[AOP] 2. AOP的两种实现-Spring AOP以及AspectJ

在接触Spring以及种类繁多的Java框架时，很多开发人员(至少包括我)都会觉得注解是个很奇妙的存在，为什么加上了@Transactional之后，方法会在一个事务的上下文中被执行呢？为什么加上了@Cacheable之后，方法的返回值会被记录到缓存中，从而让下次的重复调用能够直接利用缓存的结果呢？

随着对AOP的逐渐应用和了解，才明白注解只是一个表象，在幕后Spring AOP/AspectJ做了大量的工作才得以实现这些神奇的功能。

那么，本文就来聊一聊Spring AOP和AspectJ的那些事，它们究竟有什么魔力才让这一切成为现实。

Spring AOP

基于代理(Proxy)的AOP实现

首先，这是一种基于代理(Proxy)的实现方式。下面这张图很好地表达了这层关系：

这张图反映了参与到AOP过程中的几个关键组件(以@Before Advice为例)：

1. 调用者Beans - 即调用发起者，它只知道目标方法所在Bean，并不清楚代理以及Advice的存在
2. 目标方法所在Bean - 被调用的目标方法
3. 生成的代理 - 由Spring AOP为目标方法所在Bean生成的一个代理对象
4. Advice - 切面的执行逻辑

它们之间的调用先后次序反映在上图的序号中：

1. 调用者Bean尝试调用目标方法，但是被生成的代理截了胡
2. 代理根据Advice的种类(本例中是@Before Advice)，对Advice首先进行调用
3. 代理调用目标方法
4. 返回调用结果给调用者Bean(由代理返回，没有体现在图中)

为了理解清楚这张图的意思和代理在中间扮演的角色，不妨看看下面的代码：

@Component
public class SampleBean {

  public void advicedMethod() {

  }

  public void invokeAdvicedMethod() {
    advicedMethod();
  }

}

@Aspect
@Component
public class SampleAspect {

  @Before("execution(void advicedMethod())")
  public void logException() {
    System.out.println("Aspect被调用了");
  }

}

sampleBean.invokeAdvicedMethod(); // 会打印出 "Aspect被调用了" 吗？

SampleBean扮演的就是目标方法所在Bean的角色，而SampleAspect扮演的则是Advice的角色。很显然，被AOP修饰过的方法是advicedMethod()，而非invokeAdvicedMethod()。然而，invokeAdvicedMethod()方法在内部调用了advicedMethod()。那么会打印出来Advice中的输出吗？

答案是不会。

如果想不通为什么会这样，不妨再去仔细看看上面的示意图。

这是在使用Spring AOP的时候可能会遇到的一个问题。类似这种间接调用不会触发Advice的原因在于调用发生在目标方法所在Bean的内部，和外面的代理对象可是没有半毛钱的关系哦。我们可以把这个代理想象成一个中介，只有它知道Advice的存在，调用者Bean和目标方法所在Bean知道彼此的存在，但是对于代理或者是Advice却是一无所知的。因此，没有通过代理的调用是绝无可能触发Advice的逻辑的。如下图所示：

Spring AOP的两种实现方式

Spring AOP有两种实现方式：

• 基于接口的动态代理(Dynamic Proxy)
• 基于子类化的CGLIB代理

我们在使用Spring AOP的时候，一般是不需要选择具体的实现方式的。Spring AOP能根据上下文环境帮助我们选择一种合适的。那么是不是每次都能够这么”智能”地选择出来呢？也不尽然，下面的例子就反映了这个问题：

@Component
public class SampleBean implements SampleInterface {

  public void advicedMethod() {

  }

  public void invokeAdvicedMethod() {
    advicedMethod();
  }

}

public interface SampleInterface {}

在上述代码中，我们为原来的Bean实现了一个新的接口SampleInterface，这个接口中并没有定义任何方法。这个时候，再次运行相关测试代码的时候就会出现异常(摘录了部分异常信息)：

org.springframework.beans.factory.BeanCreationException: 
Error creating bean with name 'com.destiny1020.SampleBeanTest': 
Injection of autowired dependencies failedCaused by: 
org.springframework.beans.factory.NoSuchBeanDefinitionException: 
No qualifying bean of type [com.destiny1020.SampleBean] found for dependency: 
expected at least 1 bean which qualifies as autowire candidate for this dependency. 

也就是说在Test类中对于Bean的Autowiring失败了，原因是创建SampleBeanTest Bean的时候发生了异常。那么为什么会出现创建Bean的异常呢？从异常信息来看并不明显，实际上这个问题的根源在于Spring AOP在创建代理的时候出现了问题。

这个问题的根源可以在这里得到一些线索：

Spring AOP Reference - AOP Proxies

文档中是这样描述的(每段后加上了翻译)：

Spring AOP defaults to using standard JDK dynamic proxies for AOP proxies. This enables any interface (or set of interfaces) to be proxied.

