Spring AOP深度解析：调用链与适配器模式

hello 早上好2025-07-31 10:46

一、AOP核心概念回顾

先明确几个关键概念：

  • Joinpoint（连接点）：程序执行过程中的特定点（如方法调用）
  • Pointcut（切点）：定义哪些连接点需要被拦截
  • Advice（通知）：在连接点执行的横切逻辑
  • Advisor（顾问）：Pointcut和Advice的组合体
  • Interceptor（拦截器）：实现横切逻辑的具体组件

二、适配器模式在AOP中的应用

适配器模式在Spring AOP中扮演着关键角色，主要体现在两个层面：

1. Advisor适配器
java 复制代码 
// 适配器模式典型实现：组合Pointcut和Advice
public class DefaultPointcutAdvisor implements Advisor {
    private Pointcut pointcut;
    private Advice advice;
    
    // 构造器将两个独立组件适配为一个整体
    public DefaultPointcutAdvisor(Pointcut pointcut, Advice advice) {
        this.pointcut = pointcut;
        this.advice = advice;
    }
}

这种设计实现了：

  • 解耦：Pointcut和Advice可独立变化
  • 统一接口：所有Advisor都实现Advisor接口
  • 灵活组合：动态组合不同的切点和通知
2. Advice适配器（框架内部）

Spring内部使用适配器将不同类型的Advice统一转换为MethodInterceptor：

java 复制代码 
public interface AdvisorAdapter {
    // 判断是否支持特定类型的Advice
    boolean supportsAdvice(Advice advice);
    
    // 将Advice适配为MethodInterceptor
    MethodInterceptor getInterceptor(Advisor advisor);
}

这种设计使框架能统一处理：

  • BeforeAdvice
  • AfterReturningAdvice
  • ThrowsAdvice
  • 自定义Advice类型

三、调用链执行机制深度解析

Spring AOP的核心执行流程通过责任链模式实现：

1. 代理对象创建
java 复制代码 
ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory(target);
proxyFactory.addAdvisor(auditAdvisor);
proxyFactory.addAdvisor(perfAdvisor);
UserService proxy = (UserService) proxyFactory.getProxy();

此时创建的代理对象包含：

  • 目标对象引用
  • 按顺序排列的Advisor列表
  • 代理配置信息
2. 调用链执行流程

当调用代理方法时，触发ReflectiveMethodInvocation执行：

java 复制代码 
public class ReflectiveMethodInvocation {
    // 核心字段
    protected final Object proxy;
    protected final Object target;
    protected final Method method;
    private final Object[] arguments;
    private final List<Object> interceptorsAndDynamicMethodMatchers;
    private int currentInterceptorIndex = -1;

    // 核心方法：驱动调用链执行
    public Object proceed() throws Throwable {
        // 所有拦截器执行完毕，调用目标方法
        if (this.currentInterceptorIndex == this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.size() - 1) {
            return invokeJoinpoint();
        }

        // 获取下一个拦截器
        Object interceptor = 
            this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.get(++this.currentInterceptorIndex);
        
        // 执行拦截器逻辑
        if (interceptor instanceof MethodInterceptor) {
            MethodInterceptor mi = (MethodInterceptor) interceptor;
            return mi.invoke(this);
        }
        // ...其他类型处理
    }
}
3. 典型调用链执行序列

以createUser()方法为例：

markdown 复制代码 
1. 审计拦截器前置处理
   │
2. └──> 性能拦截器前置处理
        │
3.      └──> 目标方法执行
        │
4.      ┌── 性能拦截器后置处理（计算耗时）
   │
5. └── 审计拦截器后置处理（记录结果）

这个调用栈的构建得益于责任链模式：

  • 每个拦截器持有下一个处理单元的引用
  • 通过invocation.proceed()传递控制权
  • 支持动态增减拦截器

四、Pointcut匹配机制剖析

自定义Pointcut展示了精准匹配：

java 复制代码 
class UserMutationPointcut extends StaticMethodMatcherPointcut {
    @Override
    public boolean matches(Method method, Class<?> targetClass) {
        // 精确匹配方法名
        return method.getName().contains("create") 
            || method.getName().contains("delete");
    }
    
    @Override
    public ClassFilter getClassFilter() {
        // 精确匹配接口类型
        return clazz -> clazz == UserService.class;
    }
}

