Spring AOP实现原理
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蜡笔小小小新 发表于3年前
Spring AOP实现原理
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腾讯云 技术升级10大核心产品年终让利>>>   

什么是AOP

AOP(Aspect-OrientedProgramming,面向方面编程),可以说是OOP(Object-Oriented Programing,面向对象编程)的补充和完善。OOP引入封装、继承和多态性等概念来建立一种对象层次结构,用以模拟公共行为的一个集合。当我们需要为分散的对象引入公共行为的时候,OOP则显得无能为力。也就是说,OOP允许你定义从上到下的关系,但并不适合定义从左到右的关系。例如日志功能。日志代码往往水平地散布在所有对象层次中,而与它所散布到的对象的核心功能毫无关系。对于其他类型的代码,如安全性、异常处理和透明的持续性也是如此。这种散布在各处的无关的代码被称为横切(cross-cutting)代码,在OOP设计中,它导致了大量代码的重复,而不利于各个模块的重用。

 

而AOP技术则恰恰相反,它利用一种称为“横切”的技术,剖解开封装的对象内部,并将那些影响了多个类的公共行为封装到一个可重用模块,并将其名为“Aspect”,即方面。所谓“方面”,简单地说,就是将那些与业务无关,却为业务模块所共同调用的逻辑或责任封装起来,便于减少系统的重复代码,降低模块间的耦合度,并有利于未来的可操作性和可维护性。AOP代表的是一个横向的关系,如果说“对象”是一个空心的圆柱体,其中封装的是对象的属性和行为;那么面向方面编程的方法,就仿佛一把利刃,将这些空心圆柱体剖开,以获得其内部的消息。而剖开的切面,也就是所谓的“方面”了。然后它又以巧夺天功的妙手将这些剖开的切面复原,不留痕迹。

 

使用“横切”技术,AOP把软件系统分为两个部分:核心关注点和横切关注点。业务处理的主要流程是核心关注点,与之关系不大的部分是横切关注点。横切关注点的一个特点是,他们经常发生在核心关注点的多处,而各处都基本相似。比如权限认证、日志、事务处理。Aop 的作用在于分离系统中的各种关注点,将核心关注点和横切关注点分离开来。正如Avanade公司的高级方案构架师Adam Magee所说,AOP的核心思想就是“将应用程序中的商业逻辑同对其提供支持的通用服务进行分离。”

 

实现AOP的技术,主要分为两大类:一是采用动态代理技术,利用截取消息的方式,对该消息进行装饰,以取代原有对象行为的执行;二是采用静态织入的方式,引入特定的语法创建“方面”,从而使得编译器可以在编译期间织入有关“方面”的代码。


AOP使用场景

AOP用来封装横切关注点,具体可以在下面的场景中使用:

 

Authentication 权限

Caching 缓存

Context passing 内容传递

Error handling 错误处理

Lazy loading 懒加载

Debugging  调试

logging, tracing, profiling and monitoring 记录跟踪 优化 校准

Performance optimization 性能优化

Persistence  持久化

Resource pooling 资源池

Synchronization 同步

Transactions 事务


AOP相关概念

方面(Aspect):一个关注点的模块化,这个关注点实现可能另外横切多个对象。事务管理是J2EE应用中一个很好的横切关注点例子。方面用Spring的 Advisor或拦截器实现。

 

连接点(Joinpoint): 程序执行过程中明确的点,如方法的调用或特定的异常被抛出。

 

通知(Advice): 在特定的连接点,AOP框架执行的动作。各种类型的通知包括“around”、“before”和“throws”通知。通知类型将在下面讨论。许多AOP框架包括Spring都是以拦截器做通知模型,维护一个“围绕”连接点的拦截器链。Spring中定义了四个advice: BeforeAdvice, AfterAdvice, ThrowAdvice和DynamicIntroductionAdvice

 

切入点(Pointcut): 指定一个通知将被引发的一系列连接点的集合。AOP框架必须允许开发者指定切入点:例如,使用正则表达式。 Spring定义了Pointcut接口,用来组合MethodMatcher和ClassFilter,可以通过名字很清楚的理解, MethodMatcher是用来检查目标类的方法是否可以被应用此通知,而ClassFilter是用来检查Pointcut是否应该应用到目标类上

 

引入(Introduction): 添加方法或字段到被通知的类。 Spring允许引入新的接口到任何被通知的对象。例如,你可以使用一个引入使任何对象实现 IsModified接口,来简化缓存。Spring中要使用Introduction, 可有通过DelegatingIntroductionInterceptor来实现通知,通过DefaultIntroductionAdvisor来配置Advice和代理类要实现的接口

