用听两首歌的时间掌握Spring AOP——Spring 中面向切面编程
一、AOP——另一种编程思想
1.1 什么是 AOP
AOP （Aspect Orient Programming）,直译过来就是 面向切面编程。AOP 是一种编程思想，是面向对象编程（OOP）的一种补充。面向对象编程将程序抽象成各个层次的对象，而面向切面编程是将程序抽象成各个切面。
从《Spring实战（第4版）》图书中扒了一张图：
从该图可以很形象地看出，所谓切面，相当于应用对象间的横切点，我们可以将其单独抽象为单独的模块。
1.2 为什么需要 AOP
想象下面的场景，开发中在多个模块间有某段重复的代码，我们通常是怎么处理的？显然，没有人会靠“复制粘贴”吧。在传统的面向过程编程中，我们也会将这段代码，抽象成一个方法，然后在需要的地方分别调用这个方法，这样当这段代码需要修改时，我们只需要改变这个方法就可以了。然而需求总是变化的，有一天，新增了一个需求，需要再多出做修改，我们需要再抽象出一个方法，然后再在需要的地方分别调用这个方法，又或者我们不需要这个方法了，我们还是得删除掉每一处调用该方法的地方。实际上涉及到多个地方具有相同的修改的问题我们都可以通过 AOP 来解决。
1.3 AOP 实现分类
AOP 要达到的效果是，保证开发者不修改源代码的前提下，去为系统中的业务组件添加某种通用功能。AOP 的本质是由 AOP 框架修改业务组件的多个方法的源代码，看到这其实应该明白了，AOP 其实就是前面一篇文章讲的代理模式的典型应用。
按照 AOP 框架修改源代码的时机，可以将其分为两类：
- 静态 AOP 实现， AOP 框架在编译阶段对程序源代码进行修改，生成了静态的 AOP 代理类（生成的 *.class 文件已经被改掉了，需要使用特定的编译器），比如 AspectJ。
- 动态 AOP 实现， AOP 框架在运行阶段对动态生成代理对象（在内存中以 JDK 动态代理，或 CGlib 动态地生成 AOP 代理类），如 SpringAOP。
下面给出常用 AOP 实现比较
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二、AOP 术语
AOP 领域中的特性术语：
- 通知（Advice）: AOP 框架中的增强处理。通知描述了切面何时执行以及如何执行增强处理。
- 连接点（join point）: 连接点表示应用执行过程中能够插入切面的一个点，这个点可以是方法的调用、异常的抛出。在 Spring AOP 中，连接点总是方法的调用。
- 切点（PointCut）: 可以插入增强处理的连接点。
- 切面（Aspect）: 切面是通知和切点的结合。
- 引入（Introduction）：引入允许我们向现有的类添加新的方法或者属性。
- 织入（Weaving）: 将增强处理添加到目标对象中，并创建一个被增强的对象，这个过程就是织入。
概念看起来总是有点懵，并且上述术语，不同的参考书籍上翻译还不一样，所以需要慢慢在应用中理解。
三、初步认识 Spring AOP
3.1 Spring AOP 的特点
AOP 框架有很多种，1.3节中介绍了 AOP 框架的实现方式有可能不同， Spring 中的 AOP 是通过动态代理实现的。不同的 AOP 框架支持的连接点也有所区别，例如，AspectJ 和 JBoss,除了支持方法切点，它们还支持字段和构造器的连接点。而 Spring AOP 不能拦截对对象字段的修改，也不支持构造器连接点,我们无法在 Bean 创建时应用通知。
3.2 Spring AOP 的简单例子
下面先上代码，对着代码说比较好说，看下面这个例子：
这个例子是基于gradle创建的，首先 build.gradle 文件添加依赖：
dependencies {
compile 'org.springframework:spring-context:5.0.6.RELEASE'
}
首先创建一个接口 IBuy.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
public interface IBuy {
String buy();
}
Boy 和 Gril 两个类分别实现了这个接口：
Boy.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Boy implements IBuy {
@Override
public String buy() {
System.out.println("男孩买了一个游戏机");
return "游戏机";
}
}
Girl.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Girl implements IBuy {
@Override
public String buy() {
System.out.println("女孩买了一件漂亮的衣服");
return "衣服";
}
}
配置文件, AppConfig.java
package com.sharpcj.aopdemo;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan(basePackageClasses = {com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.class})
public class AppConfig {
}
测试类， AppTest.java
package com.sharpcj.aopdemo;
import com.sharpcj.aopdemo.test1.Boy;
import com.sharpcj.aopdemo.test1.Girl;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class AppTest {
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
Boy boy = context.getBean("boy",Boy.class);
Girl girl = (Girl) context.getBean("girl");
boy.buy();
girl.buy();
}
}
运行结果：
这里运用SpringIOC里的自动部署。现在需求改变了，我们需要在男孩和女孩的 buy 方法之前，需要打印出“男孩女孩都买了自己喜欢的东西”。用 Spring AOP 来实现这个需求只需下面几个步骤：
1、 既然用到 Spring AOP, 首先在 build.gralde 文件中引入相关依赖：
dependencies {
compile 'org.springframework:spring-context:5.0.6.RELEASE'
compile 'org.springframework:spring-aspects:5.0.6.RELEASE'
}
2、 定义一个切面类，BuyAspectJ.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class BuyAspectJ {
@Before("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void haha(){
System.out.println("男孩女孩都买自己喜欢的东西");
}
}
