【Spring】Spring AOP入门及实现原理剖析

冷不防 2023-10-13 18:00 66阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1 初探Aop
 *   *  1.1 何为AOP？
     *  1.2 AOP的组成
     *   *  1.2.1 切面(Aspect)
         *  1.2.2 连接点(Join Point)
         *  1.2.3 切点(Pointcut)
         *  1.2.4 通知(Advice)
     *  1.3 AOP的使用场景
 *  2 Spring AOP入门
 *   *  2.1 添加 Spring AOP 框架⽀持
     *  2.2 定义切面和切点
     *  2.3 定义相关通知
 *  3 Spring AOP实现原理
 *   *  3.1 何为动态代理？
     *  3.2 JDK 动态代理实现
     *  3.3 CGLIB 动态代理实现
     *  3.4 两种方式的区别
 *  写在最后

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# 1 初探Aop #

## 1.1 何为AOP？ ##

AOP (Aspect-Oriented Programming) 是一种编程范式，它提供一种将程序中的横切关注点模块化的方式。横切关注点可以是日志、事务、安全等，它们不属于业务逻辑，但是又必须要与业务逻辑紧密耦合在一起。在 AOP 中，我们将这些横切关注点称为“切面”，它们独立于业务逻辑模块，但是可以在程序运行的不同阶段被织入到业务逻辑中。使用 AOP 可以提高代码复用性、降低模块之间的耦合度、简化代码的维护性等。

## 1.2 AOP的组成 ##

AOP由切面、切点、连接点和通知组成。

### 1.2.1 切面(Aspect) ###

切面是包含了通知、切点和切面的类，相当于AOP实现的某个功能的集合。**通俗理解，在程序中就是一个处理某方面具体问题的一个类。里面包含了许多方法，这些方法就是切点和通知。**

### 1.2.2 连接点(Join Point) ###

应⽤执⾏过程中能够插⼊切⾯的⼀个点，这个点可以是⽅法调⽤时，抛出异常时，甚⾄修改字段时。**切⾯代码可以利⽤这些点插⼊到应⽤的正常流程之中，并添加新的⾏为。连接点可以理解为可能会触发AOP规则的所有点。** 狭义可以理解为需要进行功能增强的方法。

### 1.2.3 切点(Pointcut) ###

切点是连接点的集合。它定义了在哪些连接点上应用特定的通知。通过使用切点表达式，可以根据连接点的特征（例如方法签名或类名）选择特定的连接点。即，**切点是用来进行主动拦截的规则（配置）。**  
具体来说：Pointcut 的作⽤就是提供⼀组规则（使⽤ AspectJ pointcut expression language 来描述）来匹配 Join Point，给满⾜规则的 Join Point 添加 Advice。

### 1.2.4 通知(Advice) ###

在AOP术语中，**切面的工作被称之为通知。** 通知是切面在连接点上执行的动作。它定义了在何时（例如在方法调用之前或之后）以及如何（例如打印日志或进行性能监控）应用切面的行为。即，**程序中被拦截请求触发的具体动作。**

## 1.3 AOP的使用场景 ##

回顾下笔者之前的文章，基于Servlet实现的前后端分离的博客系统中，除了登录等⼏个功能不需要做⽤户登录验证之外，其他⼏乎所有⻚⾯调⽤的前端控制器（ Controller）都需要先验证⽤户登录的状态。然⽽，当系统的功能越来越多，则要写的登录验证也越来越多，一旦某些功能需要改动，这种处理方式由于耦合性很高，牵一发就会动全身。⽽这些⽅法⼜是相同的，**对于这种功能统⼀，且使⽤的地⽅较多的功能，就可以考虑 AOP来统⼀处理了。**  
例如，原本的博客系统在作者删除、发布、浏览博客前都需要进行登录状态的验证，如果用户未登录，则请求重定向到登录界面。使用AOP后，在用户调用Server服务之前，统一进行校验，验证通过则正常服务，否则，被“拦截”。  
![AOP登录拦截][AOP]  
除了统一登录判断外，使用AOP还可以实现：