 

目标对象(Target Object): 包含连接点的对象。也被称作被通知或被代理对象。POJO

 

AOP代理(AOP Proxy): AOP框架创建的对象,包含通知。 在Spring中,AOP代理可以是JDK动态代理或者CGLIB代理。

 

织入(Weaving): 组装方面来创建一个被通知对象。这可以在编译时完成(例如使用AspectJ编译器),也可以在运行时完成。Spring和其他纯Java AOP框架一样,在运行时完成织入。


Spring AOP组件

下面这种类图列出了Spring中主要的AOP组件


如何使用Spring AOP

可以通过配置文件或者编程的方式来使用Spring AOP。

 

配置可以通过xml文件来进行,大概有四种方式:

1.        配置ProxyFactoryBean,显式地设置advisors, advice, target等

2.        配置AutoProxyCreator,这种方式下,还是如以前一样使用定义的bean,但是从容器中获得的其实已经是代理对象

3.        通过<aop:config>来配置

4.        通过<aop: aspectj-autoproxy>来配置,使用AspectJ的注解来标识通知及切入点

 

也可以直接使用ProxyFactory来以编程的方式使用Spring AOP,通过ProxyFactory提供的方法可以设置target对象, advisor等相关配置,最终通过 getProxy()方法来获取代理对象

 

具体使用的示例可以google. 这里略去


Spring AOP代理对象的生成

Spring提供了两种方式来生成代理对象: JDKProxy和Cglib,具体使用哪种方式生成由AopProxyFactory根据AdvisedSupport对象的配置来决定。默认的策略是如果目标类是接口,则使用JDK动态代理技术,否则使用Cglib来生成代理。下面我们来研究一下Spring如何使用JDK来生成代理对象,具体的生成代码放在JdkDynamicAopProxy这个类中,直接上相关代码:


[java] view plaincopy

  1. /** 

  2.     * <ol> 

  3.     * <li>获取代理类要实现的接口,除了Advised对象中配置的,还会加上SpringProxy, Advised(opaque=false) 

  4.     * <li>检查上面得到的接口中有没有定义 equals或者hashcode的接口 

  5.     * <li>调用Proxy.newProxyInstance创建代理对象 

  6.     * </ol> 

  7.     */  

  8.    public Object getProxy(ClassLoader classLoader) {  

  9.        if (logger.isDebugEnabled()) {  

  10.            logger.debug("Creating JDK dynamic proxy: target source is " +this.advised.getTargetSource());  

  11.        }  

  12.        Class[] proxiedInterfaces =AopProxyUtils.completeProxiedInterfaces(this.advised);  

  13.        findDefinedEqualsAndHashCodeMethods(proxiedInterfaces);  

  14.        return Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxiedInterfaces, this);  

  15. }  



 

那这个其实很明了,注释上我也已经写清楚了,不再赘述。

 

下面的问题是,代理对象生成了,那切面是如何织入的?

我们知道InvocationHandler是JDK动态代理的核心,生成的代理对象的方法调用都会委托到InvocationHandler.invoke()方法。而通过JdkDynamicAopProxy的签名我们可以看到这个类其实也实现了InvocationHandler,下面我们就通过分析这个类中实现的invoke()方法来具体看下Spring AOP是如何织入切面的。

 

[java] view plaincopy

  1. publicObject invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throwsThrowable {  

  2.        MethodInvocation invocation = null;  

  3.        Object oldProxy = null;  

  4.        boolean setProxyContext = false;  

  5.    

  6.        TargetSource targetSource = this.advised.targetSource;  

  7.        Class targetClass = null;  

  8.        Object target = null;  

  9.    

  10.        try {  

  11.            //eqauls()方法,具目标对象未实现此方法  

  12.            if (!this.equalsDefined && AopUtils.isEqualsMethod(method)){  

  13.                 return (equals(args[0])? Boolean.TRUE : Boolean.FALSE);  

  14.            }  

  15.    

  16.            //hashCode()方法,具目标对象未实现此方法  

  17.            if (!this.hashCodeDefined && AopUtils.isHashCodeMethod(method)){  

  18.                 return newInteger(hashCode());  

  19.            }  

  20.    

  21.            //Advised接口或者其父接口中定义的方法,直接反射调用,不应用通知  

  22.            if (!this.advised.opaque &&method.getDeclaringClass().isInterface()  

  23.                     &&method.getDeclaringClass().isAssignableFrom(Advised.class)) {  

  24.                 // Service invocations onProxyConfig with the proxy config...  