Spring实际执行时采用双检查策略：

  1. 类级别过滤（快速失败）
  2. 方法级别精确匹配

五、手动模拟调用链实现

手动执行流程揭示了Spring AOP的本质：

java 复制代码 
void executeManually(Object target, List<Object> interceptors, 
                    String methodName, Object[] args) {
    // 1. 构建方法调用对象
    CustomMethodInvocation invocation = new CustomMethodInvocation(
        null, target, method, args, target.getClass(), interceptors);
    
    // 2. 启动调用链
    invocation.proceed();
}

这个模拟过程清晰展示了：

  • 拦截器链的封装方式
  • 当前索引的动态推进
  • 目标方法的最终调用

六、设计模式综合应用分析

在Spring AOP的实现中，多种设计模式协同工作：

设计模式 应用场景 优势
适配器模式 统一不同类型的Advice 保持接口一致性
代理模式 创建目标对象的代理 控制对象访问
责任链模式 拦截器链执行 动态处理流程
策略模式 Pointcut的不同匹配算法 灵活替换匹配策略
工厂模式 通过ProxyFactory创建代理对象 封装复杂创建逻辑

七、性能优化启示

在实际应用中需注意：

  1. 减少Pointcut复杂度：避免在matches()中执行重操作

  2. 合理排序拦截器：高频拦截器前置

  3. 慎用Around通知：避免嵌套过深

  4. 选择合适代理：

    java 复制代码 
    // 显式指定代理方式
proxyFactory.setProxyTargetClass(true); // 强制CGLIB

八、总结

Spring AOP的精妙之处在于：

  1. 分层设计：Pointcut/Advice/Advisor各司其职
  2. 模式协同：适配器+责任链实现灵活扩展
  3. 开放扩展：支持自定义Pointcut和Interceptor
  4. 统一抽象：MethodInvocation封装调用上下文

流程总图

完整代码

java 复制代码 
package com.dwl.call_chain;

import jakarta.annotation.Nullable;
import lombok.NonNull;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.aopalliance.aop.Advice;
import org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor;
import org.aopalliance.intercept.MethodInvocation;
import org.springframework.aop.Advisor;
import org.springframework.aop.ClassFilter;
import org.springframework.aop.Pointcut;
import org.springframework.aop.framework.ProxyFactory;
import org.springframework.aop.framework.ReflectiveMethodInvocation;
import org.springframework.aop.support.DefaultPointcutAdvisor;
import org.springframework.aop.support.StaticMethodMatcherPointcut;

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 业务服务接口
 */
interface UserService {
    void createUser(String username, String email);

    void deleteUser(Long userId);

    void getUserInfo(Long userId);
}

/**
 * 业务服务实现
 */
@Slf4j
class UserServiceImpl implements UserService {
    @Override
    public void createUser(String username, String email) {
        log.debug("[UserServiceImpl] 执行创建用户: {} ({})", username, email);
    }

    @Override
    public void deleteUser(Long userId) {
        log.debug("[UserServiceImpl] 执行删除用户: ID={}", userId);
    }

    @Override
    public void getUserInfo(Long userId) {
        log.debug("[UserServiceImpl] 获取用户信息: ID={}", userId);
    }
}

/**
 * 自定义切入点 - 只匹配创建和删除用户方法
 * 原理：基于AOP联盟的Pointcut实现，Spring在执行时会对每个方法进行匹配检查
 */
@Slf4j
class UserMutationPointcut extends StaticMethodMatcherPointcut {
    @Override
    public boolean matches(Method method, @Nullable Class<?> targetClass) {
        // 只匹配包含"create"或"delete"的方法名
        boolean isMatch = method.getName().contains("create") || method.getName().contains("delete");
        log.debug("[UserMutationPointcut] 方法匹配检查: {} - 结果: {}", method.getName(), isMatch);
        return isMatch;
    }

    @Override
    @NonNull
    public ClassFilter getClassFilter() {
        // 限定只对UserService接口生效
        return clazz -> {
            boolean match = clazz == UserService.class;
            log.debug("[UserMutationPointcut] 类匹配检查: {} - 结果: {}", clazz.getSimpleName(), match);
            return match;
        };
    }
}

