Spring源码-AOP(六)-自动代理与DefaultAdvisorAutoProxyCreator

原创
2017/08/21 12:09
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Spring AOP 源码解析系列,建议大家按顺序阅读,欢迎讨论

  1. Spring源码-AOP(一)-代理模式
  2. Spring源码-AOP(二)-AOP概念
  3. Spring源码-AOP(三)-Spring AOP的四种实现
  4. Spring源码-AOP(四)-ProxyFactory
  5. Spring源码-AOP(五)-ProxyFactoryBean
  6. Spring源码-AOP(六)-自动代理与DefaultAdvisorAutoProxyCreator
  7. Spring源码-AOP(七)-整合AspectJ

框架存在的意义,简单来说就是将复杂的底层实现封装起来,并提供便捷的外部接口供用户使用。对于Spring AOP而言,不论是ProxyFactory还是ProxyFactoryBean,都不能满足实际业务中复杂的应用,用户不可能对每个使用AOP代理的类进行配置。这时通过一定规则自动发现和代理自然应运而生。在spring-aop工程的autoproxy目录构成了Spring AOP自动代理的基础,AbstractAutoProxyCreator是自动代理实现的抽象基类,BeanNameAutoProxyCreator和DefaultAdvisorAutoProxyCreator则是Spring提供的两个实现。

自动代理的实现原理同ProxyFactoryBean中使用FactoryBean扩展不同,而是通过BeanPostProcessor扩展对Bean对象的创建过程进行控制来实现AOP代理。抽象基类AbstractAutoProxyCreator实现了BeanPostProcessor的子接口SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor。先来了解下这个子接口。

1.扩展接口SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor

我们常提及的BeanPostProcessor扩展并不是只有BeanPostProcessor一个接口,而是由其形成的多层接口体系,对Bean对象在IOC容器的创建过程的各个节点扩展形成的体系。这里只展示下SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的类结构。

输入图片说明

BeanPostProcessor

  • postProcessBeforeInitialization 初始化前扩展(执行init-method前)
  • postProcessAfterInitialization 初始化后扩展(执行init-method后)

InstantiationAwareBeanPostProcessor

  • postProcessBeforeInstantiation 对象实例化前扩展
  • postProcessAfterInstantiation 对象实例化后扩展
  • postProcessPropertyValues 属性依赖注入前扩展

SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor

  • predictBeanType 预测bean的类型,在beanFactory的getType时被调用
  • determineCandidateConstructors 对象实例化时决定要使用的构造函数时被调用
  • getEarlyBeanReference 循环依赖处理时获取Early对象引用时被调用

而对于Spring AOP的自动代理,处理的阶段有两个,对象实例化前扩展和初始化后扩展。

2.自动代理基类AbstractAutoProxyCreator

在对象实例化前(postProcessBeforeInstantiation)的扩展中,主要对配置了customTargetSourceCreators属性的情况进行处理,而默认的处理都是在初始化后(postProcessAfterInitialization)扩展里执行的。

对象实例化前postProcessBeforeInstantiation

所谓的customTargetSourceCreators属性是在AbstractAutoProxyCreator中的一个TargetSourceCreator数组,用来对代理对象target的封装类TargetSource的生成进行自定义。spring内置的TargetSourceCreator有两个:LazyInitTargetSourceCreator和QuickTargetSourceCreator。

  • LazyInitTargetSourceCreator:创建的代理对象并没有初始化,直到第一次调用时才进行初始化

  • QuickTargetSourceCreator:根据beanName的不同前缀创建三种常用的TargetSource类型(bean必须为多例)

    1. CommonsPoolTargetSource:池化TargetSource,每次执行方法时从池中取代理对象,执行完方法再返回池中
    2. ThreadLocalTargetSource:线程级的TargetSource
    3. PrototypeTargetSource:多例TargetSource,每次执行方法创建新的代理对象,执行完销毁该对象

