AOP实现原理详解[通俗易懂]

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一、什么是 AOP

AOP（Aspect-OrientedProgramming，面向切面编程），可以说是OOP（Object-Oriented Programing，面向对象编程）的补充和完善。OOP引入封装、继承和多态性等概念来建立一种对象层次结构，用以模拟公共行为的一个集合。当我们需要为分散的对象引入公共行为（日志、安全、事务）的时候，OOP则显得无能为力。也就是说，OOP允许你定义从上到下的关系，但并不适合定义从左到右的关系。例如日志功能。日志代码往往水平地散布在所有对象层次中，而与它所散布到的对象的核心功能毫无关系。对于其他类型的代码，如安全性、异常处理和透明的持续性也是如此。这种散布在各处的无关的代码被称为横切（cross-cutting）代码，在OOP设计中，它导致了大量代码的重复，模块间的藕合度高，而不利于各个模块的重用。

而AOP技术则恰恰相反，它利用一种称为“横切”的技术，剖解开封装的对象内部，并将那些影响了多个类的公共行为封装到一个可重用模块，并将其名为“Aspect”，即切面。所谓“切面”，简单地说，就是将那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任封装起来，便于减少系统的重复代码，降低模块间的耦合度，并有利于未来的可操作性和可维护性。AOP代表的是一个横向的关系，如果说“对象”是一个空心的圆柱体，其中封装的是对象的属性和行为；那么面向方面编程的方法，就仿佛一把利刃，将这些空心圆柱体剖开，以获得其内部的消息。而剖开的切面，也就是所谓的“方面”了。然后它又以巧夺天功的妙手将这些剖开的切面复原，不留痕迹。

使用“横切”技术，AOP把软件系统分为两个部分：核心业务逻辑组件和横切关注点。横切关注点模块化为特殊的类，这些类被称为“切面”，好处：1.横切关注点都集中于一块，不会出现大量重复代码；2.核心模块只关注核心功能的代码，模块间藕合度降低。

二、AOP 的实现原理

三、AOP相关概念

连接点（Joinpoint）：在程序执行过程中某个特定的点，比如某方法调用的时候或者处理异常的时候。在Spring AOP中，一个连接点总是表示一个方法的执行。通俗的说就是加入切点的那个点

通知（Advice）：在切面的某个特定的连接点上执行的动作。其中包括了“around”、“before”和“after”等不同类型的通知（通知的类型将在后面部分进行讨论）。许多AOP框架（包括Spring）都是以拦截器做通知模型，并维护一个以连接点为中心的拦截器链。

切入点（Pointcut）：匹配连接点的断言。通知和一个切入点表达式关联，并在满足这个切入点的连接点上运行（例如，当执行某个特定名称的方法时）。切入点表达式如何和连接点匹配是AOP的核心：Spring缺省使用AspectJ切入点语法。

引入（Introduction）：用来给一个类型声明额外的方法或属性（也被称为连接类型声明（inter-type declaration））。Spring允许引入新的接口（以及一个对应的实现）到任何被代理的对象。例如，你可以使用引入来使一个bean实现IsModified接口，以便简化缓存机制。

织入（Weaving）：将切面应用到目标对象来创建新的代理对象的过程。这些可以在编译时（例如使用AspectJ编译器），类加载时和运行时完成。Spring和其他纯Java AOP框架一样，在运行时完成织入。

增强（Advice）：是织入到目标类连接点上的一段程序代码。Spring使用增强类定义横切逻辑，同时由于Spring只支持方法连接点，增强还包括了在方法上的哪一点加入横切代码的方位信息，所以增强既包括横切逻辑、还包含部分连接点的信息。

引介（Introduction）：是一种特殊的增强，为类添加一些属性和方法。

切面（Advisor）：代表一般切面，包含了横切代码和连接点信息，本身是一个简单的切面，横切的连接点是目标类的所有方法。3种类型：一般切面（advisor）、切点切面（PointcutAdvisor）、引介切面（IntroductionAdvisor）。