/**
 * 自定义切入点 - 匹配所有方法
 */
@Slf4j
class AllMethodsPointcut extends StaticMethodMatcherPointcut {
    @Override
    public boolean matches(@NonNull Method method, @NonNull Class<?> targetClass) {
        log.debug("[AllMethodsPointcut] 匹配所有方法: {}", method.getName());
        return true; // 无条件匹配所有方法
    }
}

/**
 * 审计拦截器 - 用于关键业务操作
 * 实现AOP联盟的MethodInterceptor接口
 * 原理：作为Advice被织入到连接点（join point）
 */
@Slf4j
class AuditInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        String methodName = invocation.getMethod().getName();
        Object[] args = invocation.getArguments();

        log.debug("[审计拦截器] >>> 进入审计处理, 方法: {}", methodName);
        System.out.println("=== AUDIT START: " + methodName + " ===");
        System.out.println("| User: admin@example.com");
        System.out.println("| Args: " + java.util.Arrays.toString(args));

        // 重要：调用拦截器链中的下一个处理器
        log.debug("[审计拦截器] 执行proceed(), 进入下一个拦截器或目标方法");
        Object result = invocation.proceed();

        System.out.println("| Result: " + result);
        System.out.println("=== AUDIT END ===");
        log.debug("[审计拦截器] <<< 退出审计处理, 方法: {}", methodName);
        return result;
    }
}

/**
 * 性能监控拦截器 - 用于所有方法
 * 原理：通过计算执行时间实现性能监控
 */
@Slf4j
class PerformanceInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        String methodName = invocation.getMethod().getName();

        log.debug("[性能拦截器] >>> 开始执行计时, 方法: {}", methodName);

        // 重要：触发后续调用链（可能是其他拦截器或目标方法）
        Object result = invocation.proceed();

        long duration = System.currentTimeMillis() - startTime;
        log.debug("[性能拦截器] 方法执行完成, 耗时: {}ms", duration);
        System.out.println("[Perf] " + methodName + " executed in " + duration + "ms");

        log.debug("[性能拦截器] <<< 退出性能监控处理");
        return result;
    }
}

/**
 * 自定义的ReflectiveMethodInvocation子类
 * 原理：Spring AOP核心调用处理器，管理拦截器链的执行顺序
 * <p>
 * 关键机制：
 * 1. 维护拦截器列表的当前位置
 * 2. proceed()方法驱动调用链前进
 * 3. 当所有拦截器执行完毕后调用目标方法
 */
@Slf4j
class CustomMethodInvocation extends ReflectiveMethodInvocation {
    public CustomMethodInvocation(Object proxy, Object target, Method method, Object[] args,
                                  Class<?> targetClass, List<Object> interceptors) {
        super(proxy, target, method, args, targetClass, interceptors);
        log.debug("创建自定义方法调用处理器 | 目标类: {} | 方法: {} | 拦截器数量: {}",
                targetClass.getSimpleName(), method.getName(), interceptors.size());
    }
}

/**
 * 核心流程：
 * 1. 创建目标对象（被代理对象）
 * 2. 创建切点(Pointcut)和通知(Advice)
 * 3. 通过Advisor将切点和通知关联
 * 4. 使用ProxyFactory创建代理对象：
 * - 默认使用JDK动态代理（针对接口）
 * - 无接口时使用CGLIB代理
 * 5. 拦截器链执行机制：
 * - 创建MethodInvocation对象
 * - 按顺序执行拦截器
 * - 最后执行目标方法
 *
 * @ClassName SpringAopWithAdvisorDemo
 * @Description
 * @Version 1.0.0
 * @Date 2025
 * @Author By Dwl
 */
@Slf4j
public class SpringAopWithAdvisorDemo {
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        log.debug("===== Spring AOP 底层原理演示 =====");

        // 创建目标对象（实际业务实现）
        UserService target = new UserServiceImpl();
        log.debug("创建目标对象: {}", target.getClass().getName());

        // ============= 创建Advisor =============
        // Advisor 1: 审计顾问 (仅作用于变更操作)
        Pointcut mutationPointcut = new UserMutationPointcut();
        Advice auditAdvice = new AuditInterceptor();
        Advisor auditAdvisor = new DefaultPointcutAdvisor(mutationPointcut, auditAdvice);
        log.debug("创建审计Advisor | 切点: {} | 通知: {}",
                mutationPointcut.getClass().getSimpleName(), auditAdvice.getClass().getSimpleName());

