Spring Aop底层原理详解（利用spring后置处理器实现AOP）

Myth丶恋晨 2022-04-15 01:15 642阅读 0赞

写在前面：对于一个java程序员来说，相信绝大多数都有这样的面试经历，面试官问：你知道什么是aop吗？谈谈你是怎么理解aop的？等等诸如此类关于aop的问题。当然对于一些小白可能会一脸懵逼；对于一些工作一两年的，可能知道，哦！aop就是面向切面变成，打印日志啊，什么什么的，要是有点学习深度的呢可能会说aop底层实现利用了jdk动态代理，cglib啊什么的。很多时候可能面试就到此打住了，当然，然后也就没有然后了（客气点的来句：回头有消息我会通知你的！）。  
今天，通过这篇文章，我想带大家先了解下什么是spring后置处理器，然后利用spring的后置处理器我们自己来手写一个springAop，来完成和springAop一样的功能！让你可以对你的面试官说：你精通AOP！

在开始之前呢，我想先引入一个概念：spring扩展点和后置处理器

我们知道springIoc可以对我们应用程序中的java对象做一个集中化的管理，从而使我们从繁琐的new Object()；中解脱出来。  
其核心思想呢就是先创造出一个bean工厂，也就是我们的beanFactory，通过beanFactory来生产出我们应用程序中所需要的java对象，也就是我们的java bean。

今天呢我跟大家介绍的后置处理器呢，有三个  
BeanFactoryPostProcessor ： 可以插手beanFactory的生命周期  
BeanPostProcessor ：可以插手bean的生命周期  
ImportSelector ：借助@Import注解，可以动态实现将一个类是否交由spring管理，常用作开关操作

1，BeanFactoryPostProcessor（BeanDefinitionRegistryPostProcessor 有兴趣的可以自行查阅spring源码）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
可以看到，该接口只定义了一个方法，具体实现的执行时机呢，我们可以通过spring源码得知：  
在我们AnnotationConfigApplicationContext.refresh();的时候，从下源码可知，在我们beanFactory被创建出来后，相关准备工作做完后，会去执行invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);也就是去执行我们的BeanFactoryPostProcessor  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
从上面两处代码可以看出，spring在执行  
PostProcessorRegistrationDelegate.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory, getBeanFactoryPostProcessors());  
的时候，会传入一个List beanFactoryPostProcessors；然后循环去执行list里面所有实现了  
BeanFactoryPostProcessor和BeanDefinitionRegistryPostProcessor的对象的相关方法（spring处理逻辑比较严谨，我这只是大致描述，如想深入了解细节可以参考spring源码）。

2，BeanPostProcessor：可以看出，该接口定义了两个方法，分别在bean实例化之后放到我们的容器之前和之后去执行，方法的返回值为一个object，这个object呢就是我们存在于容器的对象了（所以这个位置我们是不是可以对我们的bean做一个动态的修改，替换等等操作，所以这也是我们spring的扩展点之一，后面结合我么自己手写aop来详细讲解这个扩展点的应用）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
3， ImportSelector  
在讲ImportSelector之前呢，我想先讲一下@Import这个注解。在spring处理我们的java类的时候，会分成四种情况去处理  
1）普通类：就是我们家里@Component，@Service，@Repository等等的类  
2）处理我们的import进来的类：  
这里呢，又分为三种情况：  
a）import一个普通类：@Import（A.class）  
b）import一个Registrar：比如我们的aop @Import(AspectJAutoProxyRegistrar.class)  
c）import一个ImportSelector：具体妙用见下文

至于spring在什么时候处理的呢，我大致叙述一下，有兴趣的可以自己去研究下spring源码：  
对于普通类，spring在doScan的时候，就将扫描出来的java类转换成我们的BeanDefinition，然后放入一个BeanDefinitionMap中去  
对于@import的三种情况，处理就在我们的ConfigurationClassPostProcessor（该类是我们BeanDefinitionRegistryPostProcessor后置处理器的一个实现，同时这也是我们spring内部自己维护的唯一实现类（排除内部类）），具体处理import的核心代码如下，if-else 很容易可以看出spring对于我们import三种类型的处理。

