概念
AOP（Aspect-OrientedProgramming，面向方面編程），當(dāng)我們需要為分散的對(duì)象引入公共行為的時(shí)候，OOP顯得無能為力。
OOP允許你定義從上到下的關(guān)系，但并不適合定義從左到右的關(guān)系。例如日志功能。日志代碼往往水平地散布在所有對(duì)象層次中，而與它所散布到的對(duì)象的核心功能毫無關(guān)系。
對(duì)于其他類型的代碼，如安全性、異常處理和透明的持續(xù)性也是如此。這種散布在各處的無關(guān)的代碼被稱為橫切（cross-cutting）代碼，在OOP設(shè)計(jì)中，它導(dǎo)致了大量代碼的重復(fù)，而不利于各個(gè)模塊的重用。
AOP技術(shù)利用一種稱為“橫切”的技術(shù)，將那些與業(yè)務(wù)無關(guān)，卻為業(yè)務(wù)模塊所共同調(diào)用的邏輯或責(zé)任封裝起來，減少系統(tǒng)的重復(fù)代碼，降低模塊間的耦合度，而不留痕跡，利于未來的可操作性和可維護(hù)性。
AOP把軟件系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：核心關(guān)注點(diǎn)和橫切關(guān)注點(diǎn)。業(yè)務(wù)處理的主要流程是核心關(guān)注點(diǎn)。橫切關(guān)注點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生在核心關(guān)注點(diǎn)的多處，而各處都基本相似。比如權(quán)限認(rèn)證、日志、事務(wù)處理。Aop 的作用在于分離系統(tǒng)中的各種關(guān)注點(diǎn)，將核心關(guān)注點(diǎn)和橫切關(guān)注點(diǎn)分離開來。
實(shí)現(xiàn)AOP的技術(shù)，主要分為兩大類：一是動(dòng)態(tài)代理技術(shù)，利用截取消息的方式，在運(yùn)行期對(duì)該消息進(jìn)行裝飾，以取代原有對(duì)象行為的執(zhí)行；二是靜態(tài)織入的方式，引入特定的語法創(chuàng)建“方面”，在編譯期間織入有關(guān)“方面”的代碼。
使用場(chǎng)景
- Authentication 權(quán)限
- Caching 緩存
- Context passing 內(nèi)容傳遞
- Error handling 錯(cuò)誤處理
- Lazy loading 懶加載
- Debugging 調(diào)試
- logging, tracing, profiling and monitoring 日志 跟蹤 優(yōu)化 校準(zhǔn)
- Performance optimization 性能優(yōu)化
- Persistence 持久化
- Resource pooling 資源池
- Synchronization 同步
- Transactions 事務(wù)
術(shù)語
- Joinpoint：攔截點(diǎn)，如某個(gè)業(yè)務(wù)方法。
- Pointcut：Joinpoint的表達(dá)式，表示攔截哪些方法。一個(gè)Pointcut對(duì)應(yīng)多個(gè)Joinpoint。
- Advice: 要切入的邏輯。
- Before Advice 在方法前切入。
- After Advice 在方法后切入，拋出異常時(shí)也會(huì)切入。
- After Returning Advice 在方法返回后切入，拋出異常則不會(huì)切入。
- After Throwing Advice 在方法拋出異常時(shí)切入。
- Around Advice 在方法執(zhí)行前后切入，可以中斷或忽略原有流程的執(zhí)行。
- 公民之間的關(guān)系
織入器通過在切面中定義pointcut來搜索目標(biāo)（被代理類）的JoinPoint(切入點(diǎn))，然后把要切入的邏輯（Advice）織入到目標(biāo)對(duì)象里，生成代理類。
實(shí)現(xiàn)原理
JDK動(dòng)態(tài)代理
使用動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)AOP需要有四個(gè)角色：被代理的類，被代理類的接口，織入器，和InvocationHandler，而織入器使用接口反射機(jī)制生成一個(gè)代理類，然后在這個(gè)代理類中織入代碼。被代理的類是AOP里所說的目標(biāo)，InvocationHandler是切面，它包含了Advice和Pointcut。
如何使用動(dòng)態(tài)代理來實(shí)現(xiàn)AOP
下面的例子演示在方法執(zhí)行前織入一段記錄日志的代碼，其中Business是代理類，LogInvocationHandler是記錄日志的切面，IBusiness, IBusiness2是代理類的接口，Proxy.newProxyInstance是織入器。
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
BusinessImp business = new BusinessImp();
// 1.獲取對(duì)應(yīng)的ClassLoader
ClassLoader classLoader = business.getClass().getClassLoader();
// 2.獲取ElectricCar 所實(shí)現(xiàn)的所有接口
Class[] interfaces = business.getClass().getInterfaces();
// 3.設(shè)置一個(gè)來自代理傳過來的方法調(diào)用請(qǐng)求處理器，處理所有的代理對(duì)象上的方法調(diào)用
InvocationHandler handler = new LogInvocationHandler(business);
/*
* 4.根據(jù)上面提供的信息，創(chuàng)建代理對(duì)象 在這個(gè)過程中， a.JDK會(huì)通過根據(jù)傳入的參數(shù)信息動(dòng)態(tài)地在內(nèi)存中創(chuàng)建和.class 文件等同的字節(jié)碼
* b.然后根據(jù)相應(yīng)的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的class， c.然后調(diào)用newInstance()創(chuàng)建實(shí)例
*/
Object o = Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, handler);
