Spring AOP介绍及源码分析

Posted 2020-09-19

一、AOP介绍

举个例子来说明一下吧！现在系统中有很多的业务方法，如上传产品信息、修改产品信息、发布公司库等；现在需要对这些方法的执行做性能监控，看每个业务方法的执行时间；在不改变原业务代码的基础上，也许我们会这么做：

Offer接口：

Offer实现：

Offer代理：

我们要通过下面的方式来使用：

上面的例子的输出为：

上面的例子中，OfferProxy实现了IOffer，而所有的业务实现均委托给其成员offer；可以想像，这应该就是最简单的AOP的实现了；但这种方式会存在一个问题：如果有非常多的这种业务对象需要性能监控，我们就需要写同样多的XyzProxy来满足需求，这也是非常巨大的工作量。

上面说到了代理，我们先看看代理模式吧！

二、代理模式及实现

下面是代理模式的类图：

代理模式类图

代理模式中，存在一个称为ProxyObject的代理对象和RealObject的真实对象，它们都实现了相同的接口；在调用的地方持有ProxyObject的实例，当调用request()方法时，ProxyObject可以在执行RealObject.request()前后做一些特定的业务，甚至不调用RealObject.request()方法。

目前实现代理模式的方式有两种：基于JDK的动态代理和基于CGLIB字节码的代理。

2.1 JDK动态代理

JDK动态代理，顾名思义，是基于JDK的反射(reflect)机制；在JDK中，提供了InvocationHandler这个接口，下面是JDK里面的注释：

InvocationHandler is the interface implemented by the invocation handler of a proxy instance.

Each proxy instance has an associated invocation handler. When a method is invoked on a proxy instance, the method invocation is encoded and dispatched to the invoke method of its invocation handler.

简单翻译，意思是说：该接口由被代理对象的handler所实现；当调用代理对象的方法时，该方法调用将被编码，然后交给代理对象的invoke方法去执行；

是不是有一种豁然开朗的感觉呢？没错，答案就在你心中。

这样，上面的代码就可以改成下面的实现方式：

调用端：

通过这种方式，你不需要为针对每一个业务写一个代理对象，就可以很轻松地完成你的需求；但也许你已经注意到了，JDK的动态代理，在创建代理对象(上面红色代码部分)时，被代理的对象需要实现接口(即面向接口编程)；

这就是JDK的动态代理，简单吧！下面看看CGLIB代理方式。

2.2 CGLIB代理

如果目标对象没有实现任何接口，那怎么办呢？不用担心，你可以用CGLIB来实现代理：

调用端：

使用CGLIB创建的代理对象，其实就是继承了要代理的目标类，然后对目标类中所有非final方法进行覆盖，但在覆盖方法时会添加一些拦截代码(上面CglibProxyFactory类中的intercept方法)。

下面看看Spring中是如何实现AOP的。

三、Spring AOP的实现

3.1 Spring AOP的几个概念

Spring AOP中的几个基本概念，每次学习AOP都被这几个概念折腾的很不爽，我们在这里再把这几个概念描述一遍，力争把这几个概念搞清，在每次review这块内容的时候可以很快上手。

1.切面(Aspect)：切面是切点和通知的结合，是一个关注点的模块化，如事务管理、日志管理、权限管理等；

2.连接点(Joinpoint)：程序执行时的某个特定的点，在Spring中就是一个方法的执行；

比如：方法调用、方法执行、字段设置/获取、异常处理执行、类初始化、甚至是 for 循环中的某个点

理论上, 程序执行过程中的任何时点都可以作为作为织入点, 而所有这些执行时点都是 Joint point

但 Spring AOP 目前仅支持方法执行 (method execution)

3.通知(Advice)：通知就是在切面的某个连接点上执行的操作，也就是事务管理、日志管理等；

通知分为五中类型：

1. Before
   在方法被调用之前调用
2. After
   在方法完成后调用通知，无论方法是否执行成功
3. After-returning
   在方法成功执行之后调用通知
4. After-throwing
   在方法抛出异常后调用通知
5. Around
   通知了好、包含了被通知的方法，在被通知的方法调用之前后调用之后执行自定义的行为

4.切入点(Pointcut)：切入点就是描述某一类选定的连接点，也就是指定某一类要织入通知的方法；

5.目标对象(Target)：就是被AOP动态代理的目标对象；

用一张图来形象地表达AOP的概念及其关系如下：

3.2 Spring AOP中切入点、通知、切面的实现

理解了上面的几个概念后，我们分别来看看Spring AOP是如何实现这些概念的；

1.切入点(Pointcut)：它定义了哪些连接点需要被织入横切逻辑；在Java中，连接点对应哪些类(接口)的方法。因此，我们都能猜到，所谓的切入点，就是定义了匹配哪些娄的哪些方法的一些规则，可以是静态的基于类(方法)名的值匹配，也可以是基于正则表达式的模式匹配。来看看Spring AOP Pointcut相关的类图：

在Pointcut接口的定义中，也许你已经想到了，ClassFilter是类过滤器，它定义了哪些类名需要拦截；典型的两个实现类为TypePatternClassFilter和TrueClassFilter(所有类均匹配)；而MethodMatcher为方法匹配器，定义哪些方法需要拦截。

在上面的类图中：

• StaticMethodMatch与DynamicMethodMatch的区别是后者在运行时会依据方法的参数值进行匹配。
• NameMatchMethodPointCut根据指定的mappedNames来匹配方法。
• AbstractRegexpMethodPointCut根据正则表达式来匹配方法。