来看下核心代码

if (beanName != null) {
	// 获取自定义TargetSource
	TargetSource targetSource = getCustomTargetSource(beanClass, beanName);
	if (targetSource != null) {
		this.targetSourcedBeans.add(beanName);
		// 获取拦截器
		Object[] specificInterceptors = getAdvicesAndAdvisorsForBean(beanClass, beanName, targetSource);
		// 创建代理对象
		Object proxy = createProxy(beanClass, beanName, specificInterceptors, targetSource);
		this.proxyTypes.put(cacheKey, proxy.getClass());
		return proxy;
	}
}

第一步获取定义TargetSource,即遍历所有自定义TargetSourceCreator,调用getTargetSource方法返回TargetSource。

protected TargetSource getCustomTargetSource(Class<?> beanClass, String beanName) {
	// We can't create fancy target sources for directly registered singletons.
	if (this.customTargetSourceCreators != null &&
			this.beanFactory != null && this.beanFactory.containsBean(beanName)) {
		for (TargetSourceCreator tsc : this.customTargetSourceCreators) {
			TargetSource ts = tsc.getTargetSource(beanClass, beanName);
			if (ts != null) {
				// Found a matching TargetSource.
				if (logger.isDebugEnabled()) {
					logger.debug("TargetSourceCreator [" + tsc +
							" found custom TargetSource for bean with name '" + beanName + "'");
				}
				return ts;
			}
		}
	}

	// No custom TargetSource found.
	return null;
}

第二步获取拦截器由子类实现,根据不同的方式获取当前bean的拦截器,在后文以子类DefaultAdvisorAutoProxyCreator为例详细介绍。

第三步创建代理对象,通过创建ProxyFactory的方式完成,原理细节见ProxyFactory,来简单看下它的实现。

protected Object createProxy(
		Class<?> beanClass, String beanName, Object[] specificInterceptors, TargetSource targetSource) {

	ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();
	// copy代理配置,如proxyTargetClass,exposeProxy等
	proxyFactory.copyFrom(this);

	// proxyTargetClass=false时
	if (!proxyFactory.isProxyTargetClass()) {
		// 再次确认是否要代理类对象
		if (shouldProxyTargetClass(beanClass, beanName)) {
			proxyFactory.setProxyTargetClass(true);
		}
		// 不需要则获取其代理接口集合
		else {
			evaluateProxyInterfaces(beanClass, proxyFactory);
		}
	}

	// 将所有拦截器封装成Advisor
	Advisor[] advisors = buildAdvisors(beanName, specificInterceptors);
	for (Advisor advisor : advisors) {
		proxyFactory.addAdvisor(advisor);
	}

	proxyFactory.setTargetSource(targetSource);
	// 扩展点,支持子类对ProxyFacory扩展
	customizeProxyFactory(proxyFactory);

	proxyFactory.setFrozen(this.freezeProxy);
	if (advisorsPreFiltered()) {
		proxyFactory.setPreFiltered(true);
	}
	
	// 创建代理对象
	return proxyFactory.getProxy(getProxyClassLoader());
}

可以说逻辑非常清晰,最后使用ProxyFactory创建代理对象也是使用ProxyFactory统一的API。如果最终返回的代理对象不为空,则直接返回代理对象,不再执行IOC中的对象属性注入和初始化等操作了。

初始化后(postProcessAfterInitialization)

如果并没有设置自定义TargetSourceCreator,代理对象就会在原始对象初始化完成后创建。

public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
	if (bean != null) {
		Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
		if (!this.earlyProxyReferences.contains(cacheKey)) {
			return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
		}
	}
	return bean;
}

wrapIfNecessary方法执行代理的核心操作。

protected Object wrapIfNecessary(Object bean, String beanName, Object cacheKey) {
	if (beanName != null && this.targetSourcedBeans.contains(beanName)) {
		return bean;
	}
	if (Boolean.FALSE.equals(this.advisedBeans.get(cacheKey))) {
		return bean;
	}
	// AOP体系的子类不被代理(Advisor,Advice等)
	if (isInfrastructureClass(bean.getClass()) || shouldSkip(bean.getClass(), beanName)) {
		this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
		return bean;
	}