((InfBusiness1)o).fun1();
((InfBusiness2)o).fun2();
}
/**
* 打印日志的切面
*/
public static class LogInvocationHandler implements InvocationHandler {
private Object target; //目標(biāo)對(duì)象
LogInvocationHandler(Object target) {
this.target = target;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("You are going to invoke " + method.getName()
+ " ...");
// 執(zhí)行原有邏輯
Object rev = method.invoke(target, args);
// 執(zhí)行織入的日志，你可以控制哪些方法執(zhí)行切入邏輯
if (method.getName().equals("fun1")) {
System.out.println("記錄日志");
}
System.out.println(method.getName()
+ " invocation Has Been finished...");
return rev;
}
}
接口IBusiness和IBusiness2定義省略。下面是業(yè)務(wù)類，需要代理的類。
public class BusinessImp implements IBusiness, IBusiness2 {
@Override
public void fun2() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("business fun2");
}
/*
* (non-Javadoc) <p>Description: <／p>
*
* @see taop.InfBusiness1#fun1()
*/
@Override
public void fun1() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("business fun1");
}
}
動(dòng)態(tài)代理原理
本節(jié)將結(jié)合動(dòng)態(tài)代理的源代碼講解其實(shí)現(xiàn)原理。動(dòng)態(tài)代理的核心其實(shí)就是代理對(duì)象的生成，即Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxyInterface, handler)。讓我們進(jìn)入newProxyInstance方法觀摩下，核心代碼其實(shí)就三行。
//獲取代理類
Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);
//獲取帶有InvocationHandler參數(shù)的構(gòu)造方法
Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
//把handler傳入構(gòu)造方法生成實(shí)例
return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
其中g(shù)etProxyClass(loader, interfaces)方法用于獲取代理類，它主要做了三件事情：在當(dāng)前類加載器的緩存里搜索是否有代理類，沒有則生成代理類并緩存在本地JVM里。
// 緩存的key使用接口名稱生成的List
Object key = Arrays.asList(interfaceNames);
synchronized (cache) {
do {
Object value = cache.get(key);
// 緩存里保存了代理類的引用
if (value instanceof Reference) {
proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();
}
if (proxyClass != null) {
// 代理類已經(jīng)存在則返回
return proxyClass;
} else if (value == pendingGenerationMarker) {
// 如果代理類正在產(chǎn)生，則等待
try {
cache.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
continue;
} else {
// 沒有代理類，則標(biāo)記代理準(zhǔn)備生成
cache.put(key, pendingGenerationMarker);
break;
}
} while (true);
}
代理類的生成主要是以下這兩行代碼。
//生成代理類的字節(jié)碼文件并保存到硬盤中(默認(rèn)不保存到硬盤)
proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces);
//使用類加載器將字節(jié)碼加載到內(nèi)存中
proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
ProxyGenerator.generateProxyClass()方法屬于sun.misc包下，Oracle并沒有提供源代碼，但是我們可以使用JD-GUI這樣的反編譯軟件打開jre\lib\rt.jar來一探究竟，以下是其核心代碼的分析。
//添加接口中定義的方法，此時(shí)方法體為空
for (int i = 0; i < this.interfaces.length; i++) {
localObject1 = this.interfaces[i].getMethods();
for (int k = 0; k < localObject1.length; k++) {
addProxyMethod(localObject1[k], this.interfaces[i]);
}
}
//添加一個(gè)帶有InvocationHandler的構(gòu)造方法
MethodInfo localMethodInfo = new MethodInfo("<init>", "(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V", 1);
//循環(huán)生成方法體代碼（省略）
//方法體里生成調(diào)用InvocationHandler的invoke方法代碼。（此處有所省略）
this.cp.getInterfaceMethodRef("InvocationHandler", "invoke", "Object; Method; Object;")
