【Spring】Spring AOP入门及实现原理剖析

文章目录

  • 1 初探Aop
    • 1.1 何为AOP？
    • 1.2 AOP的组成
      • 1.2.1 切面(Aspect)
      • 1.2.2 连接点(Join Point)
      • 1.2.3 切点(Pointcut)
      • 1.2.4 通知(Advice)
    • 1.3 AOP的使用场景
  • 2 Spring AOP入门
    • 2.1 添加 Spring AOP 框架⽀持
    • 2.2 定义切面和切点
    • 2.3 定义相关通知
  • 3 Spring AOP实现原理
    • 3.1 何为动态代理？
    • 3.2 JDK 动态代理实现
    • 3.3 CGLIB 动态代理实现
    • 3.4 两种方式的区别
  • 写在最后

1 初探Aop

1.1 何为AOP？

AOP (Aspect-Oriented Programming) 是一种编程范式，它提供一种将程序中的横切关注点模块化的方式。横切关注点可以是日志、事务、安全等，它们不属于业务逻辑，但是又必须要与业务逻辑紧密耦合在一起。在 AOP 中，我们将这些横切关注点称为“切面”，它们独立于业务逻辑模块，但是可以在程序运行的不同阶段被织入到业务逻辑中。使用 AOP 可以提高代码复用性、降低模块之间的耦合度、简化代码的维护性等。

1.2 AOP的组成

AOP由切面、切点、连接点和通知组成。

1.2.1 切面(Aspect)

切面是包含了通知、切点和切面的类，相当于AOP实现的某个功能的集合。通俗理解，在程序中就是一个处理某方面具体问题的一个类。里面包含了许多方法，这些方法就是切点和通知。

1.2.2 连接点(Join Point)

应⽤执⾏过程中能够插⼊切⾯的⼀个点，这个点可以是⽅法调⽤时，抛出异常时，甚⾄修改字段时。切⾯代码可以利⽤这些点插⼊到应⽤的正常流程之中，并添加新的⾏为。连接点可以理解为可能会触发AOP规则的所有点。 狭义可以理解为需要进行功能增强的方法。

1.2.3 切点(Pointcut)

切点是连接点的集合。它定义了在哪些连接点上应用特定的通知。通过使用切点表达式，可以根据连接点的特征（例如方法签名或类名）选择特定的连接点。即，切点是用来进行主动拦截的规则（配置）。
具体来说：Pointcut 的作⽤就是提供⼀组规则（使⽤ AspectJ pointcut expression language 来描述）来匹配 Join Point，给满⾜规则的 Join Point 添加 Advice。

1.2.4 通知(Advice)

在AOP术语中，切面的工作被称之为通知。 通知是切面在连接点上执行的动作。它定义了在何时（例如在方法调用之前或之后）以及如何（例如打印日志或进行性能监控）应用切面的行为。即，程序中被拦截请求触发的具体动作。

1.3 AOP的使用场景

回顾下笔者之前的文章，基于Servlet实现的前后端分离的博客系统中，除了登录等⼏个功能不需要做⽤户登录验证之外，其他⼏乎所有⻚⾯调⽤的前端控制器（ Controller）都需要先验证⽤户登录的状态。然⽽，当系统的功能越来越多，则要写的登录验证也越来越多，一旦某些功能需要改动，这种处理方式由于耦合性很高，牵一发就会动全身。⽽这些⽅法⼜是相同的，对于这种功能统⼀，且使⽤的地⽅较多的功能，就可以考虑 AOP来统⼀处理了。
例如，原本的博客系统在作者删除、发布、浏览博客前都需要进行登录状态的验证，如果用户未登录，则请求重定向到登录界面。使用AOP后，在用户调用Server服务之前，统一进行校验，验证通过则正常服务，否则，被“拦截”。
AOP登录拦截
除了统一登录判断外，使用AOP还可以实现：

  • 统⼀⽇志记录
  • 统⼀⽅法执⾏时间统计
  • 统⼀的返回格式设置
  • 统⼀的异常处理
  • 事务的开启和提交等

2 Spring AOP入门

以上，我们已经对AOP有了基本的了解。接下来，我们的目标是尝试使用Spring AOP来实现AOP的功能，完成的目标如下：

拦截所有StudentController里的方法，即每次调用StudentController中的任意方法的时候，执行相应的通知事件。

Spring AOP 的实现步骤如下：

  1. 添加 Spring AOP 框架⽀持。
  2. 定义切⾯和切点。
    （1）创建切面类
    （2）配置拦截规则
  3. 定义通知。

2.1 添加 Spring AOP 框架⽀持

首先，创建Spring Boot项目
Spring Boot项目
在pom.xml中添加Spring AOP的依赖配置：

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.springframework.boot/spring-boot-starter-aop -->
<dependency>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

