AOP知识详解

科技绿洲 2023-09-25 913

科技绿洲

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描述

今天我们继续看看AOP相关的知识，前面说到了Javassit，Spring AOP，通过该篇，让你对AOP有更完整的认识。

AOP

再看AOP，这是一种面向切面编程思想，相比面向对象编程，可以说是站在更改维度关注对象，我们知道，对象包含由属性和行为。 基于AOP，我们可以把一段代码插入到对象中形成新的对象，这是织入的过程，目的是将公共的内容写入到业务代码中，通过配置或简单的编码完成整个过程。 这样一来不用修改原有的业务代码，同时又能自由完成目标代码的增强，按照代码的设计思想，确实是降低业务与功能的耦合。

大部分框架都是为我们提供切面织入目标过程的封装。

实现

接口

通过该图可以看到AOP相关的实现主要包括ASM、Cglib、JDK Proxy、AspectJ、Javassit，这些实现主要都是对字节码直接操作，只不过对目标对象的增强可以发生在编译时、编译后或运行时。

关于AOP我们说的比较多的就是代理，这属于设计模式的一种，但是AOP真正做的不仅仅是对目标的代理，更多的是修改，像我们常用的代理工具Cglib、JDK Proxy，都是基于面向对象的特性，生成新的 目标对象，通过继承与代理模式来实现最终的增强效果。

在Java中，大部分情况下都是对方法的增强，比如Spring AOP，这样可以解决几乎所有的业务问题；当然切点不局限于类方法，还可以包括字段、方法、构造函数、静态初始值等，比如AspectJ，只不过需要特定的 编译器来实现。

下面我们看下剩下的几项实现AOP的技术，前面说到，Spring AOP主要基于Cglib、JDK Proxy，在运行时实现目标对象的代理。但是Spring中却引入了aspectj相关的依赖，但没有用到AspectJ编译器

JDK Proxy

JDK动态代理，主要是基于目标接口，通过ByteArrayOutputStream直接构建字节数组，最终生成代理接口的实现类，基于InvocationHandler实现代码的扩展与增强，通过反射来调用目标代码的调用。

  1. 目标接口
public interface HelloService {

    String hello(String name);

}
  1. 目标实现类
@Slf4j
public class HelloServiceImpl implements HelloService{

    @Override
    public String hello(String name) {
        log.info("+++ 执行方法：hello");
        return String.format("hello, %s", name);
    }
}
  1. 代理工厂
public class JdkProxyFactory {

    public static < T > T create(Class< T > targetClass, InvocationHandler invocationHandler){
        return (T) Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class[]{targetClass}, invocationHandler);
    }

    @Slf4j
    public static class LogInvocationHandler implements InvocationHandler{

        private Object target;

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

        /**
         *
         * @param proxy
         * @param method
         * @param args
         *
         * @return
         * @throws Throwable
         */
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            try {
                log.info(" > > > before");
                Object result = method.invoke(target, args); // 执行被代理方法
                log.info(" > > > afterReturning : {}", result);
                return result;
            } catch (Throwable e) {
                log.info(" > > > afterThrowing : {}", e.getMessage());
                throw e;
            } finally {
                log.info(" > > > after");
            }
        }
    }

}
  1. 执行测试
public class JdkProxyTests {
    
    @Test
    public void testJdkProxy(){
        HelloService helloService = JdkProxyFactory.create(HelloService.class, new JdkProxyFactory.LogInvocationHandler(new HelloServiceImpl()));
        helloService.hello("JDK Proxy");
    }

}

Cglib

Cglib基于目标类来实现代理，已目标类为参考基于ASM直接操作字节码，构造目标对象的子类行，基于MethodInterceptor接口实现目标代码的增强，通过父类调用来执行原目标代码，因此在执行效率上会高于JDK动态代理。

  1. 添加依赖
< dependency >
    < groupId >cglib< /groupId >
    < artifactId >cglib< /artifactId >
    < version >3.3.0< /version >
< /dependency >
  1. 目标类
@Slf4j
public class HiService {

    public String hi(String name){
        log.info("+++ 执行方法：hi");
        return String.format("hi, %s", name);
    }
}
  1. 代理工厂
public class CglibFactory{

    /**
     *
     * @param targetClass
     * @param methodInterceptor
     * @return
     * @param < T >
     */
    public static  < T > T create(Class< T > targetClass, MethodInterceptor methodInterceptor){
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(targetClass);
        enhancer.setCallback(methodInterceptor);
        return (T) enhancer.create();
    }

    @Slf4j
    public static class LogMethodInterceptor implements MethodInterceptor {

        /**
         *
         * @param target 目标对象
         * @param method 目标方法
         * @param args 参数
         * @param methodProxy 代理方法，注意执行方式  methodProxy.invokeSuper
         * @return
         * @throws Throwable
         */
        @Override
        public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
            try {
                log.info(" > > > before");
                Object result = methodProxy.invokeSuper(target, args); // 执行被代理方法
                log.info(" > > > afterReturning : {}", result);
                return result;
            } catch (Throwable e) {
                log.info(" > > > afterThrowing : {}", e.getMessage());
                throw e;
            } finally {
                log.info(" > > > after");
            }
        }
    }
}
  1. 执行测试
public class CglibTests {

    /**
     *
     */
    @Test
    public void testCglib(){
        HiService hiService = CglibFactory.create(HiService.class, new CglibFactory.LogMethodInterceptor());
        hiService.hi("Cglib");
    }