//將生成的字節(jié)碼，寫入硬盤，前面有個(gè)if判斷，默認(rèn)情況下不保存到硬盤。
localFileOutputStream = new FileOutputStream(ProxyGenerator.access$000(this.val$name) + ".class");
localFileOutputStream.write(this.val$classFile);
那么通過以上分析，我們可以推出動(dòng)態(tài)代理為我們生成了一個(gè)這樣的代理類。把方法doSomeThing的方法體修改為調(diào)用LogInvocationHandler的invoke方法。 生成的代理類源碼:
public class ProxyBusinessImp implements IBusiness, IBusiness2 {
private LogInvocationHandler h;
@Override
public void doSomeThing2() {
try {
Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing", null);
h.invoke(this, m, null);
} catch (Throwable e) {
// 異常處理（略）
}
}
@Override
public boolean doSomeThing() {
try {
Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing2", null);
return (Boolean) h.invoke(this, m, null);
} catch (Throwable e) {
// 異常處理（略）
}
return false;
}
public ProxyBusiness(LogInvocationHandler h) {
this.h = h;
}
}
小結(jié)
- 從前兩節(jié)的分析我們可以看出，動(dòng)態(tài)代理在運(yùn)行期通過接口動(dòng)態(tài)生成代理類，這為其帶來了一定的靈活性，但這個(gè)靈活性卻帶來了兩個(gè)問題
- 第一代理類必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口，如果沒實(shí)現(xiàn)接口會(huì)拋出一個(gè)異常。
- 第二性能影響，因?yàn)閯?dòng)態(tài)代理使用反射的機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，首先反射肯定比直接調(diào)用要慢，經(jīng)過測(cè)試大概每個(gè)代理類比靜態(tài)代理多出10幾毫秒的消耗。
- 其次使用反射大量生成類文件可能引起Full GC造成性能影響，因?yàn)樽止?jié)碼文件加載后會(huì)存放在JVM運(yùn)行時(shí)區(qū)的方法區(qū)（或者叫持久代）中，當(dāng)方法區(qū)滿的時(shí)候，會(huì)引起Full GC，所以當(dāng)你大量使用動(dòng)態(tài)代理時(shí)，可以將持久代設(shè)置大一些，減少Full GC次數(shù)。
動(dòng)態(tài)字節(jié)碼生成Cglib
使用動(dòng)態(tài)字節(jié)碼生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)AOP原理是在運(yùn)行期間目標(biāo)字節(jié)碼加載后，生成目標(biāo)類的子類，將切面邏輯加入到子類中，所以使用Cglib實(shí)現(xiàn)AOP不需要基于接口。
本節(jié)介紹如何使用Cglib來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)字節(jié)碼技術(shù)。Cglib是一個(gè)強(qiáng)大的,高性能的Code生成類庫，它可以在運(yùn)行期間擴(kuò)展Java類和實(shí)現(xiàn)Java接口，它封裝了Asm，所以使用Cglib前需要引入Asm的jar。
public static void main(String[] args) {
byteCodeGe();
}
public static void byteCodeGe() {
//創(chuàng)建一個(gè)織入器
Enhancer enhancer = new Enhancer();
//設(shè)置父類
enhancer.setSuperclass(BusinessImp.class);
//設(shè)置需要織入的邏輯
enhancer.setCallback(new LogIntercept());
//使用織入器創(chuàng)建子類
IBusiness2 newBusiness = (IBusiness2) enhancer.create();
newBusiness.doSomeThing2();
}
/**
* 記錄日志
*/
public static class LogIntercept implements MethodInterceptor {
@Override
public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
//執(zhí)行原有邏輯，注意這里是invokeSuper
Object rev = proxy.invokeSuper(target, args);
//執(zhí)行織入的日志
if (method.getName().equals("doSomeThing2")) {
System.out.println("記錄日志");
}
return rev;
}
}
自定義類加載器
如果我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自定義類加載器，在類加載到JVM之前直接修改某些類的方法，并將切入邏輯織入到這個(gè)方法里，然后將修改后的字節(jié)碼文件交給虛擬機(jī)運(yùn)行，那豈不是更直接。
Javassist是一個(gè)編輯字節(jié)碼的框架，可以讓你很簡單地操作字節(jié)碼。它可以在運(yùn)行期定義或修改Class。使用Javassist實(shí)現(xiàn)AOP的原理是在字節(jié)碼加載前直接修改需要切入的方法。這比使用Cglib實(shí)現(xiàn)AOP更加高效，并且沒太多限制，實(shí)現(xiàn)原理如下圖：