*  统⼀⽇志记录
 *  统⼀⽅法执⾏时间统计
 *  统⼀的返回格式设置
 *  统⼀的异常处理
 *  事务的开启和提交等

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# 2 Spring AOP入门 #

以上，我们已经对AOP有了基本的了解。接下来，我们的目标是尝试使用Spring AOP来实现AOP的功能，完成的目标如下：

> 拦截所有StudentController里的方法，即每次调用StudentController中的任意方法的时候，执行相应的通知事件。

Spring AOP 的实现步骤如下：

1.  添加 Spring AOP 框架⽀持。
2.  定义切⾯和切点。  
    （1）创建切面类  
    （2）配置拦截规则
3.  定义通知。

## 2.1 添加 Spring AOP 框架⽀持 ##

首先，创建Spring Boot项目  
![Spring Boot项目][Spring Boot]  
在pom.xml中添加Spring AOP的依赖配置：

<dependency>
    	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
    	<artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
    </dependency>

## 2.2 定义切面和切点 ##

使用 `@Aspect` 注解表明当前类为一个切面，而在切点中，我们要定义拦截的规则，具体实现如下：

import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
    import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    @Aspect // 表明此类为一个切面
    @Component // 随着框架的启动而启动
    public class StudentAspect {
        
        // 定义切点, 这里使用 Aspect 表达式语法
        @Pointcut("execution(* com.hxh.demo.controller.StudentController.*(..))")
        public void pointcut(){
         }
    }

在上述实现代码中，pointcut 为一个空方法，只是起到一个“标识”的作用，即，标识下面的通知方法具体指的是哪个切点，切点可以有多个。

切点表达式由切点函数组成，其中 `execution()` 是最常⽤的切点函数，⽤来匹配⽅法，语法为：

> execution(<修饰符><返回类型><包.类.⽅法(参数)><异常>)  
> **修饰符和异常可以省略**

**\*常见的切点表达式的示例：**

*  **匹配特定类的所有方法：**  
    `execution(* com.example.MyClass.*(..))`：匹配 com.example.MyClass 类中的所有方法。
 *  **匹配特定包下的所有方法：**  
    `execution(* com.example.*.*(..))`：匹配 com.example 包及其子包下的所有方法。
 *  **匹配特定注解标注的方法：**  
    `execution(@com.example.MyAnnotation * *(..))`：匹配被 com.example.MyAnnotation 注解标注的所有方法。
 *  **匹配特定方法名的方法：**  
    `execution(* com.example.MyClass.myMethod(..))`：匹配 com.example.MyClass 类中名为 myMethod 的方法。
 *  **匹配特定方法参数类型的方法：**  
    `execution(* com.example.MyClass.myMethod(String, int))`：匹配 com.example.MyClass 类中具有一个 String 参数和一个 int 参数的 myMethod 方法。
 *  **匹配特定返回类型的方法：**  
    `execution(String com.example.MyClass.myMethod(..))`：匹配 com.example.MyClass 类中返回类型为 String 的 myMethod 方法。

**StudentController.java**

import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
    
    @RestController
    @RequestMapping("/student")
    public class StudentController {
        
    
        @RequestMapping("/hi")
        public String sayHi(String name) {
        
            System.out.println("执行了 sayHi 方法~");
            return "Hi," + name;
        }
    
        @RequestMapping("/hello")
        public String sayHello() {
        
            System.out.println("执行了 sayHello 方法~");
            return "Hello, hxh";
        }
    }

## 2.3 定义相关通知 ##

**通知定义的是被拦截方法具体要执行的业务。**  
Spring 切⾯类中，可以在⽅法上使⽤以下注解，会设置⽅法为通知⽅法，在满⾜条件后会通知本⽅法进⾏调⽤：

*  前置通知使⽤ `@Before`：通知⽅法会在⽬标⽅法调⽤之前执⾏。
 *  后置通知使⽤ `@After`：通知⽅法会在⽬标⽅法返回或者抛出异常后调⽤。
 *  返回之后通知使⽤ `@AfterReturning`：通知⽅法会在⽬标⽅法返回后调⽤。
 *  抛异常后通知使⽤ `@AfterThrowing`：通知⽅法会在⽬标⽅法抛出异常后调⽤。
 *  环绕通知使⽤ `@Around`：通知包裹了被通知的⽅法，在被通知的⽅法调用之前和调⽤之后执⾏⾃定义的⾏为。

