集合的选取可以按照一定的规则来完成。
    Pointcut通常意味着标识方法，这些需要增强的方法可以被某个正则表达式进行标识，或者根据指定方法名进行匹配等。下面是Pointcut设计：

(1).Pointcut切入点源码：

public interface Pointcut {      //获取类过滤器      ClassFilter getClassFilter();      //获取匹配切入点的方法          MethodMatcher getMethodMatcher();      //总匹配的标准切入点实例      Pointcut TRUE = TruePointcut.INSTANCE;  } 

    在Pointcut的基本接口定义中可以看到，需要返回一个MethodMatcher。对于Point的匹配判断功能，具体是由这个返回的MethodMatcher来完成的，也就是说，由这个MethodMatcher来判断是否需要对当前方法调用进行增强，或者是否需要对当前调用方法应用配置好Advice通知。
    2).在Pointcut的类继承关系中，以正则表达式切点JdkRegexpMethodPointcut的实现原理为例，来具体了解切点Pointcut的工作原理。该类完成通过正则表达式对方法名进行匹配的功能。

public class JdkRegexpMethodPointcut extends AbstractRegexpMethodPointcut {      //要编译的正则表达式模式      private Pattern[] compiledPatterns = new Pattern[0];      //编译时要排除的正则表达式模式      private Pattern[] compiledExclusionPatterns = new Pattern[0];      //将给定的模式字符串数组初始化为编译的正则表达式模式      protected void initPatternRepresentation(String[] patterns) throws PatternSyntaxException {          this.compiledPatterns = compilePatterns(patterns);      }      //将给定的模式字符串数组初始化为编译时要排除的正则表达式模式      protected void initExcludedPatternRepresentation(String[] excludedPatterns) throws PatternSyntaxException {          this.compiledExclusionPatterns = compilePatterns(excludedPatterns);      }      //使用正则表达式匹配给定的名称      protected boolean matches(String pattern, int patternIndex) {          Matcher matcher = this.compiledPatterns[patternIndex].matcher(pattern);          return matcher.matches();      }      //使用要排除的正则表达式匹配给定的名称      protected boolean matchesExclusion(String candidate, int patternIndex) {          Matcher matcher = this.compiledExclusionPatterns[patternIndex].matcher(candidate);          return matcher.matches();      }      //将给定的字符串数组编译为正则表达的模式      private Pattern[] compilePatterns(String[] source) throws PatternSyntaxException {          Pattern[] destination = new Pattern[source.length];          for (int i = 0; i < source.length; i++) {              destination[i] = Pattern.compile(source[i]);          }          return destination;      }  }  

    从上面的源码分析中，我们可以看到，最简单的使用正则表达式匹配的Pointcut切入点基本功能就是根据正则表达式判断方法名等是否匹配。

四、Advisor通知器：

    当完成对目标对象方法的增强行为操作(Advice)和切入点Point的设计开发之后，需要一个对象将目标对象、增强行为和切入点三者结合起来，通知器Advisor就是一个实现这个功能的对象，即通过Advisor通知器，可以定义那些目标对象的那些方法在什么地方使用这些增加的行为。
(1).Advisor通知器：
    Advisor通知器的源码如下：

public interface Advisor {      //获取切面的通知Advice      Advice getAdvice();      //判断这个通知是否和某个特定的实例对象相关      boolean isPerInstance();  }  

(2). Advisor通知器的实现类DefaultPointcutAdvisor：
    查看Advisor通知器的继承体系，发现Advisor的实现类很多，我们以最常用的DefaultPointcutAdvisor为例，分析通知器的工作原理。
a. DefaultPointcutAdvisor源码如下

public class DefaultPointcutAdvisor extends AbstractGenericPointcutAdvisor implements Serializable {      //默认切入点  — - - ——>    //Pointcut.TRUE在切入点中的定义为：Pointcut TRUE = TruePointcut.INSTANCE;     private Pointcut pointcut = Pointcut.TRUE;      //无参构造方法，创建一个空的通知器      public DefaultPointcutAdvisor() {      }      //创建一个匹配所有方法的通知器      public DefaultPointcutAdvisor(Advice advice) {          this(Pointcut.TRUE, advice);      }      //创建一个指定切入点和通知的通知器      public DefaultPointcutAdvisor(Pointcut pointcut, Advice advice) {          this.pointcut = pointcut;          setAdvice(advice);      }      //为通知设置切入点      public void setPointcut(Pointcut pointcut) {          this.pointcut = (pointcut != null ? pointcut : Pointcut.TRUE);      }      //获取切入点      public Pointcut getPointcut() {          return this.pointcut;      }      public String toString() {          return getClass().getName() + ": pointcut [" + getPointcut() + "]; advice [" + getAdvice() + "]";      }  }  

b.TruePointcut：
    TruePointcut作用通知器默认的切入点，其主要功能是配置默认的类过滤器和方法匹配器，即定义Spring AOP对于哪些类的哪些方法其作用，源码如下：