}

AspectJ

AspectJ是一个功能强大的面向切面编程框架，是对Java面向对象的扩展，支持编译时、编译后、加载时为目标对象（不仅仅是类方法）织入代理。

切面织入时机：

  • 编译期织入（compiler-time weaving）：在类进行编译的时候就将相应的代码织入到元类文件的.class文件中
  • 编译后织入（post-compiler weaving）：在类编译后，再将相关的代码织入到.class文件中
  • 加载时织入（load-time weaving）：在JVM加载.class 文件的时候将代码织入

我们可以通过AspectJ编译器或者maven插件aspectj-maven-plugin来实现。

AspectJ编译器

  • 下载

aspectj

  • 安装

java -jar aspectj-1.9.6.jar 配置环境变量PATH与系统变量CLASSPATH

  • 使用

通过下面的命令可实现编译时织入的效果：

#  ajc [Options] [file... | @file... | -argfile file...]
ajc -1.8 -sourceroots .srcmainjava -cp %CLASS_PATH% -outjar main.jar

通过ajc编译后并打包成main.jar，即是编译时实现了目标对象的代理，通过反编译工具可以查看到编译后的目标对象已经被修改。

AspectJ使用

编译时织入（Compile-Time Weaving）

  • 编译时织入

目标对象：

public class CTWObject {

    public void run() {
        System.out.println("-- Compile-Time Weaving --");
    }

}

Aspect:

public aspect CTWAspect {

    pointcut pc():
            execution(* com.sucl.blog.aspectj.target.CTWObject.*());

    before(): pc(){
        System.out.println(" > > before CTW < < ");
    }

    void around(): pc(){
        System.out.println(" > > around before CTW < < ");
        proceed();
        System.out.println(" > > around before CTW < < ");
    }

    after(): pc(){
        System.out.println(" > > after CTW < < ");
    }
}
  • 配置maven插件 aspectj-maven-plugin
< !-- 编译期织入 -- >
< plugin >
    < groupId >org.codehaus.mojo< /groupId >
    < artifactId >aspectj-maven-plugin< /artifactId >
    < version >1.14.0< /version >
    < configuration >
        < complianceLevel >1.8< /complianceLevel >
        < source >1.8< /source >
        < target >1.8< /target >
        < showWeaveInfo >true< /showWeaveInfo >
        < verbose >true< /verbose >
        < Xlint >ignore< /Xlint >
        < encoding >UTF-8< /encoding >
    < /configuration >
    < executions >
        < execution >
            < goals >
                < goal >compile< /goal >
                < goal >test-compile< /goal >
            < /goals >
        < /execution >
    < /executions >
< /plugin >
  • 执行测试
public class AspectJCTWTests {

    @Test
    public void call() {
        CTWObject CTWObject = new CTWObject();
        CTWObject.run();
    }
}

编译后织入（Post-Compile Weaving）

  • 针对编译好的文件，比如jar中的class文件

编写测试的目标对象，并打包成jar文件

public class PCWObject {

    public void run() {
        System.out.println("-- Post-Compile Weaving --");
    }

}
  • 引入上面的目标jar
< dependency >
    < groupId >com.sucls.blog< /groupId >
    < artifactId >PCW-target< /artifactId >
    < version >${project.version}< /version >
< /dependency >
  • 配置maven插件 aspectj-maven-plugin
< !-- 编译后织入 -- >
< plugin >
    < groupId >org.codehaus.mojo< /groupId >
    < artifactId >aspectj-maven-plugin< /artifactId >
    < !--                < version >1.14.0< /version >-- >
    < version >1.11< /version >
    < configuration >
        < complianceLevel >1.8< /complianceLevel >
        < source >1.8< /source >
        < target >1.8< /target >
        < encoding >UTF-8< /encoding >
        < weaveDependencies >
            < weaveDependency >
                < groupId >com.sucls.blog< /groupId >
                < artifactId >PCW-target< /artifactId >
            < /weaveDependency >
        < /weaveDependencies >
    < /configuration >
    < executions >
        < execution >
            < goals >
                < goal >compile< /goal >
                < goal >test-compile< /goal >
            < /goals >
        < /execution >
    < /executions >
< /plugin >
  • 编译
mvn clean compile
  • 执行测试
public class AspectJPCWTests {
    
    @Test
    public void call(){
        PCWObject pcwObject = new PCWObject();
        pcwObject.run();
    }
}

运行时织入（Load-Time Weaving）

  • 配置VM参数 
    -javaagent:${project.basedir}/lib/aspectjweaver-1.9.7.jar

或者配置maven-surefire-plugin插件

< plugin >
   < groupId >org.apache.maven.plugins< /groupId >
   < artifactId >maven-surefire-plugin< /artifactId >
   < version >2.10< /version >
   < configuration >
       < argLine >
           -javaagent:${project.basedir}/lib/aspectjweaver-1.9.7.jar
       < /argLine >
       < useSystemClassLoader >true< /useSystemClassLoader >
       < forkMode >always< /forkMode >
   < /configuration >
< /plugin >
  • 配置aop.xml

/src/main/resources/META-INF/aop.xml

< aspectj >
    < aspects >
        < !-- 以@Aspect形式编写切面（aj需要对应编译器编译）-- >
        < aspect name="com.sucl.blog.aspectj.aspect.LogAspect"/ >
    < /aspects >
< /aspectj >
  • 启动测试
public class AspectJLTWTests {

    @Test
    public void call(){
        LTWObject LTWObject = new LTWObject();
        LTWObject.run();
    }
}

结束语

不管是javassit，还是jdk proxy或者cglib来实现AOP，都是通过对字节码的修改，只不过对字节码操作方式不一样。通过上面的例子我们可以认识到各种AOP框架的使用方式。在究其原理时， 能够能够知道这些工具到底为我们做了什么。

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