面向切面：AOP

我是小水水啊2023-10-18 9:18

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简介

AOP（Aspect Oriented Programming）是一种设计思想，是软件设计领域中的面向切面编程，它是面向对象编程的一种补充和完善，它以通过预编译方式和运行期动态代理方式实现，在不修改源代码的情况下，给程序动态统一添加额外功能的一种技术。利用AOP可以对业务逻辑的各个部分进行隔离，从而使得业务逻辑各部分之间的耦合度降低，提高程序的可重用性，同时提高了开发的效率。
作用

  • 简化代码：把方法中固定位置的重复的代码抽取出来，让被抽取的方法更专注于自己的核心功能，提高内聚性。

  • 代码增强：把特定的功能封装到切面类中，看哪里有需要，就往上套，被套用了切面逻辑的方法就被切面给增强了。

相关术语

①横切关注点

分散在每个各个模块中解决同一样的问题，如用户验证、日志管理、事务处理、数据缓存都属于横切关注点。

从每个方法中抽取出来的同一类非核心业务。在同一个项目中，我们可以使用多个横切关注点对相关方法进行多个不同方面的增强。

这个概念不是语法层面的，而是根据附加功能的逻辑上的需要：有十个附加功能，就有十个横切关注点。

②通知（增强）

增强，通俗说，就是你想要增强的功能，比如 安全，事务，日志等。

每一个横切关注点上要做的事情都需要写一个方法来实现，这样的方法就叫通知方法。

  • 前置通知：在被代理的目标方法前执行
  • 返回通知：在被代理的目标方法成功结束 后执行（寿终正寝）
  • 异常通知：在被代理的目标方法异常结束 后执行（死于非命）
  • 后置通知：在被代理的目标方法最终结束 后执行（盖棺定论）
  • 环绕通知：使用try...catch...finally结构围绕整个 被代理的目标方法，包括上面四种通知对应的所有位置
③切面

封装通知方法的类。

④目标

被代理的目标对象。

⑤代理

向目标对象应用通知之后创建的代理对象。

⑥连接点

这也是一个纯逻辑概念，不是语法定义的。

把方法排成一排，每一个横切位置看成x轴方向，把方法从上到下执行的顺序看成y轴，x轴和y轴的交叉点就是连接点。通俗说，就是spring允许你使用通知的地方

⑦切入点

定位连接点的方式。

每个类的方法中都包含多个连接点，所以连接点是类中客观存在的事物（从逻辑上来说）。

如果把连接点看作数据库中的记录，那么切入点就是查询记录的 SQL 语句。

Spring 的 AOP 技术可以通过切入点定位到特定的连接点。通俗说，要实际去增强的方法

切点通过 org.springframework.aop.Pointcut 接口进行描述，它使用类和方法作为连接点的查询条件。

场景模拟

声明计算器接口Calculator，包含加减乘除的抽象方法

java 复制代码 
public interface Calculator {
    
    int add(int i, int j);
    
    int sub(int i, int j);
    
    int mul(int i, int j);
    
    int div(int i, int j);
    
}

创建实现类

java 复制代码 
public class CalculatorImpl implements Calculator {
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        int result = i + j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int sub(int i, int j) {
    
        int result = i - j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int mul(int i, int j) {
    
        int result = i * j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int div(int i, int j) {
    
        int result = i / j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
}

创建带日志功能的实现类

java 复制代码 
public class CalculatorLogImpl implements Calculator {
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] add 方法开始了，参数是：" + i + "," + j);
    
        int result = i + j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] add 方法结束了，结果是：" + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int sub(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] sub 方法开始了，参数是：" + i + "," + j);
    
        int result = i - j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] sub 方法结束了，结果是：" + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int mul(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] mul 方法开始了，参数是：" + i + "," + j);
    
        int result = i * j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] mul 方法结束了，结果是：" + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int div(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] div 方法开始了，参数是：" + i + "," + j);
    
        int result = i / j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] div 方法结束了，结果是：" + result);
    
        return result;
    }
}

提出问题
①现有代码缺陷

针对带日志功能的实现类，我们发现有如下缺陷：

  • 对核心业务功能有干扰，导致程序员在开发核心业务功能时分散了精力
  • 附加功能分散在各个业务功能方法中，不利于统一维护
    ②解决思路
    解决这两个问题，核心就是：解耦。我们需要把附加功能从业务功能代码中抽取出来。
    ③困难
    解决问题的困难：要抽取的代码在方法内部，靠以前把子类中的重复代码抽取到父类的方式没法解决。所以需要引入新的技术。

