AOP 那点事儿

又是一个周末,刚给宝宝喂完牛奶,终于让她睡着了。所以现在我才能腾出手来,坐在电脑面前给大家写这篇文章。

今天我要和大家分享的是 AOP(Aspect-Oriented Programming)这个东西,名字与 OOP 仅差一个字母,其实它是对 OOP 编程方式的一种补充,并非是取而代之。翻译过来就是“面向方面编程”,可我更倾向于翻译为“面向切面编程”。它听起有些的神秘,为什么呢?当你看完这篇文章的时候,就会知道,我们做的很重要的工作就是去写这个“切面” 。那么什么是“切面”呢?

没错!就是用一把刀来切一坨面。注意,相对于面而言,我们一定是横着来切它,这简称为“横切”。可以把一段代码想象成一坨面,同样也可以用一把刀来横切它,下面要做的就是如何去实现这把刀!

需要澄清的是,这个概念不是由 Rod Johnson(老罗)提出的。其实很早以前就有了,目前最知名最强大的 Java 开源项目就是 AspectJ 了,然而它的前身是 AspectWerkz(该项目已经在 2005 年停止更新),这才是 AOP 的老祖宗。老罗(一个头发秃得和我老爸有一拼的天才)写了一个叫做 Spring 框架,从此一炮走红,成为了 Spring 之父。他在自己的 IOC 的基础之上,又实现了一套 AOP 的框架,后来仿佛发现自己越来越走进深渊里,在不能自拔的时候,有人建议他还是集成 AspectJ 吧,他在万般无奈之下才接受了该建议。于是,我们现在用得最多的想必就是 Spring + AspectJ 这种 AOP 框架了。

那么 AOP 到底是什么?如何去使用它?本文将逐步带您进入 AOP 的世界,让您感受到前所未有的畅快!

不过在开始讲解 AOP 之前,我想有必要回忆一下这段代码:

1. 写死代码

先来一个接口:

public interface Greeting {

    void sayHello(String name);
}

还有一个实现类:

public class GreetingImpl implements Greeting {

    @Override
    public void sayHello(String name) {
        before();
        System.out.println("Hello! " + name);
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("Before");
    }

    private void after() {
        System.out.println("After");
    }
}

before() 与 after() 方法写死在 sayHello() 方法体中了,这样的代码的味道非常不好。如果哪位仁兄大量写了这样的代码,肯定要被你的架构师骂个够呛。

比如:我们要统计每个方法的执行时间,以对性能作出评估,那是不是要在每个方法的一头一尾都做点手脚呢?

再比如:我们要写一个 JDBC 程序,那是不是也要在方法的开头去连接数据库,方法的末尾去关闭数据库连接呢?

这样的代码只会把程序员累死,把架构师气死!

一定要想办法对上面的代码进行重构,首先给出三个解决方案:

2. 静态代理

最简单的解决方案就是使用静态代理模式了,我们单独为 GreetingImpl 这个类写一个代理类:

public class GreetingProxy implements Greeting {

    private GreetingImpl greetingImpl;

    public GreetingProxy(GreetingImpl greetingImpl) {
        this.greetingImpl = greetingImpl;
    }

    @Override
    public void sayHello(String name) {
        before();
        greetingImpl.sayHello(name);
        after();
    }

    private void before() {
        System.out.println("Before");
    }

    private void after() {
        System.out.println("After");
    }
}

就用这个 GreetingProxy 去代理 GreetingImpl,下面看看客户端如何来调用:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Greeting greetingProxy = new GreetingProxy(new GreetingImpl());
        greetingProxy.sayHello("Jack");
    }
}

这样写没错,但是有个问题,XxxProxy 这样的类会越来越多,如何才能将这些代理类尽可能减少呢?最好只有一个代理类。

这时我们就需要使用 JDK 提供的动态代理了。

3. JDK 动态代理

public class JDKDynamicProxy implements InvocationHandler {

    private Object target;

    public JDKDynamicProxy(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T getProxy() {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(
            target.getClass().getClassLoader(),
            target.getClass().getInterfaces(),
            this
        );
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        before();
        Object result = method.invoke(target, args);
        after();
        return result;
    }

    private void before() {
        System.out.println("Before");
    }

    private void after() {
        System.out.println("After");
    }
}

客户端是这样调用的:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Greeting greeting = new JDKDynamicProxy(new GreetingImpl()).getProxy();
        greeting.sayHello("Jack");
    }
}

这样所有的代理类都合并到动态代理类中了,但这样做仍然存在一个问题:JDK 给我们提供的动态代理只能代理接口,而不能代理没有接口的类。有什么方法可以解决呢?

