Spring AOP 模块设计文档

在此前的IoC、Web、数据访问等各模块设计中我们多多少少提到了Spring AOP，说是让码友把它当成一个"黑盒"；而此刻就是我们要把这个"黑盒"打开了。
Spring AOP是Spring框架提供的面向切面编程（AOP）实现，通过动态代理技术将横切关注点（如日志、事务、安全）模块化为切面，并在不修改业务代码的前提下，通过切点匹配和通知机制将切面逻辑织入到目标方法中，实现业务逻辑与横切逻辑的解耦。

一、背景及设计理念

1、痛点问题

在传统的面向对象编程（OOP）中，开发人员面临以下挑战：

• 代码冗余：日志记录、事务管理、权限校验等横切关注点需要分散到每个业务方法中，导致代码重复。
• 耦合度高：业务逻辑与横切逻辑紧密耦合，难以独立维护或复用。
• 扩展性差：新增横切功能（如性能监控）需修改所有相关业务代码，违反开闭原则。

示例（无AOP）：

public class UserService {
    public void createUser(User user) {
        // 1. 日志记录（横切逻辑）
        System.out.println("调用createUser方法");
        // 2. 核心业务逻辑
        // ...
        // 3. 事务管理（横切逻辑）
        try {
            // ...
        } catch (Exception e) {
            // 回滚事务
        }
    }
}

上述代码中，日志和事务管理逻辑与业务逻辑混杂，导致代码臃肿且难以维护。

2、解决方案

基于以上示例，聪明的码友们应该已经迫不及待要搞一个工具出来解决这个问题了，首先要能解决这几个问题：

1. 关注点分离

• 核心思想：将横切关注点（如日志、事务、安全）与核心业务逻辑解耦
• 实现方式：通过代理机制将横切逻辑动态织入目标对象

2. 非侵入式设计

• 零污染：目标对象无需实现特定接口或继承特定类
• 透明代理：调用方无感知地使用代理对象替代原始对象

3. 灵活的织入模型

• 多种织入时机：编译时、类加载时、运行时
• 多种织入方式：接口代理、子类代理、字节码增强

4. 声明式编程范式

• 元数据驱动 ：通过注解（如@Aspect）定义切面行为
• 约定优于配置：合理的默认配置，特殊需求可定制

5. 模块化扩展

• 可插拔增强：前置、后置、环绕、异常等增强类型
• 开放扩展点：自定义切入点、增强逻辑、代理策略

二、核心组件与职能划分

模块关系图

组件职能划分

组件	职责	关键技术
切入点(Pointcut)	定义"在哪里增强"（如匹配UserService的所有delete*方法）；定义匹配目标方法的规则（如包路径、方法名、参数类型），决定通知的应用范围	表达式解析（ANTLR）
增强(Advice)	定义"增强什么逻辑"（如日志方法log(））	动态字节码（ASM/CGLIB）
切面(Aspect)	组合Pointcut+Advice（如"在删除方法前记录日志"）	注解解析（@Aspect）
代理工厂(ProxyFactory)	将Aspect织入目标Bean，生成代理对象	JDK动态代理/CGLIB
执行链(Chain)	当代理方法被调用时，按顺序执行多个Advice（如先权限校验→再事务开启）责任链模式	责任链模式
目标对象（Target Object）	需要被增强的原始对象（业务逻辑的实现类）。
代理对象（Proxy）	通过动态代理生成的对象，封装了目标对象和切面逻辑。

代理执行流程

AOP最重要的就是代理执行，代理包含：JDK动态代理或CGLib动态代理

设计亮点：

• 递归执行：通过MethodInvocation.proceed()实现链式调用
• 上下文传递：MethodInvocation封装调用上下文
• 异常处理：统一拦截异常增强执行点

关键设计细节

• 代理对象生成时机 ：在Spring IoC容器初始化时，通过 ProxyFactory 动态生成代理对象。
• 通知执行顺序 ：
  • @Before → 目标方法 → @After → @AfterReturning/@AfterThrowing。
  • @Around 通知覆盖整个流程，需显式调用 proceed()。
• 异常处理 ：异常通知（@AfterThrowing）仅在方法抛出异常时触发。
• 织入时机 ：Spring AOP在运行时通过动态代理实现织入，无需编译期修改字节码。

三、关键设计模式应用

代理模式（Proxy Pattern）

• 实现方式 ：
  • JDK动态代理 ：适用于目标对象实现接口的情况，通过 java.lang.reflect.Proxy 生成代理类。 org.springframework.aop.framework.JdkDynamicAopProxy
  • CGLIB代理：适用于无接口的目标对象，通过字节码生成技术动态创建子类。
• 选择策略 ：
  • 若目标对象有接口，Spring默认使用JDK动态代理；否则使用CGLIB。
  • 可通过配置强制使用CGLIB（spring.aop.proxy-target-class=true）。