四、Spring中AOP的实现

第一种是基于xml配置文件方式的实现，

第二种是基于注解方式的实现。

首先我们来看一下业务逻辑service层：

/** * RegisterService的实现类 * @author 曹胜欢 */ public class RegisterServiceImpl implements RegisterService { private RegisterDao registerDao; public RegisterServiceImpl() {} /** 带参数的构造方法 */ public RegisterServiceImpl(RegisterDao registerDao){ this.registerDao =registerDao; } public void save(String loginname, String password) { registerDao.save(loginname, password); throw new RuntimeException("故意抛出一个异常。。。。"); } /** set方法 */ public void setRegisterDao(RegisterDao registerDao) { this.registerDao = registerDao; }}

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对于业务系统来说，RegisterServiceImpl类就是目标实现类，它的业务方法，如save()方法的前后或代码会出现异常的地方都是AOP的连接点。

下面是日志服务类的代码：

/** * 日志切面类 * @author 曹胜欢 */ public class LogAspect { //任何通知方法都可以将第一个参数定义为 org.aspectj.lang.JoinPoint类型 public void before(JoinPoint call) { //获取目标对象对应的类名 String className = call.getTarget().getClass().getName(); //获取目标对象上正在执行的方法名 String methodName = call.getSignature().getName(); System.out.println("前置通知:" + className + "类的" + methodName + "方法开始了"); } public void afterReturn() { System.out.println("后置通知:方法正常结束了"); } public void after(){ System.out.println("最终通知:不管方法有没有正常执行完成，一定会返回的"); } public void afterThrowing() { System.out.println("异常抛出后通知:方法执行时出异常了"); } //用来做环绕通知的方法可以第一个参数定义为org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint类型 public Object doAround(ProceedingJoinPoint call) throws Throwable { Object result = null; this.before(call);//相当于前置通知 try { result = call.proceed(); this.afterReturn(); //相当于后置通知 } catch (Throwable e) { this.afterThrowing(); //相当于异常抛出后通知 throw e; }finally{ this.after(); //相当于最终通知 } return result; } }

这个类属于业务服务类，如果用AOP的术语来说，它就是一个切面类，它定义了许多通知。Before()、afterReturn()、after()和afterThrowing()这些方法都是通知。

下面我们就来看具体配置，首先来看一下：

<1>.基于xml配置文件的AOP实现：这种方式在实现AOP时，有4个步骤。

<?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:aop="http://www.springframework.org/schema/aop" xsi:schemaLocation=" http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-2.5.xsd http://www.springframework.org/schema/aop http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-2.5.xsd> <bean id="registerDaoImpl" class="com.zxf.dao.RegisterDaoImpl"/> <bean id="registerService" class="com.zxf.service.RegisterServiceImpl"> <property name=" registerDaoImpl " ref=" RegisterDaoImpl "/> </bean> <!-- 日志切面类 --> <bean id="logAspectBean" class="com.zxf.aspect.LogAspect"/> <!-- 第1步： AOP的配置 --> <aop:config> <!-- 第2步：配置一个切面 --> <aop:aspect id="logAspect" ref="logAspectBean"> <!-- 第3步：定义切入点,指定切入点表达式 --> <aop:pointcut id="allMethod" expression="execution(* com.zxf.service.*.*(..))"/> <!-- 第4步：应用前置通知 --> <aop:before method="before" pointcut-ref="allMethod" /> <!-- 第4步：应用后置通知 --> <aop:after-returning method="afterReturn" pointcut-ref="allMethod"/> <!-- 第4步：应用最终通知 --> <aop:after method="after" pointcut-ref="allMethod"/> <!-- 第4步：应用抛出异常后通知 --> <aop:after-throwing method="afterThrowing" pointcut-ref="allMethod"/> <!-- 第4步：应用环绕通知 --> <!-- <aop:around method="doAround" pointcut-ref="allMethod" /> --> </aop:aspect> </aop:config> </beans>

上述配置针对切入点应用了前置、后置、最终，以及抛出异常后通知。这样在测试执行RegisterServiceImpl类的save()方法时，控制台会有如下结果输出：