Spring AOP默认使用标准的JDK动态代理来实现AOP代理。这能使任何借口(或者一组接口)被代理。

Spring AOP can also use CGLIB proxies. This is necessary to proxy classes rather than interfaces. CGLIB is used by default if a business object does not implement an interface. As it is good practice to program to interfaces rather than classes; business classes normally will implement one or more business interfaces. It is possible to force the use of CGLIB, in those (hopefully rare) cases where you need to advise a method that is not declared on an interface, or where you need to pass a proxied object to a method as a concrete type.

Spring AOP也使用CGLIB代理。对于代理classes而非接口这是必要的。如果一个业务对象没有实现任何接口，那么默认会使用CGLIB。由于面向接口而非面向classes编程是一个良好的实践；业务对象通常都会实现一个或者多个业务接口。强制使用CGLIB也是可能的(希望这种情况很少)，此时你需要advise的方法没有被定义在接口中，或者你需要向方法中传入一个具体的对象作为代理对象。

因此，上面异常的原因在于：

强制使用CGLIB也是可能的(希望这种情况很少)，此时你需要advise的方法没有被定义在接口中。

我们需要advise的方法是SampleBean中的advicedMethod方法。而在添加接口后，这个方法并没有被定义在该接口中。所以正如文档所言，我们需要强制使用CGLIB来避免这个问题。

强制使用CGLIB很简单：

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)
@ComponentScan(basePackages = "com.destiny1020")
public class CommonConfiguration {}

向@EnableAspectJAutoProxy注解中添加属性proxyTargetClass = true即可。
CGLIB实现AOP代理的原理是通过动态地创建一个目标Bean的子类来实现的，该子类的实例就是AOP代理，它建立起了目标Bean到Advice的联系。

当然还有另外一种解决方案，那就是将方法定义声明在新创建的接口中并且去掉之前添加的proxyTargetClass = true：

@Component
public class SampleBean implements SampleInterface {

  @Override
  public void advicedMethod() {

  }

  @Override
  public void invokeAdvicedMethod() {
    advicedMethod();
  }

}

public interface SampleInterface {

  void invokeAdvicedMethod();

  void advicedMethod();

}

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy
@ComponentScan(basePackages = "com.destiny1020")
public class CommonConfiguration {}

这样就让业务对象实现了一个接口，从而能够使用基于标准JDK的动态代理来完成Spring AOP代理对象的创建。

从Debug Stacktrace的角度也可以看出这两种AOP实现方式上的区别：

• JDK动态代理

• CGLIB

关于动态代理和CGLIB这两种方式的简要总结如下：

• JDK动态代理(Dynamic Proxy)

  • 基于标准JDK的动态代理功能
  • 只针对实现了接口的业务对象

• CGLIB

  • 通过动态地对目标对象进行子类化来实现AOP代理，上面截图中的SampleBean$$EnhancerByCGLIB$$1767dd4b即为动态创建的一个子类
  • 需要指定@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)来强制使用
  • 当业务对象没有实现任何接口的时候默认会选择CGLIB

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AspectJ

AspectJ是Eclipse旗下的一个项目。至于它和Spring AOP的关系，不妨可将Spring AOP看成是Spring这个庞大的集成框架为了集成AspectJ而出现的一个模块。

毕竟很多地方都是直接用到AspectJ里面的代码。典型的比如@Aspect，@Around，@Pointcut注解等等。而且从相关概念以及语法结构上而言，两者其实非常非常相似。比如Pointcut的表达式语法以及Advice的种类，都是一样一样的。

那么，它们的区别在哪里呢？

最大的区别在于两者实现AOP的底层原理不太一样：

• Spring AOP: 基于代理(Proxying)
• AspectJ: 基于字节码操作(Bytecode Manipulation)

用一张图来表示AspectJ使用的字节码操作，就一目了然了：

通过编织阶段(Weaving Phase)，对目标Java类型的字节码进行操作，将需要的Advice逻辑给编织进去，形成新的字节码。毕竟JVM执行的都是Java源代码编译后得到的字节码，所以AspectJ相当于在这个过程中做了一点手脚，让Advice能够参与进来。

而编织阶段可以有两个选择，分别是加载时编织(也可以成为运行时编织)和编译时编织：

加载时编织(Load-Time Weaving)

顾名思义，这种编织方式是在JVM加载类的时候完成的。

使用它需要进行相关的配置，举例如下：

在类路径的META-INF目录下创建一个文件名为aop.xml:

<aspectj>
  <weaver>
    <include within="com.destiny1020..*" />
  weaver>
  <aspects>
    <aspect name="com.destiny1020.SampleAspect" />
  aspects>
aspectj>

然后添加启动参数，直接使用AspectJ提供的或者使用Spring提供的工具：

# AspectJ
-javaagent:path_to/aspectjweaver-{version}.jar

# Spring
-javaagent:path_to/org.springframework.instrument-{version}.jar

当使用Spring提供的工具时，还需要进行一些配置，以JavaConfig为例：

@Configuration
@EnableLoadTimeWeaving
@ComponentScan(basePackages = "com.destiny1020")
public class CommonConfiguration {}