1.通知(Advice)：通知定义了具体的横切逻辑。在Spring中，存在两种类型的Advice，即per-class和per-instance的Advice。

所谓per-class，即该类型的Advice只提供方法拦截，不会为目标对象保存任何状态或者添加新的特性，它也是我们最常见的Advice。下面是per-class的类图：

• BeforeAdvice：在连接点前执行的横切逻辑。
• AfterReturningAdvice：在连接点执行后，再执行横切逻辑。
• AfterAdvice：一般由程序自己实现，当抛出异常后，执行横切逻辑。
• AroundAdvice：Spring AOP中并没有提供这个接口，而是采用了AOP Alliance的MethodInteceptor接口；通过看AfterReturningAdvice的源码我们知道，它是不能更改连接点所在方法的返回值的(更改引用)；但使用的MethodInteceptor，所有的事情，都不在话下。

在上面的类图中，还有两种类没有介绍，那就是***AdviceAdapter和***AdviceInteceptor，我们以AfterReturningAdviceInterceptor为例来说明：

该类实现了MethodInterceptor和AfterAdvice接口，同时构造函数中还有一个AfterReturningAdvice实例的参数；这个类存在的作用是为了什么呢？对，没错，Spring AOP把所有的Advice都适配成了MethodInterceptor，统一的好处是方便后面横切逻辑的执行(参看下一节)，适配的工作即由***AdviceAdapter完成；

哈哈，Spring AOP的代码也不过如此嘛：所谓的AfterReturningAdvice，通过适配成MethodInterceptor后，其实就是在invoke方法中，先执行目标对象的方法，再执行的AfterReturningAdvice所定义的横切逻辑。你现在明白它为什么不能修改返回值的引用了吧？

对于per-instance的Advice，目前只有一种实现，就是Introduction，使用的场景比较少，有兴趣的同学可以自己研究一下，呵呵！

1.切面(Aspect)：在Spring中，Advisor就是切面；但与通常的Aspect不同的是，Advisor通常只有一个Pointcut和一个Advice，而Aspect则可以包含多个Pointcut和多个Advice，因此Advisor是一种特殊的Aspect。但，这已经够用了！

接下来看下per-class Advisor的类图：

其实没有什么好看的，前面已经说过，Advisor包含一个Pointcut和一个Advisor；在AbstractGenericPointcutAdvisor中，持有一个Advice的引用；下面的几个实现，均是针对前面提到的几种不同的Pointcut的实现。

3.3 Spring AOP实现的基本线索

我们选择ProxyFactoryBean作为入口点和分析的开始。ProxyFactoryBean是在Spring IoC环境中，创建AOP应用的最底层方法，从中，可以看到一条实现AOP的基本线索。

所有的逻辑从以下的方法开始,我们主要针对单例的代理对象的生成：

下面我们深入到SpringAOP核心代码的内部，看看代理对象的生成机制，拦截器横切逻辑以及织入的实现。

3.4 代理对象的生成

对于getSingletonInstance()方法返回了什么，这就是代理对象如何产生的逻辑了，然我们须根溯源，看看传说中的proxy到底是如何一步一步的产生的。

ProxyFactoryBean是AdvisedSupport的子类，Spring使用AopProxy接口把AOP代理的实现与框架的其他部分分离开来。在AdvisedSupport中通过这样的方式来得到AopProxy,当然这里需要得到AopProxyFactory的帮助 ，从JDK或者cglib中得到想要的代理对象：

这个DefaultAopProxyFactory是Spring用来生成AopProxy的地方，它包含JDK和Cglib两种实现方式。让我接着往里面看：

可以看到其中的代理对象可以由JDK或者Cglib来生成，JdkDynamicAopProxy类和Cglib2AopProxy都实现的是AopProxy的接口，我们进入JdkDynamicAopProxy实现中看看Proxy是怎样生成的：

用Proxy包装target之后，通过ProxyFactoryBean得到对其方法的调用就被Proxy拦截了， ProxyFactoryBean的getObject()方法得到的实际上是一个Proxy了，target对象已经被封装了。对 ProxyFactoryBean这个工厂bean而言，其生产出来的对象是封装了目标对象的代理对象。

3.5 拦截器的作用

前面分析了SpringAOP实现中得到Proxy对象的过程，接下来我们去探寻Spring AOP中拦截器链是怎样被调用的，也就是Proxy模式是怎样起作用的。

还记得在JdkDynamicAopProxy中生成Proxy对象的时候，有一句这样的代码吗？

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

这里我们的JdkDynamicAopProxy实现了InvocationHandler这个接口，this参数对应的是InvocationHandler对象,也就是说当 Proxy对象的函数被调用的时候，InvocationHandler的invoke方法会被作为回调函数调用：

上面所说的目标对象方法的调用，是通过AopUtils的方法调用，使用反射机制来对目标对象的方法进行的：

接下来，我们来看具体的ReflectiveMethodInvocation中proceed()方法的实现，也就是拦截器链的实现机制：

从上面的分析我们看到了Spring AOP拦截机制的基本实现，比如Spring怎样得到Proxy，怎样利用JAVA Proxy以及反射机制对用户定义的拦截器链进行处理。

3.6 织入的实现

在上面调用拦截器的时候，经过一系列的注册，适配的过程以后，拦截器在拦截的时候，会调用到预置好的一个通知适配器，设置通知拦截器，这是一系列Spring设计好为通知服务的类的一个，是最终完成通知拦截和实现的地方，例如对 MethodBeforeAdviceInterceptor的实现是这样的：

可以看到通知适配器将advice适配成Interceptor以后，会调用advice的before方法去执行横切逻辑。这样就成功的完成了before通知的织入。

 

参考：

http://www.uml.org.cn/j2ee/201301102.asp

http://www.iteye.com/topic/88187