  25.                 return AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(this.advised,method, args);  

  26.            }  

  27.    

  28.            Object retVal = null;  

  29.    

  30.            if (this.advised.exposeProxy) {  

  31.                 // Make invocation available ifnecessary.  

  32.                 oldProxy = AopContext.setCurrentProxy(proxy);  

  33.                 setProxyContext = true;  

  34.            }  

  35.    

  36.            //获得目标对象的类  

  37.            target = targetSource.getTarget();  

  38.            if (target != null) {  

  39.                 targetClass = target.getClass();  

  40.            }  

  41.    

  42.            //获取可以应用到此方法上的Interceptor列表  

  43.            List chain = this.advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method,targetClass);  

  44.    

  45.            //如果没有可以应用到此方法的通知(Interceptor),此直接反射调用 method.invoke(target, args)  

  46.            if (chain.isEmpty()) {  

  47.                 retVal = AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(target,method, args);  

  48.            } else {  

  49.                 //创建MethodInvocation  

  50.                 invocation = newReflectiveMethodInvocation(proxy, target, method, args, targetClass, chain);  

  51.                 retVal = invocation.proceed();  

  52.            }  

  53.    

  54.            // Massage return value if necessary.  

  55.            if (retVal != null && retVal == target &&method.getReturnType().isInstance(proxy)  

  56.                     &&!RawTargetAccess.class.isAssignableFrom(method.getDeclaringClass())) {  

  57.                 // Special case: it returned"this" and the return type of the method  

  58.                 // is type-compatible. Notethat we can't help if the target sets  

  59.                 // a reference to itself inanother returned object.  

  60.                 retVal = proxy;  

  61.            }  

  62.            return retVal;  

  63.        } finally {  

  64.            if (target != null && !targetSource.isStatic()) {  

  65.                 // Must have come fromTargetSource.  

  66.                targetSource.releaseTarget(target);  

  67.            }  

  68.            if (setProxyContext) {  

  69.                 // Restore old proxy.  

  70.                 AopContext.setCurrentProxy(oldProxy);  

  71.            }  

  72.        }  

  73.     }  




 

主流程可以简述为:获取可以应用到此方法上的通知链(Interceptor Chain),如果有,则应用通知,并执行joinpoint; 如果没有,则直接反射执行joinpoint。而这里的关键是通知链是如何获取的以及它又是如何执行的,下面逐一分析下。

 

首先,从上面的代码可以看到,通知链是通过Advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice()这个方法来获取的,我们来看下这个方法的实现:

[java] view plaincopy

  1. public List<Object>getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(Method method, Class targetClass) {  

  2.                    MethodCacheKeycacheKey = new MethodCacheKey(method);  

  3.                    List<Object>cached = this.methodCache.get(cacheKey);  

  4.                    if(cached == null) {  

  5.                             cached= this.advisorChainFactory.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(  

  6.                                                this,method, targetClass);  

  7.                             this.methodCache.put(cacheKey,cached);  

  8.                    }  

  9.                    returncached;  

  10.          }  



 

可以看到实际的获取工作其实是由AdvisorChainFactory. getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice()这个方法来完成的,获取到的结果会被缓存。

下面来分析下这个方法的实现:

 

[java] view plaincopy

  1. /** 

  2.     * 从提供的配置实例config中获取advisor列表,遍历处理这些advisor.如果是IntroductionAdvisor, 

  3.     * 则判断此Advisor能否应用到目标类targetClass上.如果是PointcutAdvisor,则判断 

  4.     * 此Advisor能否应用到目标方法method上.将满足条件的Advisor通过AdvisorAdaptor转化成Interceptor列表返回. 

  5.     */  

  6.     publicList getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(Advised config, Methodmethod, Class targetClass) {  

  7.        // This is somewhat tricky... we have to process introductions first,  

  8.        // but we need to preserve order in the ultimate list.  

  9.        List interceptorList = new ArrayList(config.getAdvisors().length);  

  10.    

  11.        //查看是否包含IntroductionAdvisor  

  12.        boolean hasIntroductions = hasMatchingIntroductions(config,targetClass);  

  13.    

  14.        //这里实际上注册一系列AdvisorAdapter,用于将Advisor转化成MethodInterceptor  

  15.        AdvisorAdapterRegistry registry = GlobalAdvisorAdapterRegistry.getInstance();  

  16.    

