Dora.Interception: 一个为.NET Core度身定制的AOP框架

    

一、Dora， 为什么叫这个名字？

其实我最早的想法是创建一个IoC框架，并将它命名为Doraemon（哆啦A梦），因为我觉得一个理想的IoC Container就像是机器猫的二次元口袋一样能够提供给你期望的一切服务对象。后来觉得这名字太长，所以改名为Dora。虽然Dora这个名字听上去有点“娘”，并且失去了原本的意思，但是我很喜欢这个单词的一种释义——“上帝的礼物”之一。在接触了.NET Core的时候，我最先研究的就是它基于ServiceCollection和ServiceProvider的Dependency Injection框架，虽然这个框架比较轻量级，但是能够满足绝大部分项目的需求，所以我放弃了初衷。不过我依然保留了Dora这个开源项目名，并为此购买了一个域名（doranet.org），我希望将我多年的一些想法以一系列开源框架的形式实现出来，Dora.Interception就是Dora项目的第一个基于AOP的框架。

二、Dora.Interception的设计目标

我当初在设计Dora.Interception框架时给自己确定的几个目标：

• Dora.Interception一个基于运行时（Run Time），而不是针对编译时（Compile Time）的AOP框架。它通过在运行时动态创建代理对象（Proxy）来封装目标对象（Target），并自动注入应用的拦截器（Interceptor），而不是在编译时帮助你生成一个Proxy类型。

• Dora.Interception需要采用一种优雅的方式来定义和应用Interceptor。

• 能够与.NET Core的Dependency Injection框架无缝集成

• 能够整合其他AOP框架。实际上Dora.Interception并没有自行实现最底层的“拦截”机制，我使用的是Castle的DynamicProxy。如果有其他的选择，我们可以很容易地将它引入进来。

三、以怎样的方式使用Dora.Interception

Dora.Interception目前的版本为1.1.0，由如下两个NuGet包来承载，由于Dora.Interception.Castle依赖于Dora.Interception，所以安装后者即可。

• Dora.Interception: 提供基本的API

• Dora.Interception.Castle: 提供基于Castle（DynamicProxy）的拦截实现

四、如何定义一个Interceptor

接下来我们通过一个简单的实例来说明一下如何采用“优雅”的方式来定义一个Interceptor类型。我们即将定义的这个CacheInterceptor可以应用到某个具有返回值的方法上实现针对返回值的缓存。如果应用了这个Interceptor，它根据传入的参数对返回的值实施缓存。如果后续调用传入了相同的参数，并且之前的缓存尚未过期，缓存的结果将直接作为方法的返回值，从而避免了针对目标方法的重复调用。针对的缓存功能实现在如下这个CacheInterceptor类型中，可以看出针对的缓存是利用MemoryCache来完成的。

   1: public class CacheInterceptor

   2: {

   3:     private readonly InterceptDelegate _next;

   4:     private readonly IMemoryCache _cache;

   5:     private readonly MemoryCacheEntryOptions _options;

   6:

   7:     public CacheInterceptor(InterceptDelegate next, IMemoryCache cache, IOptions optionsAccessor)

   8:     {

   9:         _next = next;

  10:         _cache = cache;

  11:         _options = optionsAccessor.Value;

  12:     }

  13:

  14:     public async Task InvokeAsync(InvocationContext context)

  15:     {

  16:         if (!context.Method.GetParameters().All(it => it.IsIn))

  17:         {

  18:             await _next(context);

  19:         }

  20:

  21:         var key = new Cachekey(context.Method, context.Arguments);

  22:         if (_cache.TryGetValue(key, out object value))

  23:         {

  24:             context.ReturnValue = value;

  25:         }

  26:         else

  27:         {

  28:             await _next(context);

  29:             _cache.Set(key, context.ReturnValue, _options);

  30:         }

 31:     }
 32:     public class CacheKey {...}

  33: }

CacheInterceptor体现了一个典型的Interceptor的定义方式：

• Interceptor类型无需实现任何的接口，我们只需要定义一个普通的公共实例类型即可。

• Interceptor类型必须具有一个公共构造函数，并且该构造函数的第一个参数的类型必须是InterceptDelegate，后者代表的委托对象会帮助我们调用后一个Interceptor或者目标方法（如果当前Interceptor已经是最后一个了）。