	// Create proxy if we have advice.
	// 获取拦截器
	Object[] specificInterceptors = getAdvicesAndAdvisorsForBean(bean.getClass(), beanName, null);
	if (specificInterceptors != DO_NOT_PROXY) {
		this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.TRUE);
		// 创建代理对象
		Object proxy = createProxy(bean.getClass(), beanName, specificInterceptors, new SingletonTargetSource(bean));
		this.proxyTypes.put(cacheKey, proxy.getClass());
		return proxy;
	}

	this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
	return bean;
}

实现过程基本同之前的一直,由子类返回拦截器集合,创建ProxyFactory对象进行代理。

3.默认自动代理类DefaultAdvisorAutoProxyCreator

在基类AbstractAutoProxyCreator中通过BeanPostProcessor扩展的方式,使得bean在创建过程中完成被代理。代理的框架已有AbstractAutoProxyCreator基本完成,留给子类的是获取拦截器getAdvicesAndAdvisorsForBean方法的具体实现。我们以DefaultAdvisorAutoProxyCreator为例,了解下Spring AOP是如何完成自动发现和过滤切面的。

DefaultAdvisorAutoProxyCreator的获取拦截器实现其实由其抽象基类AbstractAdvisorAutoProxyCreator实现。

protected Object[] getAdvicesAndAdvisorsForBean(Class<?> beanClass, String beanName, TargetSource targetSource) {
	List<Advisor> advisors = findEligibleAdvisors(beanClass, beanName);
	if (advisors.isEmpty()) {
		return DO_NOT_PROXY;
	}
	return advisors.toArray();
}

实际操作有findEligibleAdvisors执行

protected List<Advisor> findEligibleAdvisors(Class<?> beanClass, String beanName) {
	// 寻找所有Advisor候选者
	List<Advisor> candidateAdvisors = findCandidateAdvisors();
	// 获取匹配当前bean的Advisor
	List<Advisor> eligibleAdvisors = findAdvisorsThatCanApply(candidateAdvisors, beanClass, beanName);
	extendAdvisors(eligibleAdvisors);
	if (!eligibleAdvisors.isEmpty()) {
		// 对Advisor排序
		eligibleAdvisors = sortAdvisors(eligibleAdvisors);
	}
	return eligibleAdvisors;
}

主要过程分为两步,第一步寻找所有Advisor候选者,即自动发现切面,第二部筛选当前bean的Advisor。

findCandidateAdvisors由BeanFactoryAdvisorRetrievalHelper帮助类执行,原理就是从BeanFactory及其所有父级BeanFactory中寻找类型为Advisor的类,并执行getBean实例化。

public List<Advisor> findAdvisorBeans() {
	// Determine list of advisor bean names, if not cached already.
	String[] advisorNames = null;
	synchronized (this) {
		advisorNames = this.cachedAdvisorBeanNames;
		if (advisorNames == null) {
			// Do not initialize FactoryBeans here: We need to leave all regular beans
			// uninitialized to let the auto-proxy creator apply to them!
			// 寻找Advisor类型的bean
			advisorNames = BeanFactoryUtils.beanNamesForTypeIncludingAncestors(
					this.beanFactory, Advisor.class, true, false);
			this.cachedAdvisorBeanNames = advisorNames;
		}
	}
	if (advisorNames.length == 0) {
		return new LinkedList<Advisor>();
	}