**具体实现如下：**

**前置通知与后置通知**（异常通知和返回后通知仅仅是注解不同，方式一致，这里不再赘述~）

import org.aspectj.lang.annotation.After;
    import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
    import org.aspectj.lang.annotation.Before;
    import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    @Aspect // 表明此类为一个切面
    @Component // 随着框架的启动而启动
    public class StudentAspect {
        
        // 定义切点, 这里使用 Aspect 表达式语法
        @Pointcut("execution(* com.hxh.demo.controller.StudentController.*(..))")
        public void pointcut(){
         }
    
        // 前置通知
        @Before("pointcut()")
        public void beforeAdvice() {
        
            System.out.println("执行了前置通知~");
        }
    
        // 后置通知
        @After("pointcut()")
        public void afterAdvice() {
        
            System.out.println("执行了后置通知~");
        }
    }

![实现结果][96072b03ea9b409fa1ef9836bc6687a2.png]

**环绕通知的具体实现**  
环绕通知是有Object返回值的，需要把执行流程的结果返回给框架，框架拿到对象继续执行。

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
    import org.aspectj.lang.annotation.*;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    @Aspect // 表明此类为一个切面
    @Component // 随着框架的启动而启动
    public class StudentAspect {
        
        // 定义切点, 这里使用 Aspect 表达式语法
        @Pointcut("execution(* com.hxh.demo.controller.StudentController.*(..))")
        public void pointcut(){
         }
    
        // 环绕通知
        @Around("pointcut()")
        public Object aroundAdvice(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        
            System.out.println("进入环绕通知~");
            Object obj = null;
            // 执行目标方法
            try {
        
                obj = joinPoint.proceed();
            } catch (Throwable e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("退出环绕通知~");
            return obj;
        }
        
    }

![实现结果][157acdda98054ce8be21121d38d5eb0a.png]

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# 3 Spring AOP实现原理 #

Spring AOP 是通过动态代理的⽅式，在运⾏期将 AOP 代码织⼊到程序中的，它的实现⽅式有两种：`JDK Proxy` 和 `CGLIB`。因此，Spring 对 AOP 的支持局限于方法级别的拦截。

*  CGLIB是Java中的动态代理框架，主要作⽤就是根据⽬标类和⽅法，动态⽣成代理类。
 *  Java中的动态代理框架，⼏乎都是依赖字节码框架（如 ASM，Javassist 等）实现的。
 *  字节码框架是直接操作 class 字节码的框架。可以加载已有的class字节码⽂件信息，修改部分信息，或动态⽣成⼀个 class。

## 3.1 何为动态代理？ ##

动态代理（Dynamic Proxy）是一种设计模式，它允许 **在运行时创建代理对象，并将方法调用转发给实际的对象。** 动态代理可以用于实现横切关注点（如日志记录、性能监控、事务管理等）的功能，而无需修改原始对象的代码。  
在Java中，动态代理通常使用`java.lang.reflect.Proxy`类和`java.lang.reflect.InvocationHandler`接口来实现。

**以下是使用动态代理的一般步骤：**

1.  创建一个实现InvocationHandler接口的类，该类将作为代理对象的调用处理程序。在InvocationHandler接口的invoke方法中，可以定义在方法调用前后执行的逻辑。
2.  使用Proxy类的newProxyInstance方法创建代理对象。该方法接受三个参数：类加载器、代理接口数组和调用处理程序。它将返回一个实现指定接口的代理对象。
3.  使用代理对象调用方法。当调用代理对象的方法时，实际上会调用调用处理程序的invoke方法，并将方法调用转发给实际的对象。