这个类，我们使用了注解 @Component 表明它将作为一个Spring Bean 被装配，使用注解 @Aspect 表示它是一个切面。
类中只有一个方法 haha 我们使用 @Before 这个注解，表示他将在方法执行之前执行。关于这个注解后文再作解释。
参数("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))") 声明了切点，表明在该切面的切点是com.sharpcj.aopdemo.test1.Ibuy这个接口中的buy方法。至于为什么这么写，下文再解释。
3、 在配置文件中启用AOP切面功能
package com.sharpcj.aopdemo;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.EnableAspectJAutoProxy;
@Configuration
@ComponentScan(basePackageClasses = {com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.class})
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)
public class AppConfig {
}
我们在配置文件类增加了@EnableAspectJAutoProxy注解，启用了 AOP 功能，参数proxyTargetClass的值设为了 true 。默认值是 false，两者的区别下文再解释。
OK，下面只需测试代码,运行结果如下：
我们看到，结果与我们需求一致，我们并没有修改 Boy 和 Girl 类的 Buy 方法，也没有修改测试类的代码，几乎是完全无侵入式地实现了需求。这就是 AOP 的“神奇”之处。
四、通过注解配置 Spring AOP
4.1 通过注解声明切点指示器
Spring AOP 所支持的 AspectJ 切点指示器
在spring中尝试使用AspectJ其他指示器时，将会抛出IllegalArgumentException异常。
当我们查看上面展示的这些spring支持的指示器时，注意只有execution指示器是唯一的执行匹配，而其他的指示器都是用于限制匹配的。这说明execution指示器是我们在编写切点定义时最主要使用的指示器，在此基础上，我们使用其他指示器来限制所匹配的切点。
下图的切点表达式表示当Instrument的play方法执行时会触发通知。
我们使用execution指示器选择Instrument的play方法，方法表达式以 * 号开始，标识我们不关心方法的返回值类型。然后我们指定了全限定类名和方法名。对于方法参数列表，我们使用 .. 标识切点选择任意的play方法，无论该方法的入参是什么。
多个匹配之间我们可以使用链接符 &&、||、！来表示 “且”、“或”、“非”的关系。但是在使用 XML 文件配置时，这些符号有特殊的含义，所以我们使用 “and”、“or”、“not”来表示。
举例：
限定该切点仅匹配的包是 com.sharpcj.aopdemo.test1,可以使用
execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..)) && within(com.sharpcj.aopdemo.test1.*)
在切点中选择 bean,可以使用
execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..)) && bean(girl)
修改 BuyAspectJ.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class BuyAspectJ {
@Before("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..)) && within(com.sharpcj.aopdemo.test1.*) && bean(girl)")
public void hehe(){
System.out.println("男孩女孩都买自己喜欢的东西");
}
}
此时，切面只会对 Girl.java 这个类生效，执行结果：
细心的你，可能发现了，切面中的方法名，已经被我悄悄地从haha改成了hehe，丝毫没有影响结果，说明方法名没有影响。和 Spring IOC 中用 java 配置文件装配 Bean 时，用@Bean 注解修饰的方法名一样，没有影响。
4.2 通过注解声明 5 种通知类型
Spring AOP 中有 5 中通知类型，分别如下：
下面修改切面类：
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class BuyAspectJ {
@Before("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void hehe() {
System.out.println("before ...");
}
@After("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void haha() {
System.out.println("After ...");
}
@AfterReturning("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void xixi() {
System.out.println("AfterReturning ...");
}
@Around("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void xxx(ProceedingJoinPoint pj) {
try {
System.out.println("Around aaa ...");
pj.proceed();
System.out.println("Around bbb ...");
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
}
}
为了方便看效果,我们测试类中，只要 Boy 类:
package com.sharpcj.aopdemo;
import com.sharpcj.aopdemo.test1.Boy;
import com.sharpcj.aopdemo.test1.Girl;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class AppTest {
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
Boy boy = context.getBean("boy",Boy.class);
Girl girl = (Girl) context.getBean("girl");
boy.buy();
// girl.buy();
}
}
执行结果如下：
结果显而易见。指的注意的是 @Around 修饰的环绕通知类型，是将整个目标方法封装起来了，在使用时，我们传入了 ProceedingJoinPoint 类型的参数，这个对象是必须要有的，并且需要调用 ProceedingJoinPoint 的 proceed() 方法。 如果没有调用 该方法，执行结果为 ：
Around aaa ...