	List<Advisor> advisors = new LinkedList<Advisor>();
	for (String name : advisorNames) {
		if (isEligibleBean(name)) {
			if (this.beanFactory.isCurrentlyInCreation(name)) {
				if (logger.isDebugEnabled()) {
					logger.debug("Skipping currently created advisor '" + name + "'");
				}
			}
			else {
				try {
					// getBean实例化
					advisors.add(this.beanFactory.getBean(name, Advisor.class));
				}
				catch (BeanCreationException ex) {
					Throwable rootCause = ex.getMostSpecificCause();
					if (rootCause instanceof BeanCurrentlyInCreationException) {
						BeanCreationException bce = (BeanCreationException) rootCause;
						if (this.beanFactory.isCurrentlyInCreation(bce.getBeanName())) {
							if (logger.isDebugEnabled()) {
								logger.debug("Skipping advisor '" + name +
										"' with dependency on currently created bean: " + ex.getMessage());
							}
							// Ignore: indicates a reference back to the bean we're trying to advise.
							// We want to find advisors other than the currently created bean itself.
							continue;
						}
					}
					throw ex;
				}
			}
		}
	}
	return advisors;
}

findAdvisorsThatCanApply筛选Advisor是由AopUtils类实现。对不同类型的Advisor进行不同的处理,如IntroductionAdvisor和PointcutAdvisor。

public static List<Advisor> findAdvisorsThatCanApply(List<Advisor> candidateAdvisors, Class<?> clazz) {
	if (candidateAdvisors.isEmpty()) {
		return candidateAdvisors;
	}
	List<Advisor> eligibleAdvisors = new LinkedList<Advisor>();
	for (Advisor candidate : candidateAdvisors) {
		if (candidate instanceof IntroductionAdvisor && canApply(candidate, clazz)) {
			eligibleAdvisors.add(candidate);
		}
	}
	boolean hasIntroductions = !eligibleAdvisors.isEmpty();
	for (Advisor candidate : candidateAdvisors) {
		if (candidate instanceof IntroductionAdvisor) {
			// already processed
			continue;
		}
		// 匹配Advisor是否适用当前bean
		if (canApply(candidate, clazz, hasIntroductions)) {
			eligibleAdvisors.add(candidate);
		}
	}
	return eligibleAdvisors;
}

其中canApply方法执行实际的匹配操作,细节部分主要是对切入点Pointcut和bean的匹配,有兴趣的可以自己深入研究其匹配过程。

public static boolean canApply(Advisor advisor, Class<?> targetClass, boolean hasIntroductions) {
	if (advisor instanceof IntroductionAdvisor) {
		return ((IntroductionAdvisor) advisor).getClassFilter().matches(targetClass);
	}
	else if (advisor instanceof PointcutAdvisor) {
		PointcutAdvisor pca = (PointcutAdvisor) advisor;
		return canApply(pca.getPointcut(), targetClass, hasIntroductions);
	}
	else {
		// It doesn't have a pointcut so we assume it applies.
		return true;
	}
}

至此也就完成了bean适用的Advisor切面的自动发现与筛选,最后由ProxyFactory完成代理创建。

4.AOP中的循环依赖

在看自动代理源码的过程中,突然注意到SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口中的getEarlyBeanReference方法,它是Spring处理循环依赖时返回**未创建完(只实例化未做依赖注入)**Bean的扩展。关于循环依赖可以去Bean的循环依赖一章去详细了解,这里只做简单的说明。

有两个单例Bean,A和B,A中引用了B,B中引用了A。Spring对这种相互依赖做了特殊的处理,即在对象实例化后缓存一份key为beanName的ObjectFactory,ObjectFactory中的getObject方法返回当前创建对象的引用。

// 支持单例依赖循环
if (earlySingletonExposure) {
	// 添加Early对象缓存
	addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
		[@Override](https://my.oschina.net/u/1162528)
		public Object getObject() throws BeansException {
			return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
		}
	});
}

这里假设先创建A对象实例,当A进行依赖注入时,需要B对象,则会通过getBean方法创建B对象。此时A并没有创建完成,但在Early缓存中存有A的引用,因而当B对象进行依赖注入A时,直接返回A对象的Early引用,从而不会造成陷入无休止的依赖注入循环中。