2.2 定义切面和切点

使用 @Aspect 注解表明当前类为一个切面，而在切点中，我们要定义拦截的规则，具体实现如下：

import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Aspect // 表明此类为一个切面
@Component // 随着框架的启动而启动
public class StudentAspect {
    // 定义切点, 这里使用 Aspect 表达式语法
    @Pointcut("execution(* com.hxh.demo.controller.StudentController.*(..))")
    public void pointcut(){ }
}

在上述实现代码中，pointcut 为一个空方法，只是起到一个“标识”的作用，即，标识下面的通知方法具体指的是哪个切点，切点可以有多个。

切点表达式由切点函数组成，其中 execution() 是最常⽤的切点函数，⽤来匹配⽅法，语法为：

execution(<修饰符><返回类型><包.类.⽅法(参数)><异常>)
修饰符和异常可以省略

*常见的切点表达式的示例：

  • 匹配特定类的所有方法：
    execution(* com.example.MyClass.*(..))：匹配 com.example.MyClass 类中的所有方法。
  • 匹配特定包下的所有方法：
    execution(* com.example.*.*(..))：匹配 com.example 包及其子包下的所有方法。
  • 匹配特定注解标注的方法：
    execution(@com.example.MyAnnotation * *(..))：匹配被 com.example.MyAnnotation 注解标注的所有方法。
  • 匹配特定方法名的方法：
    execution(* com.example.MyClass.myMethod(..))：匹配 com.example.MyClass 类中名为 myMethod 的方法。
  • 匹配特定方法参数类型的方法：
    execution(* com.example.MyClass.myMethod(String, int))：匹配 com.example.MyClass 类中具有一个 String 参数和一个 int 参数的 myMethod 方法。
  • 匹配特定返回类型的方法：
    execution(String com.example.MyClass.myMethod(..))：匹配 com.example.MyClass 类中返回类型为 String 的 myMethod 方法。

StudentController.java

import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/student")
public class StudentController {

    @RequestMapping("/hi")
    public String sayHi(String name) {
        System.out.println("执行了 sayHi 方法~");
        return "Hi," + name;
    }

    @RequestMapping("/hello")
    public String sayHello() {
        System.out.println("执行了 sayHello 方法~");
        return "Hello, hxh";
    }
}

2.3 定义相关通知

通知定义的是被拦截方法具体要执行的业务。
Spring 切⾯类中，可以在⽅法上使⽤以下注解，会设置⽅法为通知⽅法，在满⾜条件后会通知本⽅法进⾏调⽤：

  • 前置通知使⽤ @Before：通知⽅法会在⽬标⽅法调⽤之前执⾏。
  • 后置通知使⽤ @After：通知⽅法会在⽬标⽅法返回或者抛出异常后调⽤。
  • 返回之后通知使⽤ @AfterReturning：通知⽅法会在⽬标⽅法返回后调⽤。
  • 抛异常后通知使⽤ @AfterThrowing：通知⽅法会在⽬标⽅法抛出异常后调⽤。
  • 环绕通知使⽤ @Around：通知包裹了被通知的⽅法，在被通知的⽅法调用之前和调⽤之后执⾏⾃定义的⾏为。

具体实现如下：

前置通知与后置通知（异常通知和返回后通知仅仅是注解不同，方式一致，这里不再赘述~）

import org.aspectj.lang.annotation.After;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Aspect // 表明此类为一个切面
@Component // 随着框架的启动而启动
public class StudentAspect {
    // 定义切点, 这里使用 Aspect 表达式语法
    @Pointcut("execution(* com.hxh.demo.controller.StudentController.*(..))")
    public void pointcut(){ }

    // 前置通知
    @Before("pointcut()")
    public void beforeAdvice() {
        System.out.println("执行了前置通知~");
    }

    // 后置通知
    @After("pointcut()")
    public void afterAdvice() {
        System.out.println("执行了后置通知~");
    }
}

实现结果

环绕通知的具体实现
环绕通知是有Object返回值的，需要把执行流程的结果返回给框架，框架拿到对象继续执行。

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Aspect // 表明此类为一个切面
@Component // 随着框架的启动而启动
public class StudentAspect {
    // 定义切点, 这里使用 Aspect 表达式语法
    @Pointcut("execution(* com.hxh.demo.controller.StudentController.*(..))")
    public void pointcut(){ }