4. CGLib 动态代理

我们使用开源的 CGLib 类库可以代理没有接口的类,这样就弥补了 JDK 的不足。CGLib 动态代理类是这样玩的:

public class CGLibDynamicProxy implements MethodInterceptor {

    private static CGLibDynamicProxy instance = new CGLibDynamicProxy();

    private CGLibDynamicProxy() {
    }

    public static CGLibDynamicProxy getInstance() {
        return instance;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T getProxy(Class<T> cls) {
        return (T) Enhancer.create(cls, this);
    }

    @Override
    public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        before();
        Object result = proxy.invokeSuper(target, args);
        after();
        return result;
    }

    private void before() {
        System.out.println("Before");
    }

    private void after() {
        System.out.println("After");
    }
}

以上代码中了 Singleton 模式,那么客户端调用也更加轻松了:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Greeting greeting = CGLibDynamicProxy.getInstance().getProxy(GreetingImpl.class);
        greeting.sayHello("Jack");
    }
}

到此为止,我们能做的都做了,问题似乎全部都解决了。但事情总不会那么完美,而我们一定要追求完美!

老罗搞出了一个 AOP 框架,能否做到完美而优雅呢?请大家继续往下看吧!

5. Spring AOP:前置增强、后置增强、环绕增强(编程式)

在 Spring AOP 的世界里,与 AOP 相关的术语实在太多,往往也是我们的“拦路虎”,不管是看那本书或是技术文档,在开头都要将这些术语逐个灌输给读者。我想这完全是在吓唬人了,其实没那么复杂的,大家放轻松一点。

我们上面例子中提到的 before() 方法,在 Spring AOP 里就叫 Before Advice(前置增强)。有些人将 Advice 直译为“通知”,我想这是不太合适的,因为它根本就没有“通知”的含义,而是对原有代码功能的一种“增强”。再说,CGLib 中也有一个 Enhancer 类,它就是一个增强类。

此外,像 after() 这样的方法就叫 After Advice(后置增强),因为它放在后面来增强代码的功能。

如果能把 before() 与 after() 合并在一起,那就叫 Around Advice(环绕增强),就像汉堡一样,中间夹一根火腿。

这三个概念是不是轻松地理解了呢?如果是,那就继续吧!

我们下面要做的就是去实现这些所谓的“增强类”,让他们横切到代码中,而不是将这些写死在代码中。

先来一个前置增强类吧:

public class GreetingBeforeAdvice implements MethodBeforeAdvice {

    @Override
    public void before(Method method, Object[] args, Object target) throws Throwable {
        System.out.println("Before");
    }
}

注意:这个类实现了 org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice 接口,我们将需要增强的代码放入其中。

再来一个后置增强类吧:

public class GreetingAfterAdvice implements AfterReturningAdvice {

    @Override
    public void afterReturning(Object result, Method method, Object[] args, Object target) throws Throwable {
        System.out.println("After");
    }
}

类似地,这个类实现了 org.springframework.aop.AfterReturningAdvice 接口。

最后用一个客户端来把它们集成起来,看看如何调用吧:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();     // 创建代理工厂
        proxyFactory.setTarget(new GreetingImpl());         // 射入目标类对象
        proxyFactory.addAdvice(new GreetingBeforeAdvice()); // 添加前置增强
        proxyFactory.addAdvice(new GreetingAfterAdvice());  // 添加后置增强 

        Greeting greeting = (Greeting) proxyFactory.getProxy(); // 从代理工厂中获取代理
        greeting.sayHello("Jack");                              // 调用代理的方法
    }
}

请仔细阅读以上代码及其注释,您会发现,其实 Spring AOP 还是挺简单的,对吗?