        // Advisor 2: 性能顾问 (作用于所有方法)
        Pointcut allMethodsPointcut = new AllMethodsPointcut();
        Advice perfAdvice = new PerformanceInterceptor();
        Advisor perfAdvisor = new DefaultPointcutAdvisor(allMethodsPointcut, perfAdvice);
        log.debug("创建性能Advisor | 切点: {} | 通知: {}",
                allMethodsPointcut.getClass().getSimpleName(), perfAdvice.getClass().getSimpleName());

        // ==================== 方式1: 标准Spring代理 ====================
        log.debug("\n========= 创建Spring代理 =========");
        ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory(target);
        proxyFactory.addInterface(UserService.class);
        proxyFactory.addAdvisor(auditAdvisor);
        proxyFactory.addAdvisor(perfAdvisor);

        log.debug("代理工厂配置 | 代理接口: {} | Advisor数量: {}",
                UserService.class.getSimpleName(), proxyFactory.getAdvisors().length);

        UserService proxy = (UserService) proxyFactory.getProxy();
        log.debug("代理创建完成 | 代理类: {}", proxy.getClass().getName());
        log.debug("代理技术: {}", proxyFactory.getProxy().toString().contains("$Proxy")
                ? "JDK动态代理" : "CGLIB");

        // 通过代理对象执行方法
        log.debug("\n>>>>>> 执行 createUser <<<<<<");
        proxy.createUser("john_doe", "john@example.com");

        log.debug("\n>>>>>> 执行 deleteUser <<<<<<");
        proxy.deleteUser(123L);

        log.debug("\n>>>>>> 执行 getUserInfo <<<<<<");
        proxy.getUserInfo(456L);
        log.debug("\n");

        // ==================== 方式2: 手动创建调用链 ====================
        log.debug("========= 手动创建调用链 (模拟Spring执行过程) =========");

        // 获取所有拦截器（通过Advisor获取）
        List<Object> interceptors = new ArrayList<>();
        for (Advisor advisor : proxyFactory.getAdvisors()) {
            interceptors.add(advisor.getAdvice());
        }
        log.debug("收集到拦截器: {} 个", interceptors.size());
        interceptors.forEach(interceptor ->
                log.debug(" - 拦截器: {}", interceptor.getClass().getSimpleName()));

        // 测试方法1: createUser (会触发所有拦截器)
        log.debug("\n--- 手动执行 createUser ---");
        executeManually(target, interceptors, "createUser", new Object[]{"test_user", "test@example.com"});

        // 测试方法2: getUserInfo (只会触发性能拦截器)
        log.debug("\n--- 手动执行 getUserInfo ---");
        executeManually(target, interceptors, "getUserInfo", new Object[]{789L});
    }

    /**
     * 手动执行方法调用流程
     * 模拟Spring代理的核心执行过程：
     * 1. 创建ReflectiveMethodInvocation对象
     * 2. 调用proceed()启动拦截器链
     * 3. 调用链依次执行：
     * - 按顺序执行所有MethodInterceptor
     * - 最后执行目标方法
     */
    private static void executeManually(Object target, List<Object> interceptors,
                                        String methodName, Object[] args) throws Throwable {
        // 获取方法对象
        Class<?>[] paramTypes = getParameterTypes(args);
        log.debug("获取方法元数据 | 方法名: {} | 参数类型: {}", methodName, paramTypes);

        Method method = UserService.class.getMethod(methodName, paramTypes);

        // 创建自定义方法调用处理器（核心）
        CustomMethodInvocation invocation = new CustomMethodInvocation(
                null,                // 代理对象（手动调用不需要）
                target,              // 目标对象
                method,              // 目标方法
                args,                // 方法参数
                target.getClass(),   // 目标类
                interceptors         // 拦截器链
        );

        // 核心：启动拦截器链执行（模拟Spring代理的invoke方法）
        log.debug(">>>>>> 启动拦截器链执行");
        invocation.proceed();
        log.debug("<<<<<< 拦截器链执行完成");
    }

    private static Class<?>[] getParameterTypes(Object[] args) {
        Class<?>[] paramTypes = new Class[args.length];
        for (int i = 0; i < args.length; i++) {
            paramTypes[i] = args[i].getClass();
            log.debug("参数类型检测 | 参数[{}]: {}", i, paramTypes[i].getSimpleName());
        }
        return paramTypes;
    }
}
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