• 上述这个构造函数可以包含任意的参数（比如CacheInterceptor构造函数中的cache和optionsAccessor）。这些参数可以直接利用.NET Core的Dependency Injection的方式进行注册，对于没有注册的参数需要在应用该Interceptor的时候显式提供。

• 拦截功能实现在约定的InvokeAsync的方法中，这是一个返回类型为Task的异步方法，它的第一个参数类型为InvocationContext，代表当前方法调用的上下文。我们可以利用这个上下文对象得到Proxy对象和目标对象，代表当前调用方法的MethodInfo对象，以及传入的输入参数等。除此之外，我们也可以利用这个上下文直接设置方法的返回值或者输出参数。

• 这个InvokeAsync方法可以包含任意后续参数，但是要求这些参数预先以Dependency Injection的形式进行注册。这也是我没有定义一个接口来表示Interceptor的原因，因为这样就不能将依赖的服务直接注入到InvokeAsync方法中了。

• 当前Interceptor是否调用后续的Interceptor或者目标方法，取决于你是否调用构造函数传入的这个InterceptDelegate委托对象。

由于依赖的服务对象（比如CacheInterceptor依赖IMemoryCache 和IOptions对象）可以直接注入到InvokeAsync方法中，所以上述这个CacheInterceptor也可以定义成如下的形式

   1: public class CacheInterceptor

   2: {

   3:     private readonly InterceptDelegate _next;

   4:     public CacheInterceptor(InterceptDelegate next)

   5:     {

   6:         _next = next;

   7:     }

   8:

   9:     public async Task InvokeAsync(InvocationContext context, IMemoryCache cache, IOptions optionsAccessor)

  10:     {

  11:         if (!context.Method.GetParameters().All(it => it.IsIn))

  12:         {

  13:             await _next(context);

  14:         }

  15:

  16:         var key = new Cachekey(context.Method, context.Arguments);

  17:         if (cache.TryGetValue(key, out object value))

  18:         {

  19:             context.ReturnValue = value;

  20:         }

  21:         else

  22:         {

  23:             await _next(context);

  24:             _cache.Set(key, context.ReturnValue, optionsAccessor.Value);

  25:         }

  26:     }

  27: }

五、定义InterceptorAttribute

我们采用Attribute的形式来将对应的Intercepor应用到某个类型或者方法上，每个具体的Interceptor类型都具有对应的Attribute。这样的Attribute直接继承基类InterceptorAttribute。如下这个CacheReturnValueAttribute就是上面这个CacheInterceptor对应的InterceptorAttribute。

   1: [AttributeUsage(AttributeTargets.Method)]

   2: public class CacheReturnValueAttribute : InterceptorAttribute

   3: {

   4:     public override void Use(IInterceptorChainBuilder builder)

   5:     {

   6:         builder.Use(this.Order);

   7:     }

   8: }

具体的InterceptorAttribute只需要重写Use方法将对应的Interceptor添加到Interceptor管道之中，这个功能可以直接调用作为参数的InterceptorChainBuilder对象的泛型方法Use来实现。对于这个泛型方法来说，泛型参数类型代表目标Interceptor的类型，而第一个参数表示注册的Interceptor在整个管道中的位置。如果创建目标Interceptor而调用的构造函数的参数尚未采用Dependency Injection的形式注册，我们需要在这个方法中提供。对于CacheInterceptor依赖的两个对象（IMemoryCache 和IOptions）都可以采用Dependency Injection的形式注入，所以我们在调用Use方法是并不需要提供这个两个参数。

假设我们定义一个ExceptionHandlingInterceptor来实施自动化异常处理，当我们在创建这个Interceptor的时候需要提供注册的异常处理类型的名称，那么我们需要采用如下的形式来定义对应的这个IntercecptorAttribute。如下面的代码片段所示，我们在调用Use方法的时候就需要显式指定这个策略名称。

   1: [AttributeUsage(AttributeTargets.Method|AttributeTargets.)]