    // 环绕通知
    @Around("pointcut()")
    public Object aroundAdvice(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        System.out.println("进入环绕通知~");
        Object obj = null;
        // 执行目标方法
        try {
            obj = joinPoint.proceed();
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("退出环绕通知~");
        return obj;
    }
    
}

实现结果

3 Spring AOP实现原理

Spring AOP 是通过动态代理的⽅式，在运⾏期将 AOP 代码织⼊到程序中的，它的实现⽅式有两种：JDK Proxy 和 CGLIB。因此，Spring 对 AOP 的支持局限于方法级别的拦截。

  • CGLIB是Java中的动态代理框架，主要作⽤就是根据⽬标类和⽅法，动态⽣成代理类。
  • Java中的动态代理框架，⼏乎都是依赖字节码框架（如 ASM，Javassist 等）实现的。
  • 字节码框架是直接操作 class 字节码的框架。可以加载已有的class字节码⽂件信息，修改部分信息，或动态⽣成⼀个 class。

3.1 何为动态代理？

动态代理（Dynamic Proxy）是一种设计模式，它允许 在运行时创建代理对象，并将方法调用转发给实际的对象。 动态代理可以用于实现横切关注点（如日志记录、性能监控、事务管理等）的功能，而无需修改原始对象的代码。
在Java中，动态代理通常使用java.lang.reflect.Proxy类和java.lang.reflect.InvocationHandler接口来实现。

以下是使用动态代理的一般步骤：

  1. 创建一个实现InvocationHandler接口的类，该类将作为代理对象的调用处理程序。在InvocationHandler接口的invoke方法中，可以定义在方法调用前后执行的逻辑。

  2. 使用Proxy类的newProxyInstance方法创建代理对象。该方法接受三个参数：类加载器、代理接口数组和调用处理程序。它将返回一个实现指定接口的代理对象。

  3. 使用代理对象调用方法。当调用代理对象的方法时，实际上会调用调用处理程序的invoke方法，并将方法调用转发给实际的对象。

动态代理

3.2 JDK 动态代理实现

先通过实现 InvocationHandler 接⼝创建⽅法调⽤处理器，再通过 Proxy 来创建代理类。

// 动态代理：使⽤JDK提供的api（InvocationHandler、Proxy实现），此种⽅式实现，要求被代理类必须实现接⼝
public class PayServiceJDKInvocationHandler implements InvocationHandler {

    // ⽬标对象即就是被代理对象
    private Object target;

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

    // proxy代理对象
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 1.安全检查
        System.out.println("安全检查");
        // 2.记录⽇志
        System.out.println("记录⽇志");
        // 3.时间统计开始
        System.out.println("记录开始时间");
        // 通过反射调⽤被代理类的⽅法
        Object retVal = method.invoke(target, args);
        //4.时间统计结束
        System.out.println("记录结束时间");
        return retVal;
    }

    public static void main(String[] args) {
        PayService target= new AliPayService();
        // ⽅法调⽤处理器
        InvocationHandler handler =
                new PayServiceJDKInvocationHandler(target);
        // 创建⼀个代理类：通过被代理类、被代理实现的接⼝、⽅法调⽤处理器来创建
        PayService proxy = (PayService) Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(),
                new Class[]{PayService.class},
                handler
        );
        proxy.pay();
    }
}

3.3 CGLIB 动态代理实现

public class PayServiceCGLIBInterceptor implements MethodInterceptor {
    // 被代理对象
    private Object target;

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

    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        // 1.安全检查
        System.out.println("安全检查");
        // 2.记录⽇志
        System.out.println("记录⽇志");
        // 3.时间统计开始
        System.out.println("记录开始时间");
        // 通过cglib的代理⽅法调⽤
        Object retVal = methodProxy.invoke(target, args);
        // 4.时间统计结束
        System.out.println("记录结束时间");
        return retVal;
    }

    public static void main(String[] args) {
        PayService target= new AliPayService();
        PayService proxy= (PayService) Enhancer.create(target.getClass(),new PayServiceCGLIBInterceptor(target));
        proxy.pay();
    }
}

3.4 两种方式的区别

  • JDK 实现，要求被代理类必须实现接⼝， 之后是通过 InvocationHandler 及 Proxy，在运⾏时动态的在内存中⽣成了代理类对象，该代理对象是通过实现同样的接⼝实现（类似静态代理接⼝实现的⽅式），只是该代理类是在运⾏期时，动态的织⼊统⼀的业务逻辑字节码来完成。
  • CGLIB 实现，被代理类可以不实现接⼝， 是通过继承被代理类，在运⾏时动态的⽣成代理类对象。

写在最后

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