![动态代理][cf1bb3e982ca4b8b97edb990c3471e3b.png]

## 3.2 JDK 动态代理实现 ##

先通过实现 InvocationHandler 接⼝创建⽅法调⽤处理器，再通过 Proxy 来创建代理类。

// 动态代理：使⽤JDK提供的api（InvocationHandler、Proxy实现），此种⽅式实现，要求被代理类必须实现接⼝
    public class PayServiceJDKInvocationHandler implements InvocationHandler {
        
    
        // ⽬标对象即就是被代理对象
        private Object target;
    
        public PayServiceJDKInvocationHandler(Object target) {
        
            this.target = target;
        }
    
        // proxy代理对象
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        
            // 1.安全检查
            System.out.println("安全检查");
            // 2.记录⽇志
            System.out.println("记录⽇志");
            // 3.时间统计开始
            System.out.println("记录开始时间");
            // 通过反射调⽤被代理类的⽅法
            Object retVal = method.invoke(target, args);
            //4.时间统计结束
            System.out.println("记录结束时间");
            return retVal;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            PayService target= new AliPayService();
            // ⽅法调⽤处理器
            InvocationHandler handler =
                    new PayServiceJDKInvocationHandler(target);
            // 创建⼀个代理类：通过被代理类、被代理实现的接⼝、⽅法调⽤处理器来创建
            PayService proxy = (PayService) Proxy.newProxyInstance(
                    target.getClass().getClassLoader(),
                    new Class[]{
        PayService.class},
                    handler
            );
            proxy.pay();
        }
    }

## 3.3 CGLIB 动态代理实现 ##

public class PayServiceCGLIBInterceptor implements MethodInterceptor {
        
        // 被代理对象
        private Object target;
    
        public PayServiceCGLIBInterceptor(Object target) {
        
            this.target = target;
        }
    
        @Override
        public Object intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        
            // 1.安全检查
            System.out.println("安全检查");
            // 2.记录⽇志
            System.out.println("记录⽇志");
            // 3.时间统计开始
            System.out.println("记录开始时间");
            // 通过cglib的代理⽅法调⽤
            Object retVal = methodProxy.invoke(target, args);
            // 4.时间统计结束
            System.out.println("记录结束时间");
            return retVal;
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            PayService target= new AliPayService();
            PayService proxy= (PayService) Enhancer.create(target.getClass(),new PayServiceCGLIBInterceptor(target));
            proxy.pay();
        }
    }

## 3.4 两种方式的区别 ##

*  **JDK 实现，要求被代理类必须实现接⼝，** 之后是通过 InvocationHandler 及 Proxy，在运⾏时动态的在内存中⽣成了代理类对象，该代理对象是通过实现同样的接⼝实现（类似静态代理接⼝实现的⽅式），只是该代理类是在运⾏期时，动态的织⼊统⼀的业务逻辑字节码来完成。
 *  **CGLIB 实现，被代理类可以不实现接⼝，** 是通过继承被代理类，在运⾏时动态的⽣成代理类对象。

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# 写在最后 #

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 以上便是本文的全部内容啦！创作不易，如果你有任何问题，欢迎私信，感谢您的支持！

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[AOP]: https://img-blog.csdnimg.cn/e560385ac3af4a5dbec07836bb23ab6d.png
[Spring Boot]: https://img-blog.csdnimg.cn/b0b4fd1291484668b0b5c31f4c611a64.png
[96072b03ea9b409fa1ef9836bc6687a2.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/96072b03ea9b409fa1ef9836bc6687a2.png
[157acdda98054ce8be21121d38d5eb0a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/157acdda98054ce8be21121d38d5eb0a.png
[cf1bb3e982ca4b8b97edb990c3471e3b.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cf1bb3e982ca4b8b97edb990c3471e3b.png
[JavaEE]: https://blog.csdn.net/m0_60353039/category_12174411.html
[7e0ff0501697426a84cd0a1f4eecfdc1.gif_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/7e0ff0501697426a84cd0a1f4eecfdc1.gif#pic_center