代理模式

静态代理

创建静态代理类：

java 复制代码 
public class CalculatorStaticProxy implements Calculator {
    
    // 将被代理的目标对象声明为成员变量
    private Calculator target;
    
    public CalculatorStaticProxy(Calculator target) {
        this.target = target;
    }
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        // 附加功能由代理类中的代理方法来实现
        System.out.println("[日志] add 方法开始了，参数是：" + i + "," + j);
    
        // 通过目标对象来实现核心业务逻辑
        int addResult = target.add(i, j);
    
        System.out.println("[日志] add 方法结束了，结果是：" + addResult);
    
        return addResult;
    }
}

静态代理确实实现了解耦，但是由于代码都写死了，完全不具备任何的灵活性。就拿日志功能来说，将来其他地方也需要附加日志，那还得再声明更多个静态代理类，那就产生了大量重复的代码，日志功能还是分散的，没有统一管理。

提出进一步的需求：将日志功能集中到一个代理类中，将来有任何日志需求，都通过这一个代理类来实现。这就需要使用动态代理技术了。

动态代理

java 复制代码 
public class ProxyFactory {

    private Object target;

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

    public Object getProxy(){

        /**
         * newProxyInstance()：创建一个代理实例
         * 其中有三个参数：
         * 1、classLoader：加载动态生成的代理类的类加载器
         * 2、interfaces：目标对象实现的所有接口的class对象所组成的数组
         * 3、invocationHandler：设置代理对象实现目标对象方法的过程，即代理类中如何重写接口中的抽象方法
         */
        ClassLoader classLoader = target.getClass().getClassLoader();
        Class<?>[] interfaces = target.getClass().getInterfaces();
        InvocationHandler invocationHandler = new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                /**
                 * proxy：代理对象
                 * method：代理对象需要实现的方法，即其中需要重写的方法
                 * args：method所对应方法的参数
                 */
                Object result = null;
                try {
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+"，参数："+ Arrays.toString(args));
                    result = method.invoke(target, args);
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+"，结果："+ result);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+"，异常："+e.getMessage());
                } finally {
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+"，方法执行完毕");
                }
                return result;
            }
        };

        return Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, invocationHandler);
    }
}

测试

java 复制代码 
@Test
public void testDynamicProxy(){
    ProxyFactory factory = new ProxyFactory(new CalculatorLogImpl());
    Calculator proxy = (Calculator) factory.getProxy();
    proxy.div(1,0); //报错
    //proxy.div(1,1);
}

基于注解的AOP（重点）

技术说明：

  • 动态代理分为JDK动态代理和cglib动态代理
  • 当目标类有接口的情况使用JDK动态代理和cglib动态代理，没有接口时只能使用cglib动态代理
  • JDK动态代理动态生成的代理类会在com.sun.proxy包下，类名为$proxy1，和目标类实现相同的接口
  • cglib动态代理动态生成的代理类会和目标在在相同的包下，会继承目标类
  • 动态代理（InvocationHandler）：JDK原生的实现方式，需要被代理的目标类必须实现接口。因为这个技术要求代理对象和目标对象实现同样的接口（兄弟两个拜把子模式）。
  • cglib：通过继承被代理的目标类（认干爹模式）实现代理，所以不需要目标类实现接口。
  • AspectJ：是AOP思想的一种实现。本质上是静态代理，将代理逻辑"织入"被代理的目标类编译得到的字节码文件，所以最终效果是动态的。weaver就是织入器。Spring只是借用了AspectJ中的注解。

准备工作

①添加依赖

在IOC所需依赖基础上再加入下面依赖即可：

xml 复制代码 
<dependencies>
    <!--spring context依赖-->
    <!--当你引入Spring Context依赖之后，表示将Spring的基础依赖引入了-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-context</artifactId>
        <version>6.0.2</version>
    </dependency>

    <!--spring aop依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-aop</artifactId>
        <version>6.0.2</version>
    </dependency>
    <!--spring aspects依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-aspects</artifactId>
        <version>6.0.2</version>
    </dependency>

    <!--junit5测试-->
    <dependency>
        <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
        <artifactId>junit-jupiter-api</artifactId>
        <version>5.3.1</version>
    </dependency>