Around bbb ...
After ...
AfterReturning ...
可见，如果不调用该对象的 proceed() 方法，表示原目标方法被阻塞调用，当然也有可能你的实际需求就是这样。
4.3 通过注解声明切点表达式
如你看到的，上面我们写的多个通知使用了相同的切点表达式，对于像这样频繁出现的相同的表达式，我们可以使用 @Pointcut注解声明切点表达式，然后使用表达式，修改代码如下：
BuyAspectJ.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class BuyAspectJ {
@Pointcut("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void point(){}
@Before("point()")
public void hehe() {
System.out.println("before ...");
}
@After("point()")
public void haha() {
System.out.println("After ...");
}
@AfterReturning("point()")
public void xixi() {
System.out.println("AfterReturning ...");
}
@Around("point()")
public void xxx(ProceedingJoinPoint pj) {
try {
System.out.println("Around aaa ...");
pj.proceed();
System.out.println("Around bbb ...");
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
}
}
程序运行结果没有变化。
这里，我们使用
@Pointcut("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void point(){}
声明了一个切点表达式，该方法 point 的内容并不重要，方法名也不重要，实际上它只是作为一个标识，供通知使用。
4.4 通过注解处理通知中的参数
上面的例子，我们要进行增强处理的目标方法没有参数，下面我们来说说有参数的情况，并且在增强处理中使用该参数。
下面我们给接口增加一个参数，表示购买所花的金钱。通过AOP 增强处理，如果女孩买衣服超过了 68 元，就可以赠送一双袜子。
更改代码如下：
IBuy.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
public interface IBuy {
String buy(double price);
}
Girl.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Girl implements IBuy {
@Override
public String buy(double price) {
System.out.println(String.format("女孩花了%s元买了一件漂亮的衣服", price));
return "衣服";
}
}
Boy.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Boy implements IBuy {
@Override
public String buy(double price) {
System.out.println(String.format("男孩花了%s元买了一个游戏机", price));
return "游戏机";
}
}
再看 BuyAspectJ 类，我们将之前的通知都注释掉。用一个环绕通知来实现这个功能：
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class BuyAspectJ {
/*
@Pointcut("execution(* com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(..))")