前置通知：com.zxf.service.RegisterServiceImpl类的save方法开始了。

针对MySQL的RegisterDao实现中的save()方法。

后置通知:方法正常结束了。

最终通知:不管方法有没有正常执行完成，一定会返回的。

下面我们在来看一下第二种配置方式：

<2>基于注解的AOP的实现

     首先创建一个用来作为切面的类LogAnnotationAspect，同时把这个类配置在spring的配置文件中。

        在spring2.0以后引入了JDK5.0的注解Annotation的支持，提供了对AspectJ基于注解的切面的支持，从而 更进一步地简化AOP的配置。具体的步骤有两步。

Spring的配置文件是如下的配置：

<?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:aop="http://www.springframework.org/schema/aop" xsi:schemaLocation=" http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-2.5.xsd http://www.springframework.org/schema/aop http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-2.5.xsd> <bean id="registerDao" class="com.zxf.dao.RegisterDaoImpl"/> <bean id="registerService" class="com.zxf.service.RegisterServiceImpl"> <property name="registerDao" ref="registerDao"/> </bean> <!-- 把切面类交由Spring容器来管理 --> <bean id="logAspectBean" class="com.zxf.aspect.LogAnnotationAspect"/> <!-- 启用spring对AspectJ注解的支持 --> <aop:aspectj-autoproxy/> </beans>

这是那个切面的类LogAnnotationAspect

/** * 日志切面类 */ @Aspect //定义切面类 public class LogAnnotationAspect { @SuppressWarnings("unused") //定义切入点，提供一个方法，这个方法的名字就是改切入点的id @Pointcut("execution(* com.zxf.service.*.*(..))") private void allMethod(){} //针对指定的切入点表达式选择的切入点应用前置通知 @Before("execution(* com. zxf.service.*.*(..))") public void before(JoinPoint call) { String className = call.getTarget().getClass().getName(); String methodName = call.getSignature().getName(); System.out.println("【注解-前置通知】:" + className + "类的" + methodName + "方法开始了"); } //访问命名切入点来应用后置通知 @AfterReturning("allMethod()") public void afterReturn() { System.out.println("【注解-后置通知】:方法正常结束了"); } //应用最终通知 @After("allMethod()") public void after(){ System.out.println("【注解-最终通知】:不管方法有没有正常执行完成," + "一定会返回的"); } //应用异常抛出后通知 @AfterThrowing("allMethod()") public void afterThrowing() { System.out.println("【注解-异常抛出后通知】:方法执行时出异常了"); } //应用周围通知 //@Around("allMethod()") public Object doAround(ProceedingJoinPoint call) throws Throwable{ Object result = null; this.before(call);//相当于前置通知 try { result = call.proceed(); this.afterReturn(); //相当于后置通知 } catch (Throwable e) { this.afterThrowing(); //相当于异常抛出后通知 throw e; }finally{ this.after(); //相当于最终通知 } return result; } }

五：Spring中AOP的两种代理方式（Java动态代理和CGLIB代理）

Spring AOP使用动态代理技术在运行期织入增强代码。使用两种代理机制：基于JDK的动态代理（JDK本身只提供接口的代理）；基于CGlib的动态代理。

1. JDK的动态代理主要涉及java.lang.reflect包中的两个类：Proxy和InvocationHandler。其中InvocationHandler只是一个接口，可以通过实现该接口定义横切逻辑，并通过反射机制调用目标类的代码，动态的将横切逻辑与业务逻辑织在一起。而Proxy利用InvocationHandler动态创建一个符合某一接口的实例，生成目标类的代理对象。（只能为接口创建代理实例）