    <!--log4j2的依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
        <artifactId>log4j-core</artifactId>
        <version>2.19.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
        <artifactId>log4j-slf4j2-impl</artifactId>
        <version>2.19.0</version>
    </dependency>
</dependencies>

②准备被代理的目标资源

接口：

java 复制代码 
public interface Calculator {
    
    int add(int i, int j);
    
    int sub(int i, int j);
    
    int mul(int i, int j);
    
    int div(int i, int j);
    
}

实现类：

java 复制代码 
@Component
public class CalculatorImpl implements Calculator {
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        int result = i + j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int sub(int i, int j) {
    
        int result = i - j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int mul(int i, int j) {
    
        int result = i * j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int div(int i, int j) {
    
        int result = i / j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
}

创建切面类并配置

java 复制代码 
package com.test.aop;

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

import java.util.Arrays;

// @Aspect表示这个类是一个切面类
@Aspect
// @Component注解保证这个切面类能够放入IOC容器
@Component
public class LogAspect {

    @Before("execution(public int com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))")
    public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
        System.out.println("Logger-->前置通知，方法名："+methodName+"，参数："+args);
    }

    @After("execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))")
    public void afterMethod(JoinPoint joinPoint){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Logger-->后置通知，方法名："+methodName);
    }

    @AfterReturning(value = "execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))", returning = "result")
    public void afterReturningMethod(JoinPoint joinPoint, Object result){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Logger-->返回通知，方法名："+methodName+"，结果："+result);
    }

    @AfterThrowing(value = "execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))", throwing = "ex")
    public void afterThrowingMethod(JoinPoint joinPoint, Throwable ex){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Logger-->异常通知，方法名："+methodName+"，异常："+ex);
    }

    @Around("execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))")
    public Object aroundMethod(ProceedingJoinPoint joinPoint){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
        Object result = null;
        try {
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行之前");
            //目标对象（连接点）方法的执行
            result = joinPoint.proceed();
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法返回值之后");
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法出现异常时");
        } finally {
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行完毕");
        }
        return result;
    }

}

在Spring的配置文件中配置：

xml 复制代码 
<?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"
       xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
       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
       http://www.springframework.org/schema/aop
       http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop.xsd">
    <!--
        基于注解的AOP的实现：
        1、将目标对象和切面交给IOC容器管理（注解+扫描）
        2、开启AspectJ的自动代理，为目标对象自动生成代理
        3、将切面类通过注解@Aspect标识
    -->
    <context:component-scan base-package="com.test.aop"></context:component-scan>

    <aop:aspectj-autoproxy />
</beans>

执行测试：

java 复制代码 
public class CalculatorTest {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CalculatorTest.class);

    @Test
    public void testAdd(){
        ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
        Calculator calculator = ac.getBean( Calculator.class);
        int add = calculator.add(1, 1);
        logger.info("执行成功:"+add);
    }

}

各种通知

  • 前置通知：使用@Before注解标识，在被代理的目标方法前执行
  • 返回通知：使用@AfterReturning注解标识，在被代理的目标方法成功结束 后执行（寿终正寝）
  • 异常通知：使用@AfterThrowing注解标识，在被代理的目标方法异常结束 后执行（死于非命）
  • 后置通知：使用@After注解标识，在被代理的目标方法最终结束 后执行（盖棺定论）
  • 环绕通知：使用@Around注解标识，使用try...catch...finally结构围绕整个被代理的目标方法，包括上面四种通知对应的所有位置

各种通知的执行顺序：

  • Spring版本5.3.x以前：
    • 前置通知
    • 目标操作
    • 后置通知
    • 返回通知或异常通知
  • Spring版本5.3.x以后：
    • 前置通知
    • 目标操作
    • 返回通知或异常通知
    • 后置通知