策略模式（Strategy Pattern）

• 应用场景 ：
  • Advisor ：封装 Pointcut 和 Advice 的组合，通过策略模式动态选择通知逻辑。
  • AdvisorChainFactory：根据切入点匹配规则，决定通知链的执行顺序。

工厂模式（Factory Pattern）

• 核心组件 ：
  • ProxyFactory ：通过 ProxyFactory 或 ProxyFactoryBean 创建代理对象。
  • BeanFactoryPostProcessor：在IoC容器初始化时动态注册切面Bean。

责任链模式**（Chain of Responsibility Pattern）**

• 核心作用：解耦通知逻辑，支持动态扩展拦截器。
• 应用场景 ：拦截器链（Interceptor Chain） 由多个 MethodInterceptor 组成，每个拦截器按顺序处理方法调用。以下是其核心流程：
  • 动态代理生成：Spring 通过 ProxyFactory 创建代理对象，代理对象持有拦截器链。
  • 拦截器链执行：代理对象调用 MethodInterceptor 的 invoke 方法，逐个执行拦截器逻辑。
  • 通知类型划分：每个拦截器对应一种通知类型（如 @Before、@Around、@After），形成链式调用。

适配器模式**（Adapter Pattern）**

• 核心作用：统一接口，支持多种通知类型（前置、后置、异常等）。
• 应用场景 ：Spring AOP 通过AdvisorAdapter将不同类型的Advice（通知）适配为统一的 MethodInterceptor 接口，以便动态代理统一调用。

四、扩展机制设计

1. 自定义增强类型

public interface CustomAdvice extends Advice {
    void customBehavior(JoinPoint joinPoint);
}

public class CustomAdviceInterceptor implements MethodInterceptor {
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        // 自定义前置逻辑
        customBehavior(new MethodInvocationProceedingJoinPoint(invocation));
        return invocation.proceed();
    }
}

2. 自定义切入点

public class CustomPointcut implements Pointcut {
    private final ClassFilter classFilter;
    private final MethodMatcher methodMatcher;

    // 实现自定义匹配逻辑
    public boolean matches(Method method, Class<?> targetClass) {
        return method.isAnnotationPresent(CustomAnnotation.class);
    }
}

// 注册自定义切入点
@Bean
public Advisor customAdvisor() {
    return new DefaultPointcutAdvisor(
        new CustomPointcut(), 
        new CustomAdviceInterceptor()
    );
}

3. 自定义代理策略

public class CustomProxyCreator implements AopProxyFactory {
    @Override
    public AopProxy createAopProxy(AdvisedSupport config) {
        if (config.isOptimize() || config.isProxyTargetClass()) {
            return new CustomCglibProxy(config);
        }
        return new CustomJdkProxy(config);
    }
}

// 配置自定义代理工厂
@Bean
public DefaultAopProxyFactory aopProxyFactory() {
    return new CustomProxyCreator();
}

五、高级特性设计理念

1. 引入（Introduction）机制

• 概念：动态为对象实现新接口
• 实现原理：

public interface IsModified {
    boolean isModified();
}

public class IsModifiedMixin implements IsModified, IntroductionAdvisor {
    // 实现混入逻辑
}

// 应用引入
proxyFactory.addAdvisor(new IsModifiedMixin());

2. 作用域代理

• 解决问题：单例Bean引用原型Bean
• 实现方式：

@Bean
@Scope(proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
public PrototypeBean prototypeBean() {
    return new PrototypeBean();
}

3. 负载感知代理

• 动态策略：根据运行时条件选择不同实现

public class RoutingDataSourceProxy implements MethodInterceptor {
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) {
        if (isReadOperation(invocation.getMethod())) {
            return readDataSource.invoke(invocation);
        }
        return writeDataSource.invoke(invocation);
    }
}

4. 异步切面

@Aspect
public class AsyncExecutionAspect {
    @Around("@annotation(async)")
    public Object asyncExecution(ProceedingJoinPoint pjp, Async async) {
        return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            try {
                return pjp.proceed();
            } catch (Throwable ex) {
                throw new CompletionException(ex);
            }
        });
    }
}

六、设计哲学总结

1. 分层抽象

• 代理层：封装代理创建机制
• 连接点模型：统一方法调用、字段访问等切点
• 增强抽象：定义横切逻辑执行方式

2. 扩展开放

• 代理策略：可替换JDK/CGLIB实现
• 切入点模型：支持自定义匹配逻辑
• 增强类型：可扩展新的增强类型

3. 性能优化

• 链式缓存：优化拦截器链执行
• 代理复用：避免重复创建代理
• 延迟初始化：按需创建代理对象

4. 容器集成

• Bean生命周期：在Bean初始化后创建代理
• 注解驱动 ：@EnableAspectJAutoProxy一键启用
• 优先级管理 ：@Order控制增强执行顺序

终极价值：让开发者通过声明式方式实现横切关注点，保持业务代码的纯净性和可维护性，同时提供强大的扩展能力满足复杂场景需求。