/**
    	 * 处理我们的@Import注解，注意我们的@Import注解传入的参数，可能有三种类型
    	 * 1，传入一个class类，直接解析
    	 * 2，传入一个registrar,需要解析这个registrar
    	 * 3，传入一个ImporterSelector,这时候会去解析ImporterSelector的实现方法中返回的数组的class
    	 * 		
    	 */
    	private void processImports(ConfigurationClass configClass, SourceClass currentSourceClass,
    			Collection<SourceClass> importCandidates, boolean checkForCircularImports) {
    
    		if (importCandidates.isEmpty()) {
    			return;
    		}
    
    		if (checkForCircularImports && isChainedImportOnStack(configClass)) {
    			this.problemReporter.error(new CircularImportProblem(configClass, this.importStack));
    		}
    		else {
    			this.importStack.push(configClass);
    			try {
    				for (SourceClass candidate : importCandidates) {
    					//处理我们的ImportSelector
    					if (candidate.isAssignable(ImportSelector.class)) {
    						// Candidate class is an ImportSelector -> delegate to it to determine imports
    						Class<?> candidateClass = candidate.loadClass();
    						ImportSelector selector = BeanUtils.instantiateClass(candidateClass, ImportSelector.class);
    						ParserStrategyUtils.invokeAwareMethods(
    								selector, this.environment, this.resourceLoader, this.registry);
    						if (this.deferredImportSelectors != null && selector instanceof DeferredImportSelector) {
    							this.deferredImportSelectors.add(
    									new DeferredImportSelectorHolder(configClass, (DeferredImportSelector) selector));
    						}
    						else {
    							String[] importClassNames = selector.selectImports(currentSourceClass.getMetadata());
    							Collection<SourceClass> importSourceClasses = asSourceClasses(importClassNames);
    							//注意可能我们ImportSelector传入的类上还有可能会Import，所以这里，spring采用了
    							//一个递归调用，解析所有的import
    							processImports(configClass, currentSourceClass, importSourceClasses, false);
    						}
    					}
    					//处理我们的Registrar
    					else if (candidate.isAssignable(ImportBeanDefinitionRegistrar.class)) {
    						// Candidate class is an ImportBeanDefinitionRegistrar ->
    						// delegate to it to register additional bean definitions
    						Class<?> candidateClass = candidate.loadClass();
    						ImportBeanDefinitionRegistrar registrar =
    								BeanUtils.instantiateClass(candidateClass, ImportBeanDefinitionRegistrar.class);
    						ParserStrategyUtils.invokeAwareMethods(
    								registrar, this.environment, this.resourceLoader, this.registry);
    						//添加的一个和Importselector方式不同的map中，sprig对两种方式传入的类注册方式不同
    						configClass.addImportBeanDefinitionRegistrar(registrar, currentSourceClass.getMetadata());
    					}
    					else {
    						// Candidate class not an ImportSelector or ImportBeanDefinitionRegistrar ->
    						// process it as an @Configuration class
    						
    						//最后如果是普通类，传入importStack后交由processConfigurationClass进行注册处理
    						this.importStack.registerImport(
    								currentSourceClass.getMetadata(), candidate.getMetadata().getClassName());
    						processConfigurationClass(candidate.asConfigClass(configClass));
    					}
    				}
    			}
    			catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
    				throw ex;
    			}
    			catch (Throwable ex) {
    				throw new BeanDefinitionStoreException(
    						"Failed to process import candidates for configuration class [" +
    						configClass.getMetadata().getClassName() + "]", ex);
    			}
    			finally {
    				this.importStack.pop();
    			}
    		}
    	}

4，实现思路：在我们开发过程中，无非就是明确需求，列出需要解决的问题，然后针对问题，找出解决方案就OK！

同样根据如上原理，下面我们便可以来模拟我们的springAop，如果有点基础的可能应该会知道，spring是基于我们的动态代理实现的（先不考虑是cglib还是jdk动态代理），结合我们aop使用（没用过的好去百度了），那么我们就需要解决如下几个问题：  
a）我们知道开启和关闭aop需要注解@EnableAspectJAutoProxy，如何实现，结合上文，我们可以使用@import(ImportSelector.class)  
b）如何确定代理关系，即哪些是我们需要代理的目标对象和其中的目标方法，以及哪些方法是要增强到目标对象的目标方法上去的？  
c）如何实现目标对象的替换，就是我们在getBean的时候，如何根据目标对象来获取到我们增强后的代理对象？

如上问题都解决了，那么也就实现了我们的AOP.