   2: public class HandleExceptionAttribute : InterceptorAttribute

   3: {

   4:     public string ExceptionPolicy {get;}

   5:     public string HandleExceptionAttribute(string exceptionPolicy)

   6:     {

   7:         this.ExceptionPolicy = exceptionPolicy;

   8:     }

   9:     public override void Use(IInterceptorChainBuilder builder)

  10:     {

  11:         builder.Use(this.Order，this.ExceptionPolicy);

  12:     }

  13: }

 

有的时候，IntercecptorAttribute在注册对应Interceptor的时候需要使用到应用到当前方法或者类型上的其他Attribute。举个简单的例子，上述的这个HandleExceptionAttribute实际上是自动提供异常处理策略名称，假设异常处理系统自身使用另外一个独立的ExceptionPolicyAttribute采用如下的形式来提供这个策略。

   1: public class Foobar

   2: {

   3:    [ExceptionPolicy("DefaultPolicy")

   4:    public void Invoke()

   5:    {

   6:       ...

   7:    }

   8: }

 

这个问题很好解决，因为InterceptorAttribute自身提供了应用到目标方法或者类型上的所有Attribute，所以上述这个HandleExceptionAttribute可以采用如下的定义方式。

   1: [AttributeUsage(AttributeTargets.Method)]

   2: public class HandleExceptionAttribute : InterceptorAttribute

   3: {

   4:     public override void Use(IInterceptorChainBuilder builder)

   5:     {

   6:         ExceptionPolicyAttribute  attribute = this.Attributes.ofType().First();

   7:         builder.Use(this.Order, attribute.ExceptionPolicy);

   8:     }

   9: }

六、应用InterceptorAttribute

Interceptor通过对应的InterceptorAttribute被应用到某个方法或者类型上，我们在应用InterceptorAttribute可以利用其Order属性确定Interceptor的排列（执行）顺序。如下面的代码片段所示， HandleExceptionAttribute和CacheReturnValueAttribute分别被应用到Foobar类型和Invoke方法上，我要求ExceptionHandlingInterceptor能够处理CacheInterceptor抛出的异常， 那么前者必须由于后者执行，所以我通过Order属性控制了它们的执行顺序。值得一提的是，目前我们支持两个拦截机制，一种是基于接口，另一种是基于虚方法。如果采用基于接口的拦截机制，我要求InterceptorAttribute应用在实现类型或者其方法上，应用在接口和其方法上的InterceptorAttribute将无效。

   1: [HandleException("defaultPolicy", Order = 1)]

   2: public class Foobar: IFoobar

   3: {

   4:     [CacheReturnValue(this.Order = 2)]

   5:     public Data LoadData()

   6:     {

   7:         ...

   8:     }

   9: }

如果我们在类型上应用了某个InterceptorAttribute，但是对应的Interceptor却并不希望应用到某个方法中，我们可以利用NonInterceptableAttribute采用如下的形式将它们屏蔽，

   1: [CacheReturnValue]

   2: public class Foobar

   3: {

   4:     ...

   5:     [NonInterceptable(typeof(CacheReturnValueAttribute)]

   6:     public Data GetRealTypeData()

   7:     {...}

   8: }

七、以Dependency Injection的形式提供Proxy

我们知道应用在目标类型或者其方法上的Interceptor能够生效，要求方法调用针对的是封装目标对象的Proxy对象，换句话说我们希望提供的对象是一个Proxy而不是目标对象。除此之外，我们在上面的设计目标已经提到过，我们希望这个AOP框架能够与.NET Core的Dependency Injection框架进行无缝集成，所以现在的问题变成了：如何让Dependency Injection的ServiceProvider提供的是Proxy对象，而不是目标对象。我提供的两种方案来解决这个问题，接下来我们通过一个ASP.NET Core MVC应用来举例说明。