//需要被代理的接口 public interface ForumService { public void removeTopic(int topicId); public void removeForum(int forumId); } //被代理接口的实现类，包含核心的业务逻辑 public class ForumServiceImpl implements ForumService{ @Override public void removeTopic(int topicId) { System.out.println("模拟删除Topic记录："+ topicId); try { Thread.currentThread().sleep(20); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } @Override public void removeForum(int forumId) { System.out.println("模拟删除Forum记录："+ forumId); try { Thread.currentThread().sleep(40); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } //性能监控核心代码生成 public class MethodPerformance { private long begin; private long end; private String serviceMethod; public MethodPerformance(String serviceMethod) { this.serviceMethod = serviceMethod; this.begin = System.currentTimeMillis(); }; public void printPerformance(){ this.end = System.currentTimeMillis(); long elapse = this.end - this.begin; System.out.println(serviceMethod + " cost " + elapse +"ms"); } } //线程安全的横切逻辑 public class PerformanceMonitor { private static ThreadLocal<MethodPerformance> tl= new ThreadLocal<MethodPerformance>(); public static void begin(String method){ System.out.println("begin monitor"); MethodPerformance mp = new MethodPerformance(method); tl.set(mp); } public static void end(){ System.out.println("end monitor"); MethodPerformance mp = tl.get(); mp.printPerformance(); } } //AOP横切模块 public class PerfermanceHandler implements InvocationHandler{ private Object target; public PerfermanceHandler(Object target) { this.target = target; } @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { PerformanceMonitor.begin(target.getClass().getName()+"."+method.getName()); Object object = method.invoke(target, args); PerformanceMonitor.end(); return object; } } //测试 public class TestForumService { public static void main(String[] args) { ForumService target = new ForumServiceImpl(); //将目标业务类与横切代码编织到一起 PerfermanceHandler handler = new PerfermanceHandler(target); //创建代理实例 ForumService proxy = (ForumService) Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader(), target.getClass().getInterfaces(), handler); proxy.removeForum(10); proxy.removeTopic(1012); } }

begin monitor

模拟删除Forum记录：10

end monitor

com.baobaotao.proxy.ForumServiceImpl.removeForum cost 42ms

begin monitor

模拟删除Topic记录：1012

end monitor

com.baobaotao.proxy.ForumServiceImpl.removeTopic cost 21ms

2.CGLib采用底层的字节码技术，为一个类创建子类，并在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类的调用方法，并顺势织入横切逻辑。

package com.baobaotao.proxy; import java.lang.reflect.Method; import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer; import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor; import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy; public class CglibProxy implements MethodInterceptor{ private Enhancer enhancer = new Enhancer(); public Object getProxy(Class clazz){ enhancer.setSuperclass(clazz);//设置创建子类的类 enhancer.setCallback(this); return enhancer.create();//通过字节码技术动态创建子类实例 } @Override public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable { PerformanceMonitor.begin(target.getClass().getName()+"."+method.getName()); Object object = proxy.invokeSuper(target, args); PerformanceMonitor.end(); return object; } } package com.baobaotao.proxy; import java.lang.reflect.Proxy; //测试 public class TestForumService { public static void main(String[] args) { CglibProxy cglibProxy = new CglibProxy(); ForumServiceImpl service = (ForumServiceImpl) cglibProxy.getProxy(ForumServiceImpl.class); service.removeForum(10); service.removeTopic(1012); } }

begin monitor

模拟删除Forum记录：10

end monitor

com.baobaotao.proxy.ForumServiceImpl

626e31f5（子类）.removeForum cost 67ms

begin monitor

模拟删除Topic记录：1012

end monitor

com.baobaotao.proxy.ForumServiceImpl

626e31f5.removeTopic cost 20ms

Spring增强类

Spring支持5种增强类型：

1）前置增强：org.springframework.aop.BeforeAdvice代表前置增强，spring只支持方法级的增强，目前可用MethodBeforeAdvice。