5，根据如上思路，构建工程如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
具体工程说明如下：  
annotation：放我们所有的自定义注解  
holder:自定义数据结构，具体类后面说  
processor:放我们所有的后置处理器及代理相关  
selector:放我们的ImportSelector的实现  
util:工具类

要模拟aop，那么我们就要结合我们怎么去使用aop：  
对于AOP,我们知道有一个开关注解类 @EnableAspectJAutoProxy（同样我们定义个@EnableAop），  
注解@Aspect，@Before，@After。。。（注意这些都不是spring的注解，是Aspectj的注解，只是我们spring直接引用了而已，同样我们也对于新建自定义注解@AopJ，@BeforeBaomw，@AfterBaomw，@AfterBaomw。。。）

针对问题2，由于BeanFactoryPostProcessor的所有实现会在beanFactory完成对由于bean的扫描后，在实例化之前执行，所以我们可以新建一类，实现这个接口，然后实现方法里面主要完成对有BeanDefinition的扫描，找出我们所有的通知类，然后循环里面的方法，找到所有的通知方法，然后根据注解判断切入类型（也就是前置，后置还是环绕），最后解析注解的内容，扫描出所有的目标类，放入我们定义好的容器中。  
具体实现如下：  
（1）定义holder，用于描述通知信息

/**
     * 描述:
     *  自定义数据结构
     *
     * @author baomw
     * @create 2018-11-19 下午 4:56
     */
    public class ProxyBeanHolder {
    	//通知类名称
        private volatile String className;
        //通知方法名称
        private volatile String methodName;
        //注解类名称
        private volatile String annotationName;
    	...
     < get and setter>
    }

（2）定义数据工具类，具体作用见注释

/**
         * 描述:
         *
         * @author baomw
         * @create 2018-11-19 下午 1:48
         */
        public class ConfigurationUtil {
        
            /**
             * aop标识注解类
             */
            public static final String AOP_POINTCUT_ANNOTATION
                                                    = "com.baomw.annotation.AopJ";
            /**
             * 前置通知注解类
             */
            public static final String BEFORE
                                                    = "com.baomw.annotation.BeforeBaomw";
            /**
             * 后置通知注解类
             */
            public static final String AFTER
                                                    = "com.baomw.annotation.AfterBaomw";
            /**
             * 环绕通知注解类
             */
            public static final String AROUND
                                                    = "com.baomw.annotation.AroundBaomw";
            /**
             * 存放需代理的全部目标对象类
             */
            public static volatile Map<String,List<ProxyBeanHolder>> classzzProxyBeanHolder = new ConcurrentHashMap<>();
        
        }

（3）定义我们的注册类，用于注册我们的目标对象和通知对象之间的关系，其核心代码如下，首先实现BeanFactoryPostProcessor ，保证其实在对所有的bean完成扫描后，在bean的实例化之前执行，然后再其中按上述思路，scan出所有的目标对象，然后建立起目标对象和通知对象的关联关系，然后放入我们的Map中

/**
     * 描述:
     *
     * @author baomw
     * @create 2018-11-19 下午 1:59
     */
    @Component
    public class RegisterBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {
        /**
         * 存放需要代理的相关信息类
         */
        public static volatile List<ProxyBeanHolder> roxyBeanHolderList = new Vector<>();
    
        public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory configurableListableBeanFactory) throws BeansException {
            //获取所有的bdName
            String[] beanDefinitionNames = configurableListableBeanFactory.getBeanDefinitionNames();
            for (String beanDefinitionName:beanDefinitionNames){
                BeanDefinition beanDefinition
                        = configurableListableBeanFactory.getBeanDefinition(beanDefinitionName);
                //判断bd是否是一个注解bd
                if (beanDefinition instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
                    //取得bd上的所有注解
                    AnnotationMetadata metadata = ((AnnotatedBeanDefinition) beanDefinition).getMetadata();
                    Set<String> Annotations = metadata.getAnnotationTypes();
                    //循环所有注解，找到aop切面注解类
                    for (String annotation:Annotations)
                        if (annotation.equals(ConfigurationUtil.AOP_POINTCUT_ANNOTATION))
                            doScan((GenericBeanDefinition)beanDefinition);
                }
            }
        }

如此问题二就得到了完美 的解决

针对问题3，我们可以利用BeanPostProcessor，在bean实例化之后，在放入容器之前，进行一个条件过滤，如果当前对象是我们的目标对象（即在我们定义好的Map中），则对对象进行代理，将目标对象替换成代理对象返回即可  
（注：spring实现aop采用cglib和jdk动态代理两种方式，@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass=true)可以加开关控制，如果不加，目标对象如果有实现接口，则使用jdk动态代理，如果没有就采用cglib（因为我们知道cglib是基于继承的））

我们这里实现，都简单粗暴一点，统一采用cglib代理，这样就可以完成对任意对象的代理了。

具体实现如下：

/**
     * 描述:
     * aop实现核心处理类
     *
     * @author baomw
     * @create 2018-11-18 下午 11:24
     */
    public class RealizedAopBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {
    
    
        public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
            String targetClass = bean.getClass().getName();
            Object object = bean;
            if (ConfigurationUtil.classzzProxyBeanHolder.containsKey(targetClass)){
                Enhancer enhancer = new Enhancer();
                enhancer.setSuperclass(object.getClass());
                enhancer.setCallback(new CustomizedProxyInterceptor(ConfigurationUtil.classzzProxyBeanHolder.get(targetClass)));
                object =  enhancer.create();
            }
            return object;
        }
    
        public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
            return bean;
        }
    
