一、什么是 Spring AOP?
在介绍 Spring AOP 之前,首先要了解一下什么是 AOP ?
AOP ( Aspect Oriented Programming ):面向切面编程,它是一种思想, 它是对某一类事情的集中处 理 。比如用户登录权限的效验,没学 AOP 之前,我们所有需要判断用户登录的页面(中的方法),都要各自实现或调用用户验证的方法,然而有了 AOP 之后,我们只需要在某一处配置一下,所有需要判断用户登录页面(中的方法)就全部可以实现用户登录验证了,不再需要每个方法中都写相同的用户登录验证了。
而 AOP 是一种思想,而 Spring AOP 是一个框架,提供了一种对 AOP 思想的实现,它们的关系和 IoC与 DI 类似。
二、为什要用 AOP?
想象一个场景,我们在做后台系统时,除了登录和注册等几个功能不需要做用户登录验证之外,其他几乎所有页面调用的前端控制器( Controller )都需要先验证用户登录的状态,那这个时候我们要怎么处 理呢?
我们之前的处理方式是每个 Controller 都要写一遍用户登录验证,然而当你的功能越来越多,那么你要写的登录验证也越来越多,而这些方法又是相同的,这么多的方法就会代码修改和维护的成本。那有没有简单的处理方案呢?答案是有的,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 。
除了统一的用户登录判断之外, 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
也就是说 使用 AOP 可以扩充多个对象的某个能力 ,所以 AOP 可以说是 OOP ( Object Oriented
Programming ,面向对象编程)的补充和完善。
三、Spring AOP 应该怎么学习呢?
Spring AOP 学习主要分为以下 3 个部分:
1. 学习 AOP 是如何组成的?也就是学习 AOP 组成的相关概念。2. 学习 Spring AOP 使用。3. 学习 Spring AOP 实现原理。
下面我们分别来看。
3.1 AOP 组成
3.1.1 切面(Aspect)
切面( Aspect )由切点( Pointcut )和通知( Advice )组成,它既包含了横切逻辑的定义,也包括了连接点的定义。
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。
3.1.2 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。
连接点相当于需要被增强的某个 AOP 功能的所有方法。
3.1.3 切点(Pointcut)
Pointcut 是匹配 Join Point 的谓词。
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 。
切点相当于保存了众多连接点的一个集合(如果把切点看成一个表,而连接点就是表中一条一条的
数据)。
3.1.4 通知(Advice)
切面也是有目标的 —— 它必须完成的工作。在 AOP 术语中, 切面的工作被称之为通知 。
通知:定义了切面是什么,何时使用,其描述了切面要完成的工作,还解决何时执行这个工作的问题。
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,在被通知的方法通知之前和调用之后执行自定义的行为。
切点相当于要增强的方法。
AOP 整个组成部分的概念如下图所示,以多个页面都要访问用户登录权限为例:
3.2 Spring AOP 实现
接下来我们使用 Spring AOP 来实现一下 AOP 的功能,完成的目标是拦截所有 UserController 里面的方法,每次调用 UserController 中任意一个方法时,都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。3. 定义通知。
3.2.1 添加 AOP 框架支持
在 pom.xml 中添加如下配置:
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.springframework.boot/spring-bootstarter-aop -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>
3.2.2 定义切面和切点
切点指的是具体要处理的某一类问题,比如用户登录权限验证就是一个具体的问题,记录所有方法的执行日志就是一个具体的问题,切点定义的是某一类问题。
Spring AOP 切点的定义如下,在切点中我们要定义拦截的规则,具体实现如下:
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
public class UserAspect {
// 定义切点,这里使用 AspectJ 表达式语法
@Pointcut("execution(* com.example.demo.controller.UserController.*(..))")