为了能够使用上面提供的CacheInterceptor并且能够以很直观的方式感受到缓存的存在，我定义了如下这个表示系统时钟的ISystemClock接口和具体实现类型SystemClock。从如下的代码片段可以看出，GetCurrentTime方法总是返回实时的时间，但是由于应用了CaheReturnValueAttribute，如果CacheInterceptor生效，返回的时间在缓存过期之前总是相同的。

   1: public interface ISystomClock

   2: {

   3:     DateTime GetCurrentTime();

   4: }

   5:

   6: public class SystomClock : ISystomClock

   7: {

   8:     [CacheReturnValue]

   9:     public DateTime GetCurrentTime()

  10:     {

  11:         return DateTime.UtcNow;

  12:     }

  13: }

我们在HomeController中以构造器注入的方式来使用ISystemClock。在默认情况下，如果我们注入的类型ISystemClock接口，那么毫无疑问，那么GetCurrentTime方法调用的就是SystemClock对象本身，所以根本不可能起到缓存的作用。所以我们将注入类型替换成IInterceptable，后者的Proxy属性将会返回我们希望的Proxy对象。

   1: public class HomeController : Controller

   2: {

   3:     private readonly ISystomClock _clock;

   4:     public HomeController(IInterceptable clockAccessor)

   5:     {

   6:         _clock = clockAccessor.Proxy;

   7:     }

   8:

   9:     [HttpGet("/")]

  10:     public async Task Index()

  11:     {

  12:         this.Response.ContentType = "text/html";

  13:         await this.Response.WriteAsync("
");

  14:         for (int i = 0; i < 5; i++)

  15:         {

  16:             await this.Response.WriteAsync($"
{_clock.GetCurrentTime()}({DateTime.UtcNow})
");

  17:             await Task.Delay(1000);

  18:         }

  19:         await this.Response.WriteAsync("");

  20:     }

  21: }

当然我们需要注册Dora.Interception一些必须的服务，这些服务采用如下的形式通过调用扩展方法AddInterception来实现。

   1: public class Startup

   2: {

   3:     public void ConfigureServices(IServiceCollection services)

   4:     {

   5:         services

   6:             .AddScoped()

   7:             .AddInterception(builder=>builder.SetDynamicProxyFactory())

   8:             .AddMvc();

   9:     }

  10:     public void Configure(IApplicationBuilder app)

  11:     {

  12:         app.UseMvc();

  13:     }

  14: }

虽然IInterceptable能够解决Proxy的提供问题，但是这种编程模式其实是很不好的。理想的编程模式应该是：依赖某个服务就注入对应的服务接口就可以。这个问题其实也好解决，我们首先将HomeController还原成典型的编程模式：

   1: public class HomeController : Controller

   2: {

   3:     private readonly ISystomClock _clock;

   4:     public HomeController(ISystomClock clock)

   5:     {

   6:         _clock = clock;

   7:     }

   8:

   9:     [HttpGet("/")]

  10:     public async Task Index()

  11:     {

  12:         this.Response.ContentType = "text/html";

  13:         await this.Response.WriteAsync("
");

  14:         for (int i = 0; i < 5; i++)

  15:         {

  16:             await this.Response.WriteAsync($"
{_clock.GetCurrentTime()}({DateTime.UtcNow})
");

  17:             await Task.Delay(1000);

  18:         }

  19:         await this.Response.WriteAsync("");

  20:     }

  21: }

接下来我们只需要修改Startup的ConfigureServices的两个地方同样达到相同的目的。如下面的代码片段所示，我们让ConfigureServices返回一个IServiceProvider对象，这个对象直接调用我们定义的扩展方法BuilderInterceptableServiceProvider来创建。

   1: public class Startup

   2: {

   3:     public IServiceProvider ConfigureServices(IServiceCollection services)

   4:     {

   5:         services

   6:             .AddScoped()

   7:             .AddMvc();

   8:         return services.BuilderInterceptableServiceProvider(builder => builder.SetDynamicProxyFactory());

   9:     }

  10:

  11:     public void Configure(IApplicationBuilder app)

  12:     {

  13:         app.UseMvc();

  14:     }

  15: }

对于上述的两种编程模式，运行程序后浏览器上都会呈现出相同的时间：