    }

如此我们第三个问题也就顺利解决了最后，还剩下我们的问题1，这时候就可以引出我们的@import(ImportSelector.class)了  
ImportSelector 接口有一个实现方法，返回一个字符串类型的数组，里面可以放类名，在@import(ImportSelector.class)的时候，spring会把我们返回方法里面的类全部注册到BeanDefinitionMap中，继而将对象注册到Spring容器中

/**
     * 描述:
     * 自定义aop实现，提交给spring处理的类
     *
     * @author baomw
     * @create 2018-11-18 下午 11:29
     */
    public class CustomizedAopImportSelector implements ImportSelector {
    
        public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
            return new String[]{RealizedAopBeanPostProcessor.class.getName(),RegisterBeanFactoryPostProcessor.class.getName()};
        }
    }
    /**
     * 描述:
     * aop开关注解
     *
     * @author baomw
     * @create 2018-11-18 下午 11:21
     */
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Import(CustomizedAopImportSelector.class)
    public @interface EnableAop {
    }

很明显，如果我的Appconfig上加了@EnableAop注解，则会将我们的后置处理器的实现类交给了spring管理，spring才能去扫描得到这个类，才能去执行我们的自定义的后置处理器里面的方法，才能实现我们的aop的代理，因此，我们的开关也就顺利完成了。下面编写测试方法  
定义我们的通知，对我们com.baomw.dao下面的所有类的所有方法进行代理  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
可以看到，已经对我们dao下面的所有方法完成了代理，由此，我们便已经完成了我们的SpringAOP了，只不过我这aop是一个山寨版的，功能比较简单，但是具体的实现原理是跟springaop的实现大相庭径的，spring处理的逻辑更缜密严谨（毕竟是大师和小菜鸡的区别，你们懂的!）

下面我们不妨来看看spring是怎么来实现aop的：  
（1）这里和我们一样，也就是我们的开关接口，不过他@Import进来的是一个registrar，前面我已经提到过，sping是可以对我们import进来的registrar进行扫描注册的  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
（2）下面为我们aop实现BeanPostProcesser实现的postProcessBeforeInstantiation方法，可以看到，他也是判断bean是否在  
Set targetSourcedBeans里面，如果在呢，就取到targetSource，然后createProxy，创建我们的代理对象。最后将我们的代理对象返回出去。  
可见，其实现跟我们自己实现aop的思路一模一样，只是spring处理的更严谨而已

@Override
    	public Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException {
    		Object cacheKey = getCacheKey(beanClass, beanName);
    
    		if (!StringUtils.hasLength(beanName) || !this.targetSourcedBeans.contains(beanName)) {
    			if (this.advisedBeans.containsKey(cacheKey)) {
    				return null;
    			}
    			if (isInfrastructureClass(beanClass) || shouldSkip(beanClass, beanName)) {
    				this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
    				return null;
    			}
    		}
    
    		// Create proxy here if we have a custom TargetSource.
    		// Suppresses unnecessary default instantiation of the target bean:
    		// The TargetSource will handle target instances in a custom fashion.
    		TargetSource targetSource = getCustomTargetSource(beanClass, beanName);
    		if (targetSource != null) {
    			if (StringUtils.hasLength(beanName)) {
    				this.targetSourcedBeans.add(beanName);
    			}
    			Object[] specificInterceptors = getAdvicesAndAdvisorsForBean(beanClass, beanName, targetSource);
    			Object proxy = createProxy(beanClass, beanName, specificInterceptors, targetSource);
    			this.proxyTypes.put(cacheKey, proxy.getClass());
    			return proxy;
    		}
    
    		return null;
    	}

到这里，你是不是对springaop有了一个更深层次的了解呢！希望对大家有所启发，谢谢！

【源码地址：】[https://github.com/baomw/spring-customized.git][https_github.com_baomw_spring-customized.git]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220415/582ec656245342e788404ade4ee893fe.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220415/177f80be60e546a3b1723faeab53f330.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220415/125e86aae78b45eda356749a6be00b9c.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220415/ade5d3ffe49846a392e751756a326723.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220415/4131db215bc441e5bc0b3ae402e84714.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20220415/65e0e9830ed24be6b191a3473c8e3039.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Jhb213_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20220415/31374a83c10f476082c4dcae0b1c5966.png
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