public void pointcut(){ }
}
其中 pointcut 方法为空方法,它不需要有方法体,此方法名就是起到一个 “ 标识 ” 的作用,标识下面的通知方法具体指的是哪个切点(因为切点可能有很多个)。
切点表达式说明
AspectJ 支持三种通配符:
- * :匹配任意字符,只匹配一个元素(包,类,或方法,方法参数)。
- * .. :匹配任意字符,可以匹配多个元素 ,在表示类时,必须和 * 联合使用。
- + :表示按照类型匹配指定类的所有类,必须跟在类名后面,如 com.cad.Car+ ,表示继承该类的所有子类包括本身。
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。
表达式示例
3.2.3 定义相关通知
通知定义的是被拦截的方法具体要执行的业务,比如用户登录权限验证方法就是具体要执行的业务。
Spring AOP 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,在被通知的方法通知之前和调用之后执行自
- 定义的行为。
具体实现如下:
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class UserAspect {
// 定义切点方法
@Pointcut("execution(* com.example.demo.controller.UserController.*(..))")
public void pointcut(){ }
// 前置通知
@Before("pointcut()")
public void doBefore(){
System.out.println("执行 Before 方法");
}
// 后置通知
@After("pointcut()")
public void doAfter(){
System.out.println("执行 After 方法");
}
// return 之前通知
@AfterReturning("pointcut()")
public void doAfterReturning(){
System.out.println("执行 AfterReturning 方法");
}
// 抛出异常之前通知
@AfterThrowing("pointcut()")
public void doAfterThrowing(){
System.out.println("执行 doAfterThrowing 方法");
}
// 添加环绕通知
@Around("pointcut()")
public Object doAround(ProceedingJoinPoint joinPoint){
Object obj = null;
System.out.println("Around 方法开始执行");
try {
// 执行拦截方法
obj = joinPoint.proceed();
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
System.out.println("Around 方法结束执行");
return obj;
}
}
经过以上的代码我们就能实现 Spring AOP 了。
3.3 Spring AOP 实现原理
Spring AOP 是构建在 动态代理 基础上,因此 Spring 对 AOP 的支持局限于方法级别的拦截 。
Spring AOP 支持 JDK Proxy 和 CGLIB 方式实现动态代理。默认情况下,实现了接口的类,使用 AOP 会基于 JDK 生成代理类,没有实现接口的类,会基于 CGLIB 生成代理类。
织入(Weaving):代理的生成时机
织入是把切面应用到目标对象并创建新的代理对象的过程,切面在指定的连接点被织入到目标对象中。在目标对象的生命周期里有多个点可以进行织入:
- 编译期:切面在目标类编译时被织入。这种方式需要特殊的编译器。AspectJ的织入编译器就是以这种方式织入切面的。
- 类加载器:切面在目标类加载到JVM时被织入。这种方式需要特殊的类加载器(ClassLoader),它可以在目标类被引入应用之前增强该目标类的字节码。AspectJ5的加载时织入(load-time weaving. LTW)就支持以这种方式织入切面。
- 运行期:切面在应用运行的某一时刻被织入。一般情况下,在织入切面时,AOP容器会为目标对象动态创建一个代理对象。SpringAOP就是以这种方式织入切面的。
动态代理
此种实现在设计模式上称为动态代理模式,在实现的技术手段上,都是在 class 代码运行期,动态的织 入字节码。
我们学习 Spring 框架中的AOP,主要基于两种方式:JDK 及 CGLIB 的方式。这两种方式的代理目标都是被代理类中的方法,在运行期,动态的织入字节码生成代理类。
- 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。
JDK 动态代理实现
JDK 实现时,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。
以下为代码实现:
import org.example.demo.service.AliPayService;
import org.example.demo.service.PayService;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
//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();
}
}
CGLIB 动态代理实现
import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
import org.example.demo.service.AliPayService;
import org.example.demo.service.PayService;
import java.lang.reflect.Method;
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();
}
}
JDK 和 CGLIB 的区别
1. 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。
2. 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。
总结
AOP 是对某方面能力的统一实现,它是一种实现思想, Spring AOP 是对 AOP 的具体实现, Spring AOP 可通过 AspectJ (注解)的方式来实现 AOP 的功能, Spring AOP 的实现步骤是:
1. 添加 AOP 框架支持。2. 定义切面和切点。3. 定义通知。
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 。