我們使用系統(tǒng)類加載器啟動(dòng)我們自定義的類加載器，在這個(gè)類加載器里加一個(gè)類加載監(jiān)聽器，監(jiān)聽器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)類被加載時(shí)就織入切入邏輯，咱們?cè)倏纯词褂肑avassist實(shí)現(xiàn)AOP的代碼：
//獲取存放CtClass的容器ClassPool
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
//創(chuàng)建一個(gè)類加載器
Loader cl = new Loader();
//增加一個(gè)轉(zhuǎn)換器
cl.addTranslator(cp, new MyTranslator());
//啟動(dòng)MyTranslator的main函數(shù)
cl.run("jsvassist.JavassistAopDemo$MyTranslator", args);
其中
public static class MyTranslator implements Translator {
public void start(ClassPool pool) throws NotFoundException, CannotCompileException {
}
/* *
* 類裝載到JVM前進(jìn)行代碼織入
*/
public void onLoad(ClassPool pool, String classname) {
if (!"model$Business".equals(classname)) {
return;
}
//通過獲取類文件
try {
CtClass cc = pool.get(classname);
//獲得指定方法名的方法
CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("doSomeThing");
//在方法執(zhí)行前插入代碼
m.insertBefore("{ System.out.println(\"記錄日志\"); }");
} catch (NotFoundException e) {
} catch (CannotCompileException e) {
}
}
}
小結(jié)
從本節(jié)中可知，使用自定義的類加載器實(shí)現(xiàn)AOP在性能上要優(yōu)于動(dòng)態(tài)代理和Cglib，因?yàn)樗粫?huì)產(chǎn)生新類，但是它仍然存在一個(gè)問題，就是如果其他的類加載器來加載類的話，這些類將不會(huì)被攔截
字節(jié)碼轉(zhuǎn)換
自定義的類加載器實(shí)現(xiàn)AOP只能攔截自己加載的字節(jié)碼，那么有沒有一種方式能夠監(jiān)控所有類加載器加載字節(jié)碼呢？有，使用Instrumentation，它是 Java 5 提供的新特性，使用 Instrumentation，開發(fā)者可以構(gòu)建一個(gè)字節(jié)碼轉(zhuǎn)換器，在字節(jié)碼加載前進(jìn)行轉(zhuǎn)換。本節(jié)使用Instrumentation和javassist來實(shí)現(xiàn)AOP。
構(gòu)建字節(jié)碼轉(zhuǎn)換器
首先需要?jiǎng)?chuàng)建字節(jié)碼轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)攔截Business類，并在Business類的doSomeThing方法前使用javassist加入記錄日志的代碼。
public class MyClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {
/**
* 字節(jié)碼加載到虛擬機(jī)前會(huì)進(jìn)入這個(gè)方法
*/
@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer)
throws IllegalClassFormatException {
System.out.println(className);
//如果加載Business類才攔截
if (!"model/Business".equals(className)) {
return null;
}
//javassist的包名是用點(diǎn)分割的，需要轉(zhuǎn)換下
if (className.indexOf("/") != -1) {
className = className.replaceAll("/", ".");
}
try {
//通過包名獲取類文件
CtClass cc = ClassPool.getDefault().get(className);
//獲得指定方法名的方法
CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("doSomeThing");
//在方法執(zhí)行前插入代碼
m.insertBefore("{ System.out.println(\"記錄日志\"); }");
return cc.toBytecode();
} catch (NotFoundException e) {
} catch (CannotCompileException e) {
} catch (IOException e) {
//忽略異常處理
}
return null;
}
注冊(cè)轉(zhuǎn)換器
使用premain函數(shù)注冊(cè)字節(jié)碼轉(zhuǎn)換器，該方法在main函數(shù)之前執(zhí)行。
public class MyClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {
public static void premain(String options, Instrumentation ins) {
//注冊(cè)我自己的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換器
ins.addTransformer(new MyClassFileTransformer());
}
}
配置和執(zhí)行
需要告訴JVM在啟動(dòng)main函數(shù)之前，需要先執(zhí)行premain函數(shù)。首先需要將premain函數(shù)所在的類打成jar包。并修改該jar包里的META-INF\MANIFEST.MF 文件。
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: bci. MyClassFileTransformer
然后在JVM的啟動(dòng)參數(shù)里加上。javaagent:D:\java\projects\opencometProject\Aop\lib\aop.jar