class TruePointcut implements Pointcut, Serializable {      //INSTANCE是TruePointcut类的一个常量单件，即整个应用中只有这个一个，      //不会创建第二个实例对象，确保该实例对象的唯一性，单例模型      public static final TruePointcut INSTANCE = new TruePointcut();      //单态模式构造方法      private TruePointcut() {      }      //获取切入点的类过滤器      public ClassFilter getClassFilter() {          return ClassFilter.TRUE;      }      //获取切入点的方法匹配器      public MethodMatcher getMethodMatcher() {          return MethodMatcher.TRUE;  //  ————>    }      //获取单态模式对象的方法      private Object readResolve() {          return INSTANCE;      }      public String toString() {          return "Pointcut.TRUE";      }  }  //———————————————public interface MethodMatcher {boolean matches(Method method, Class<?> targetClass);boolean isRuntime();boolean matches(Method method, Class<?> targetClass, Object... args);MethodMatcher TRUE = TrueMethodMatcher.INSTANCE;}

    从TruePointcut的源码我们看到，切入点使用TrueClassFilter作为类过滤器，匹配任意的类; 使用TrueMethodMatcher作为方法匹配器，匹配任意的方法。下面我们继续分析TrueClassFilter类过滤器和TrueMethodMatcher方法匹配器。
c.TrueClassFilter：
    TrueClassFilter作为默认切入点的默认类过滤器，主要告诉切入点对哪些类进行增强，源码如下

class TrueClassFilter implements ClassFilter, Serializable {      //单态模式      public static final TrueClassFilter INSTANCE = new TrueClassFilter();      //单态模式的构造方法      private TrueClassFilter() {      }      //切入点过滤匹配类的方法，默认对所有的类都增强      public boolean matches(Class clazz) {          return true;      }      //获取单态模式对象的方法      private Object readResolve() {          return INSTANCE;      }      public String toString() {          return "ClassFilter.TRUE";      }  }   

d.TrueMethodMatcher:
    TrueMethodMatcher作为默认切入点的默认方法匹配器，主要告诉切入点对哪些方法进行增强，源码如下：

class TrueMethodMatcher implements MethodMatcher, Serializable {      //单态模式      public static final TrueMethodMatcher INSTANCE = new TrueMethodMatcher();      //单态模式构造方法      private TrueMethodMatcher() {      }      //不支持运行时调用      public boolean isRuntime() {          return false;      }      //切入点匹配方法时调用，默认匹配所有的方法      public boolean matches(Method method, Class targetClass) {          return true;      }      //运行时调用将抛出异常      public boolean matches(Method method, Class targetClass, Object[] args) {          throw new UnsupportedOperationException();      }      //获取单态模式对象的方法      private Object readResolve() {          return INSTANCE;      }      public String toString() {          return "MethodMatcher.TRUE";      }  }  

    从上面方法匹配器的源码，我们可以看出，切入点对方法进行匹配时不支持运行时的匹配，如果在运行时进行匹配将抛出异常。

六、AOP的设计与实现

    在Spring AOP实现中，使用的核心技术是动态代理，而这种动态代理实现上是JDK的一个特性。通过JDK的动态代理特性，可以为任意Java对象创建代理对象，对于具体使用来说，这个特性是通过Java Reflection API来完成的。
    Proxy模式：http://blog.csdn.net/ochangwen/article/details/51475807
1.Spring AOP的设计分析
    AOP模块是Spring的核心模块，虽然Java社区里AspectJ是最完整的AOP框架，但Spring AOP也提供了另外一种实现，这种实现并不是AspectJ的竞争者，相反，Spring AOP还将AspectJ集成了进来，为IoC容器和Spring应用开发提供了一个一致性的AOP解决方案。
    Spring AOP的核心技术是动态代理。以动态代理技术为基础设计出了一系列AOP的横切实现，比如前置通知，返回通知，异常通知等。同是，Spring AOP还提供了一系列的Pointcut来匹配切入点，可以使用现有的切入点来设计横切面，也可以扩展相关的Pointcut方法来实现切入需要。
    为了让AOP起作用，需要完成一系列过程，如，需要为目标对象建立代理对象，这个代理对象可以通过使用JDK的Proxy来完成，也可以通过第三方的类生成器CGLIB来完成。然后，还需要启动代理对象的拦截器来完成各种横切面的织入，这一系列的织入设计是通过一系列Adapter来实现的。通过一系列Adapter的设计，可以把AOP的横切面设计和Proxy模式有机地结合起来，从而实现在AOP中定义好的各种织入方式。具体实现后面分析。

2.Spring AOP的应用场景
    Spring AOP为IoC的使用提供了更多的便利，一方面，应用可以直接使用AOP的功能，设计应用的横切关注点，把跨越应用程序多个模块的功能抽象出来，并通过简单的AOP的使用，灵活地编制到模块中，比如可以通过AOP实现应用程序中的日志功能。另一方面，在Spring内部，一些支持模块也是通过Spring AOP来实现的，如事务处理。从这两个角度就已经看到Spring AOP的核心地位了。