当然,我们完全可以只定义一个增强类,让它同时实现 MethodBeforeAdvice 与 AfterReturningAdvice 这两个接口,如下:

public class GreetingBeforeAndAfterAdvice implements MethodBeforeAdvice, AfterReturningAdvice {

    @Override
    public void before(Method method, Object[] args, Object target) throws Throwable {
        System.out.println("Before");
    }

    @Override
    public void afterReturning(Object result, Method method, Object[] args, Object target) throws Throwable {
        System.out.println("After");
    }
}

这样我们只需要使用一行代码,同时就可以添加前置与后置增强:

proxyFactory.addAdvice(new GreetingBeforeAndAfterAdvice());

刚才有提到“环绕增强”,其实这个东西可以把“前置增强”与“后置增强”的功能给合并起来,无需让我们同时实现以上两个接口。

public class GreetingAroundAdvice implements MethodInterceptor {

    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        before();
        Object result = invocation.proceed();
        after();
        return result;
    }

    private void before() {
        System.out.println("Before");
    }

    private void after() {
        System.out.println("After");
    }
}

环绕增强类需要实现 org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor 接口。注意,这个接口不是 Spring 提供的,它是 AOP 联盟(一个很牛逼的联盟)写的,Spring 只是借用了它。

在客户端中同样也需要将该增强类的对象添加到代理工厂中:

proxyFactory.addAdvice(new GreetingAroundAdvice());

好了,这就是 Spring AOP 的基本用法,但这只是“编程式”而已。Spring AOP 如果只是这样,那就太傻逼了,它曾经也是一度宣传用 Spring 配置文件的方式来定义 Bean 对象,把代码中的 new 操作全部解脱出来。

6.   Spring AOP:前置增强、后置增强、环绕增强(声明式)

先看 Spring 配置文件是如何写的吧:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans

http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd


http://www.springframework.org/schema/context


http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">

    <!-- 扫描指定包(将 @Component 注解的类自动定义为 Spring Bean) -->
    <context:component-scan base-package="aop.demo"/>

    <!-- 配置一个代理 -->
    <bean id="greetingProxy" class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean">
        <property name="interfaces" value="aop.Greeting"/> <!-- 需要代理的接口 -->
        <property name="target" ref="greetingImpl"/>       <!-- 接口实现类 -->
        <property name="interceptorNames">                 <!-- 拦截器名称(也就是增强类名称,Spring Bean 的 id) -->
            <list>
                <value>greetingAroundAdvice</value>
            </list>
        </property>
    </bean>

</beans>

一定要阅读以上代码的注释,其实使用 ProxyFactoryBean 就可以取代前面的 ProxyFactory,其实它们俩就一回事儿。我认为 interceptorNames 应该改名为 adviceNames 或许会更容易让人理解,不就是往这个属性里面添加增强类吗?

此外,如果只有一个增强类,可以使用以下方法来简化:

...

    <bean id="greetingProxy" class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean">
        <property name="interfaces" value="aop.Greeting"/>
        <property name="target" ref="greetingImpl"/>
        <property name="interceptorNames" value="greetingAroundAdvice"/> <!-- 注意这行配置 -->
    </bean>

...

还需要注意的是,这里使用了 Spring 2.5+ 的特性“Bean 扫描”,这样我们就无需在 Spring 配置文件里不断地定义 <bean id=”xxx”/> 了,从而解脱了我们的双手。

看看这是有多么的简单:

@Component
public class GreetingImpl implements Greeting {

    ...
}
@Component
public class GreetingAroundAdvice implements MethodInterceptor {

    ...
}

最后看看客户端吧:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("aop/demo/spring.xml"); // 获取 Spring Context
        Greeting greeting = (Greeting) context.getBean("greetingProxy");                        // 从 Context 中根据 id 获取 Bean 对象(其实就是一个代理)
        greeting.sayHello("Jack");                                                              // 调用代理的方法
    }
}

代码量确实少了,我们将配置性的代码放入配置文件,这样也有助于后期维护。更重要的是,代码只关注于业务逻辑,而将配置放入文件中。这是一条最佳实践!

除了上面提到的那三类增强以外,其实还有两类增强也需要了解一下,关键的时候您要能想得到它们才行。

7. Spring AOP:抛出增强

程序报错,抛出异常了,一般的做法是打印到控制台或日志文件中,这样很多地方都得去处理,有没有一个一劳永逸的方法呢?那就是 Throws Advice(抛出增强),它确实很强,不信你就继续往下看:

@Component
public class GreetingImpl implements Greeting {

    @Override
    public void sayHello(String name) {
        System.out.println("Hello! " + name);

        throw new RuntimeException("Error"); // 故意抛出一个异常,看看异常信息能否被拦截到
    }
}

下面是抛出增强类的代码:

@Component
public class GreetingThrowAdvice implements ThrowsAdvice {

    public void afterThrowing(Method method, Object[] args, Object target, Exception e) {
        System.out.println("---------- Throw Exception ----------");
        System.out.println("Target Class: " + target.getClass().getName());
        System.out.println("Method Name: " + method.getName());
        System.out.println("Exception Message: " + e.getMessage());
        System.out.println("-------------------------------------");
    }
}

抛出增强类需要实现 org.springframework.aop.ThrowsAdvice 接口,在接口方法中可获取方法、参数、目标对象、异常对象等信息。我们可以把这些信息统一写入到日志中,当然也可以持久化到数据库中。

这个功能确实太棒了!但还有一个更厉害的增强。如果某个类实现了 A 接口,但没有实现 B 接口,那么该类可以调用 B 接口的方法吗?如果您没有看到下面的内容,一定不敢相信原来这是可行的!

8. Spring AOP:引入增强

以上提到的都是对方法的增强,那能否对类进行增强呢?用 AOP 的行话来讲,对方法的增强叫做 Weaving(织入),而对类的增强叫做 Introduction(引入)。而 Introduction Advice(引入增强)就是对类的功能增强,它也是 Spring AOP 提供的最后一种增强。建议您一开始千万不要去看《Spring Reference》,否则您一定会后悔的。因为当您看了以下的代码示例后,一定会彻底明白什么才是引入增强。

定义了一个新接口 Apology(道歉):

public interface Apology {

    void saySorry(String name);
}

但我不想在代码中让 GreetingImpl 直接去实现这个接口,我想在程序运行的时候动态地实现它。因为假如我实现了这个接口,那么我就一定要改写 GreetingImpl 这个类,关键是我不想改它,或许在真实场景中,这个类有1万行代码,我实在是不敢动了。于是,我需要借助 Spring 的引入增强。这个有点意思了!

@Component
public class GreetingIntroAdvice extends DelegatingIntroductionInterceptor implements Apology {

    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        return super.invoke(invocation);
    }

    @Override
    public void saySorry(String name) {
        System.out.println("Sorry! " + name);
    }
}

以上定义了一个引入增强类,扩展了 org.springframework.aop.support.DelegatingIntroductionInterceptor 类,同时也实现了新定义的 Apology 接口。在类中首先覆盖了父类的 invoke() 方法,然后实现了 Apology 接口的方法。我就是想用这个增强类去丰富 GreetingImpl 类的功能,那么这个 GreetingImpl 类无需直接实现 Apology 接口,就可以在程序运行的时候调用 Apology 接口的方法了。这简直是太神奇的!

看看是如何配置的吧:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans

http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd


http://www.springframework.org/schema/context


http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">

    <context:component-scan base-package="aop.demo"/>

    <bean id="greetingProxy" class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean">
        <property name="interfaces" value="aop.demo.Apology"/>          <!-- 需要动态实现的接口 -->
        <property name="target" ref="greetingImpl"/>                    <!-- 目标类 -->
        <property name="interceptorNames" value="greetingIntroAdvice"/> <!-- 引入增强 -->
        <property name="proxyTargetClass" value="true"/>                <!-- 代理目标类(默认为 false,代理接口) -->
    </bean>

</beans>

需要注意 proxyTargetClass 属性,它表明是否代理目标类,默认为 false,也就是代理接口了,此时 Spring 就用 JDK 动态代理。如果为 true,那么 Spring 就用 CGLib 动态代理。这简直就是太方便了!Spring 封装了这一切,让程序员不在关心那么多的细节。我们要向老罗同志致敬,您是我们心中永远的 idol!

当您看完下面的客户端代码,一定会完全明白以上的这一切:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("aop/demo/spring.xml");
        GreetingImpl greetingImpl = (GreetingImpl) context.getBean("greetingProxy"); // 注意:转型为目标类,而并非它的 Greeting 接口
        greetingImpl.sayHello("Jack");

        Apology apology = (Apology) greetingImpl; // 将目标类强制向上转型为 Apology 接口(这是引入增强给我们带来的特性,也就是“接口动态实现”功能)
        apology.saySorry("Jack");
    }
}

没想到 saySorry() 方法原来是可以被 greetingImpl 对象来直接调用的,只需将其强制转换为该接口即可。

我们再次感谢 Spring AOP,感谢老罗给我们提供了这么强大的特性!

其实,Spring AOP 还有很多精彩的地方,下一篇将介绍更多更有价值的 AOP 技术,让大家得到更多的收获。

未完,待续…

AOP 那点儿事(续集)

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