  17.        Advisor[] advisors = config.getAdvisors();  

  18.         for (int i = 0; i <advisors.length; i++) {  

  19.            Advisor advisor = advisors[i];  

  20.            if (advisor instanceof PointcutAdvisor) {  

  21.                 // Add it conditionally.  

  22.                 PointcutAdvisor pointcutAdvisor= (PointcutAdvisor) advisor;  

  23.                 if(config.isPreFiltered() ||pointcutAdvisor.getPointcut().getClassFilter().matches(targetClass)) {  

  24.                     //TODO: 这个地方这两个方法的位置可以互换下  

  25.                     //将Advisor转化成Interceptor  

  26.                     MethodInterceptor[]interceptors = registry.getInterceptors(advisor);  

  27.    

  28.                     //检查当前advisor的pointcut是否可以匹配当前方法  

  29.                     MethodMatcher mm =pointcutAdvisor.getPointcut().getMethodMatcher();  

  30.    

  31.                     if (MethodMatchers.matches(mm,method, targetClass, hasIntroductions)) {  

  32.                         if(mm.isRuntime()) {  

  33.                             // Creating a newobject instance in the getInterceptors() method  

  34.                             // isn't a problemas we normally cache created chains.  

  35.                             for (intj = 0; j < interceptors.length; j++) {  

  36.                                interceptorList.add(new InterceptorAndDynamicMethodMatcher(interceptors[j],mm));  

  37.                             }  

  38.                         } else {  

  39.                             interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));  

  40.                         }  

  41.                     }  

  42.                 }  

  43.            } else if (advisor instanceof IntroductionAdvisor){  

  44.                 IntroductionAdvisor ia =(IntroductionAdvisor) advisor;  

  45.                 if(config.isPreFiltered() || ia.getClassFilter().matches(targetClass)) {  

  46.                     Interceptor[] interceptors= registry.getInterceptors(advisor);  

  47.                     interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));  

  48.                 }  

  49.            } else {  

  50.                 Interceptor[] interceptors =registry.getInterceptors(advisor);  

  51.                 interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));  

  52.            }  

  53.        }  

  54.        return interceptorList;  

  55. }  



 

这个方法执行完成后,Advised中配置能够应用到连接点或者目标类的Advisor全部被转化成了MethodInterceptor.

 

接下来我们再看下得到的拦截器链是怎么起作用的。

 

[java] view plaincopy

  1. if (chain.isEmpty()) {  

  2.                 retVal = AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(target,method, args);  

  3.             } else {  

  4.                 //创建MethodInvocation  

  5.                 invocation = newReflectiveMethodInvocation(proxy, target, method, args, targetClass, chain);  

  6.                 retVal = invocation.proceed();  

  7.             }  



        

         从这段代码可以看出,如果得到的拦截器链为空,则直接反射调用目标方法,否则创建MethodInvocation,调用其proceed方法,触发拦截器链的执行,来看下具体代码

[java] view plaincopy

  1. public Object proceed() throws Throwable {  

  2.        //  We start with an index of -1and increment early.  

  3.        if (this.currentInterceptorIndex == this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.size()- 1) {  

  4.            //如果Interceptor执行完了,则执行joinPoint  

  5.            return invokeJoinpoint();  

  6.        }  

  7.    

  8.        Object interceptorOrInterceptionAdvice =  

  9.            this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.get(++this.currentInterceptorIndex);  

  10.          

  11.        //如果要动态匹配joinPoint  

  12.        if (interceptorOrInterceptionAdvice instanceof InterceptorAndDynamicMethodMatcher){  

  13.            // Evaluate dynamic method matcher here: static part will already have  

  14.            // been evaluated and found to match.  

  15.            InterceptorAndDynamicMethodMatcher dm =  

  16.                 (InterceptorAndDynamicMethodMatcher)interceptorOrInterceptionAdvice;  

  17.            //动态匹配:运行时参数是否满足匹配条件  

  18.            if (dm.methodMatcher.matches(this.method, this.targetClass,this.arguments)) {  

  19.                 //执行当前Intercetpor  

  20.                 returndm.interceptor.invoke(this);  

  21.            }  

  22.            else {  

  23.                 //动态匹配失败时,略过当前Intercetpor,调用下一个Interceptor  

  24.                 return proceed();  

  25.            }  

  26.        }  

  27.        else {  

  28.            // It's an interceptor, so we just invoke it: The pointcutwill have  

  29.            // been evaluated statically before this object was constructed.  

  30.            //执行当前Intercetpor  

  31.            return ((MethodInterceptor) interceptorOrInterceptionAdvice)


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