切入点表达式语法

①作用

②语法细节

  • 用*号代替"权限修饰符"和"返回值"部分表示"权限修饰符"和"返回值"不限

  • 在包名的部分，一个"*"号只能代表包的层次结构中的一层，表示这一层是任意的。

    • 例如：*.Hello匹配com.Hello，不匹配com.test.Hello

  • 在包名的部分，使用"*..."表示包名任意、包的层次深度任意

  • 在类名的部分，类名部分整体用*号代替，表示类名任意

  • 在类名的部分，可以使用*号代替类名的一部分

    • 例如：*Service匹配所有名称以Service结尾的类或接口

  • 在方法名部分，可以使用*号表示方法名任意

  • 在方法名部分，可以使用*号代替方法名的一部分

    • 例如：*Operation匹配所有方法名以Operation结尾的方法

  • 在方法参数列表部分，使用(...)表示参数列表任意

  • 在方法参数列表部分，使用(int,...)表示参数列表以一个int类型的参数开头

  • 在方法参数列表部分，基本数据类型和对应的包装类型是不一样的

    • 切入点表达式中使用 int 和实际方法中 Integer 是不匹配的

  • 在方法返回值部分，如果想要明确指定一个返回值类型，那么必须同时写明权限修饰符

    • 例如：execution(public int ...Service. (..., int)) 正确
      例如：execution(       int *...Service. (..., int)) 错误

重用切入点表达式

①声明

java 复制代码 
@Pointcut("execution(* com.test.aop.*.*(..))")
public void pointCut(){}

②在同一个切面中使用

java 复制代码 
@Before("pointCut()")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    System.out.println("Logger-->前置通知，方法名："+methodName+"，参数："+args);
}

③在不同切面中使用

java 复制代码 
@Before("com.test.aop.CommonPointCut.pointCut()")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    System.out.println("Logger-->前置通知，方法名："+methodName+"，参数："+args);
}

获取通知的相关信息

①获取连接点信息

获取连接点信息可以在通知方法的参数位置设置JoinPoint类型的形参

java 复制代码 
@Before("execution(public int com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
    //获取连接点的签名信息
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    //获取目标方法到的实参信息
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    System.out.println("Logger-->前置通知，方法名："+methodName+"，参数："+args);
}

②获取目标方法的返回值

@AfterReturning中的属性returning，用来将通知方法的某个形参，接收目标方法的返回值

java 复制代码 
@AfterReturning(value = "execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))", returning = "result")
public void afterReturningMethod(JoinPoint joinPoint, Object result){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    System.out.println("Logger-->返回通知，方法名："+methodName+"，结果："+result);
}

③获取目标方法的异常

@AfterThrowing中的属性throwing，用来将通知方法的某个形参，接收目标方法的异常

java 复制代码 
@AfterThrowing(value = "execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))", throwing = "ex")
public void afterThrowingMethod(JoinPoint joinPoint, Throwable ex){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    System.out.println("Logger-->异常通知，方法名："+methodName+"，异常："+ex);
}

环绕通知

java 复制代码 
@Around("execution(* com.test.aop.CalculatorImpl.*(..))")
public Object aroundMethod(ProceedingJoinPoint joinPoint){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    Object result = null;
    try {
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行之前");
        //目标方法的执行，目标方法的返回值一定要返回给外界调用者
        result = joinPoint.proceed();
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法返回值之后");
    } catch (Throwable throwable) {
        throwable.printStackTrace();
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法出现异常时");
    } finally {
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行完毕");
    }
    return result;
}

切面的优先级

相同目标方法上同时存在多个切面时，切面的优先级控制切面的内外嵌套顺序。

  • 优先级高的切面：外面
  • 优先级低的切面：里面

使用@Order注解可以控制切面的优先级：

  • @Order(较小的数)：优先级高
  • @Order(较大的数)：优先级低

基于XML的AOP(看看就行)

注意：注解的AOP环境

aop.xml

xml 复制代码 
<context:component-scan base-package="com.test.aop.xml"></context:component-scan>

<aop:config>
    <!--配置切面类-->
    <aop:aspect ref="loggerAspect">
        <aop:pointcut id="pointCut" 
                   expression="execution(* com.test.aop.xml.CalculatorImpl.*(..))"/>
        <aop:before method="beforeMethod" pointcut-ref="pointCut"></aop:before>
        <aop:after method="afterMethod" pointcut-ref="pointCut"></aop:after>
        <aop:after-returning method="afterReturningMethod" returning="result" pointcut-ref="pointCut"></aop:after-returning>
        <aop:after-throwing method="afterThrowingMethod" throwing="ex" pointcut-ref="pointCut"></aop:after-throwing>
        <aop:around method="aroundMethod" pointcut-ref="pointCut"></aop:around>
    </aop:aspect>
</aop:config>
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