在getEarlyBeanReference方法中,不仅只是返回对象引用,还有一个扩展点,支持SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口中的getEarlyBeanReference方法对返回的对象引用进行修改。

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
	Object exposedObject = bean;
	if (bean != null && !mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
		for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
			if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
				SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
				// 扩展点,对Early对象进行修改
				exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
				if (exposedObject == null) {
					return exposedObject;
				}
			}
		}
	}
	return exposedObject;
}

回到AOP的自动代理上,在AbstractAutoProxyCreator中实现了getEarlyBeanReference扩展

public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
	Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
	if (!this.earlyProxyReferences.contains(cacheKey)) {
		this.earlyProxyReferences.add(cacheKey);
	}
	return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

这里将标识唯一bean的cacheKey添加到earlyProxyReferences中,在之后bean的初始化中将很有用。然后执行wrapIfNecessary返回bean的代理对象,因而如果存在循环依赖,则依赖注入的就是真正的代理对象。

在对象执行完依赖注入后,进行初始化操作,会调用初始化后扩展postProcessAfterInitialization方法,再来关注下AbstractAutoProxyCreator此方法的实现。

public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
	if (bean != null) {
		Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
		// 判断early引用中是否包含cacheKey
		if (!this.earlyProxyReferences.contains(cacheKey)) {
			return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
		}
	}
	return bean;
}

它判断了earlyProxyReferences中不包含当前bean的cacheKey才会执行代理操作,也就是说,如果存在循环依赖时,代理对象在getEarlyBeanReference时就创建了,而在初始化后直接跳过了,返回的bean是原始的对象。

你可能会问,既然这里返回的不是代理对象,那代理对象最后是怎样返回的呢?

Spring在对象进行初始化后,对存在循环依赖的又做了巧妙的处理。

if (earlySingletonExposure) {
	// 如果存在循环依赖,则返回的为代理对象
	Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
	if (earlySingletonReference != null) {
		// 循环依赖下,经过初始化后的对象同原始对象一致
		// 因而将代理对象赋给最终返回的对象引用
		if (exposedObject == bean) {
			exposedObject = earlySingletonReference;
		}
	}
}

这里的设计很是巧妙,需要结合依赖循环的处理,AOP对象的处理统一来理解。同时对循环依赖时,不直接缓存对象,而是通过ObjectFactory的方式有了更深的理解。有兴趣的同学可以反复琢磨一下。

2017/12/24更新

回头再看这个循环依赖的点,还是花了一点时间来回翻了下源码才理解,因此再补充记录下。getSingleton(beanName, false)方法,当不存在循环依赖时,会返回null,而存在循环依赖时,返回的是ObjectFactory的getEarlyBeanReference方法返回的对象。原始的bean对象经过getEarlyBeanReference方法后,可能存在SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor处理器,在其getEarlyBeanReference方法中被改变了,比如AbstractAutoProxyCreator中会返回代理对象。而在AbstractAutoProxyCreator的实现中,使用cacheKey保证了生成的代理对象是单例的。因此当if (exposedObject == bean)判断时会返回true,从而getBean方法返回的对象就是真正的代理对象。此时还有一个疑问,代理对象并没有进行属性的依赖注入以及init-method等的初始化啊?其实代理对象没有必要去复制原始对象的内部结构,因为它持有原始对象的引用,并且实际调用方法是交由原始对象去处理的。

总结

Spring AOP的自动代理,它同ProxyFactoryBean采用了不同的扩展方式。FactoryBean的扩展思路非常清晰,在工厂ProxyFactoryBean创建完成后直接根据其配置动态生成不同的代理对象,适用于简单的配置,但在ApplicationContext高级容器中,就需要通过BeanPostProcessor扩展进行更细粒度的操作,从而支持复杂的业务配置。而接下来要讨论的AspectJ整合Spring的基础实现,就来自于Spring AOP的自动代理。

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