重点就是上述的@EnableLoadTimeWeaving。

编译时编织(Compile-Time Weaving)

需要使用AspectJ的编译器来替换JDK的编译器。可以借助Maven AspectJ来实现，下面是一例：

<plugin>
    <groupId>org.codehaus.mojogroupId>
    <artifactId>aspectj-maven-pluginartifactId>
    <version>1.4version>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.aspectjgroupId>
            <artifactId>aspectjrtartifactId>
            <version>${aspectj.version}version>
        dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.aspectjgroupId>
            <artifactId>aspectjtoolsartifactId>
            <version>${aspectj.version}version>
        dependency>
    dependencies>
    <executions>
        <execution>
            <phase>process-sourcesphase>
            <goals>
                <goal>compilegoal>
                <goal>test-compilegoal>
            goals>
        execution>
    executions>
    <configuration>
        <outxml>trueoutxml>
        <source>${java.version}source>
        <target>${java.version}target>
    configuration>
plugin>

然后直接通过mvn test进行测试：

自定义的编译错误/警告

举个例子，有两个Service1和Service2分别位于两个包Package1和Package2下，只能在Package2中调用来自本包内部的方法，在Service1中调用Service2中提供的方法会导致编译错误(能够用访问控制符解决的问题强行用这种方式来解决，当然只是为了说明问题：）)：

@Aspect
public class EmitCompilationErrorAspect {

  @DeclareError("call (* com.destiny1020.biz.package2..*.*(..))"
      + "&& !within(com.destiny1020.biz.package2..*)")
  public static final String notInBizPackage2 = "只能在Package2中调用来自Package2的方法";

}

package com.destiny1020.biz.package1;

import com.destiny1020.biz.package2.ServiceInPackage2;

public class ServiceInPackage1 {

  ServiceInPackage2 service2 = new ServiceInPackage2();

  public void invokeMethodInPackage2() {
    service2.doBizInPackage2();  // 这里理应会出现编译错误
  }

}

实际情况也正式如此：

在声明编译错误Pointcut的时候，出现了两个新概念：

• call
• within

这两个新出现的Pointcut原语只能在使用AspectJ作为AOP实现的时候才可用。它们表达的是什么意思呢：

• call：针对所有的调用者(caller)，即哪里调用了Pointcut表达式匹配的方法，在该方法被执行之前就会被匹配到；而我们经常使用的execution则是针对所有的被调用方法，而不会care是谁调用的该方法
• within：这个很好理解，它的Pointcut表达式是一个用来匹配完整限定类名的表达式，比如上例中的!within(com.destiny1020.biz.package2..*)意味不在包com.destiny1020.biz.package2中的类。

在使用AspectJ的编译时编织功能时，由于使用了AspectJ Compiler来完成代码的编译，因此可以根据编码规范添加相应的编译错误/警告，来进一步地让代码更加规范。这个特性对于辅助实现大型项目的编码规范还是很有益处的。

哪种方式更好

先下结论：It Depends.

得根据具体需求，不过我个人认为在对AOP的需求不那么深入和迫切的时候，使用Spring AOP足矣。

毕竟Spring作为一个以集成起家的框架，在设计Spring AOP的时候也是为了减轻开发人员负担而做了不少努力的。它提供的开箱即用(Out-of-the-box)的众多AOP功能让很多开发人员甚至都不知道什么是AOP，就算知道了AOP是Spring的一大基石或者@Transactional和@Cacheable等等常用注解是借助了AOP的力量，但是再深入恐怕就有点勉为其难了。这是优点也是缺点，当需要对AOP的实现做出精细化调整的时候，就会有力不从心的感觉。

这个时候，就可以考虑使用AspectJ。AspectJ的功能更加全面和强大。支持全部的Pointcut类型。

这里进行了一个简单的比较，摘录并简单翻译(括号内是我添加的补充)如下：

Spring-AOP Pros

• 比AspectJ更简单，不需要使用Load-Time Weaving以及AspectJ编译器(为了Compile-Time Weaving)
• 当使用@Aspect注解时可以很方便的迁移到AspectJ AOP实现
• 使用代理模式和装饰模式

Spring-AOP Cons

• 由于是基于代理的AOP，所以基本上只能选择方法execution这一个Pointcut原语
• 在类本身中调用另一个方法的时候Aspects不会生效
• 有一点运行时的额外开销
• 无法为不是从Spring Factory中创建的对象添加Aspect(只对Spring Bean有效)

---

AspectJ Pros

• 支持所有的Pointcut原语，这意味着你可以做任何事情
• 运行时开销比Spring AOP少
• 能够添加各种编译错误来保障代码质量(这一条是我自己添加的)

AspectJ Cons

• 当心。检查是否发生了意料之外的Weaving操作
• 使用Compile-Time Weaving时需要额外的构建步骤(使用AspectJ Compiler)，在使用Load-Time Weaving时需要一些配置(-javaassist)

参考资料

Spring AOP Reference

AspectJ Quick Reference