public interface Waiter { public void greetTo(String name); public void serveTo(String name); } public class NaiveWaiter implements Waiter { @Override public void greetTo(String name) { System.out.println("greetTo "+ name +"..."); } @Override public void serveTo(String name) { System.out.println("serveTo "+ name +"..."); } } import java.lang.reflect.Method; import org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice; public class GreeteBeforeAdvice implements MethodBeforeAdvice{ @Override public void before(Method arg0, Object[] arg1, Object arg2) throws Throwable { String client = (String) arg1[0]; System.out.println("How are you!"+client+"."); } } import org.springframework.aop.BeforeAdvice; import org.springframework.aop.framework.ProxyFactory; public class TestBeforeAdvice { public static void main(String[] args) { Waiter target = new NaiveWaiter(); BeforeAdvice advice = new GreeteBeforeAdvice(); //Spring提供的代理工厂 ProxyFactory pf = new ProxyFactory();//使用Cglib2AOPProx 即CGlib代理技术创建代理 // pf.setInterfaces(target.getClass().getInterfaces());//使用JdkDynamicAopProxy //设置代理目标 pf.setTarget(target); //添加增强处理 pf.addAdvice(advice); //生成代理实例 Waiter waiter = (Waiter) pf.getProxy(); waiter.greetTo("Tom"); waiter.serveTo("Lucy"); // ApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml"); // Waiter waiter1 = (Waiter) ctx.getBean("waiter"); // waiter1.greetTo("John"); } } <bean id="target" class="com.baobaotao.advice.NaiveWaiter" /> <bean id="greeteAdvice" class="com.baobaotao.advice.GreeteBeforeAdvice" /> <bean id="waiter" class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean" p:proxyInterfaces="com.baobaotao.advice.Waiter" p:interceptorNames="greeteAdvice" p:target-ref="target" />

2）后置增强：org.springframework.aop.AfterReturningAdvice代表后置增强，在目标方法执行后实施增强。

import java.lang.reflect.Method; import org.springframework.aop.AfterReturningAdvice; public class GreeteAfterAdvice implements AfterReturningAdvice{ @Override public void afterReturning(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2, Object arg3) throws Throwable { System.out.println("Please enjoy yourself!"); } } <bean id="waiter" class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean" p:proxyInterfaces="com.baobaotao.advice.Waiter" p:interceptorNames="greeteBefore,greeteAfter" p:target-ref="target" />

3）环绕增强：org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor代表环绕增强，在目标方法执行前后实施增强。

import org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor; import org.aopalliance.intercept.MethodInvocation; public class GreeteInterceptor implements MethodInterceptor{ @Override public Object invoke(MethodInvocation inv) throws Throwable { Object[] args = inv.getArguments(); String client = (String) args[0]; System.out.println("How are you!"+client+"."); Object obj = inv.proceed(); System.out.println("Please enjoy yourself!"); return obj; } }

4）异常抛出增强：org.springframework.aop.ThrowsAdvice，在目标方法执行抛出异常后实施增强。方法名必须为afterThrowing,如参前三个可选，最后一个是Throwable或其子类。

import java.lang.reflect.Method; import org.springframework.aop.ThrowsAdvice; public class TransactionManager implements ThrowsAdvice { public void afterThrowing(Method method, Object[] args, Object target, Exception ex) throws Throwable { System.out.println("-----------"); System.out.println("method:" + method.getName()); System.out.println("抛出异常:" + ex.getMessage()); System.out.println("成功回滚事务。"); } }

5）引介增强：org.springframework.aop.IntroductionInterceptor，表示目标类添加一些新的方法和属性，连接点是类级别，而不是方法级别。

import org.aopalliance.intercept.MethodInvocation; import org.springframework.aop.support.DelegatingIntroductionInterceptor; import com.baobaotao.proxy.PerformanceMonitor; public class ControllablePerformaceMonitor extends DelegatingIntroductionInterceptor implements Monitorable{ private ThreadLocal<Boolean> MonitorStatusMap = new ThreadLocal<Boolean>(); @Override public void setMonitorActive(boolean active) { MonitorStatusMap.set(active); } @Override public Object invoke(MethodInvocation mi) throws Throwable { Object obj = null; if (MonitorStatusMap.get() != null && MonitorStatusMap.get()) { PerformanceMonitor.begin(mi.getClass().getName() + "." + mi.getMethod().getName()); obj = super.invoke(mi); PerformanceMonitor.end(); } else { obj = super.invoke(mi); } return obj; } } <bean id="forumService" class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean" p:interfaces="com.baobaotao.introduce.Monitorable" //引入引介增强要实现的接口 p:target-ref="forumServiceTarget" p:interceptorNames="pmonitor" p:proxyTargetClass="true" />//只能通过为目标类型类创建子类的方式生成增强的代理

AOP切面的配置方式

1）基于Schema的配置：在xml中描述切点、增强类型，切面类为pojo

2）基于AspectJ的配置：切点、增强类型使用注解进行描述