public void point(){}
@Before("point()")
public void hehe() {
System.out.println("before ...");
}
@After("point()")
public void haha() {
System.out.println("After ...");
}
@AfterReturning("point()")
public void xixi() {
System.out.println("AfterReturning ...");
}
@Around("point()")
public void xxx(ProceedingJoinPoint pj) {
try {
System.out.println("Around aaa ...");
pj.proceed();
System.out.println("Around bbb ...");
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
}
*/
@Pointcut("execution(String com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.buy(double)) && args(price) && bean(girl)")
public void gif(double price) {
}
@Around("gif(price)")
public String hehe(ProceedingJoinPoint pj, double price){
try {
pj.proceed();
if (price > 68) {
System.out.println("女孩买衣服超过了68元，赠送一双袜子");
return "衣服和袜子";
}
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
return "衣服";
}
}
前文提到，当不关心方法返回值的时候，我们在编写切点指示器的时候使用了 * ， 当不关心方法参数的时候，我们使用了 ..。现在如果我们需要传入参数，并且有返回值的时候，则需要使用对应的类型。在编写通知的时候，我们也需要声明对应的返回值类型和参数类型。
测试类：AppTest.java
package com.sharpcj.aopdemo;
import com.sharpcj.aopdemo.test1.Boy;
import com.sharpcj.aopdemo.test1.Girl;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class AppTest {
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
Boy boy = context.getBean("boy",Boy.class);
Girl girl = (Girl) context.getBean("girl");
String boyBought = boy.buy(35);
String girlBought = girl.buy(99.8);
System.out.println("男孩买到了：" + boyBought);
System.out.println("女孩买到了：" + girlBought);
}
}
测试结果：
可以看到，我们成功通过 AOP 实现了需求，并将结果打印了出来。
4.5 通过注解配置织入的方式
前面还有一个遗留问题，在配置文件中，我们用注解 @EnableAspectJAutoProxy() 启用Spring AOP 的时候，我们给参数 proxyTargetClass 赋值为 true,如果我们不写参数，默认为 false。这个时候运行程序，程序抛出异常
这是一个强制类型转换异常。为什么会抛出这个异常呢？或许已经能够想到，这跟Spring AOP 动态代理的机制有关，这个 proxyTargetClass 参数决定了代理的机制。当这个参数为 false 时，
通过jdk的基于接口的方式进行织入，这时候代理生成的是一个接口对象，将这个接口对象强制转换为实现该接口的一个类，自然就抛出了上述类型转换异常。
反之，proxyTargetClass 为 true，则会使用 cglib 的动态代理方式。这种方式的缺点是拓展类的方法被final修饰时，无法进行织入。
测试一下，我们将 proxyTargetClass 参数设为 true，同时将 Girl.java 的 Buy 方法用 final 修饰：
AppConfig.java
package com.sharpcj.aopdemo;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.EnableAspectJAutoProxy;
@Configuration
@ComponentScan(basePackageClasses = {com.sharpcj.aopdemo.test1.IBuy.class})
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)
public class AppConfig {
}
Girl.java
package com.sharpcj.aopdemo.test1;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Girl implements IBuy {
@Override
public final String buy(double price) {
System.out.println(String.format("女孩花了%s元买了一件漂亮的衣服", price));
return "衣服";
}
}
此时运行结果：
可以看到，我们的切面并没有织入生效。
五、通过 XML 配置文件声明切面
前面的示例中，我们已经展示了如何通过注解配置去声明切面，下面我们看看如何在 XML 文件中声明切面。下面先列出 XML 中声明 AOP 的常用元素：
我们依然可以使用
5.1 XML 配置文件中切点指示器
在XML配置文件中，切点指示器表达式与通过注解配置的写法基本一致，区别前面有提到，即XML文件中需要使用 “and”、“or”、“not”来表示 “且”、“或”、“非”的关系。
5.2 XML 文件配置 AOP 实例
下面我们不使用任何注解改造上面的例子：
BuyAspectJ.java
package com.sharpcj.aopdemo.test2;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
public class BuyAspectJ {
public void hehe() {
System.out.println("before ...");
}
public void haha() {
System.out.println("After ...");
}
public void xixi() {
System.out.println("AfterReturning ...");
}
public void xxx(ProceedingJoinPoint pj) {
try {
System.out.println("Around aaa ...");
pj.proceed();
System.out.println("Around bbb ...");
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
}
}
在 Resource 目录下新建一个配置文件 aopdemo.xml ：
这里分别定义了一个切面，里面包含四种类型的通知。
测试文件中，使用
ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("aopdemo.xml");
来获取 ApplicationContext，其它代码不变。
5.3 XML 文件配置声明切点
对于频繁重复使用的切点表达式，我们也可以声明成切点。
配置文件如下：aopdemo.xml
5.4 XML文件配置为通知传递参数
BuyAspectJ.java
package com.sharpcj.aopdemo.test2;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
public class BuyAspectJ {
public String hehe(ProceedingJoinPoint pj, double price){
try {
pj.proceed();
if (price > 68) {
System.out.println("女孩买衣服超过了68元，赠送一双袜子");
return "衣服和袜子";
}
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
return "衣服";
}
}
aopdemo.xml
5.5 Xml 文件配置织入的方式
同注解配置类似,
CGlib 代理方式：
JDK 代理方式：
六、总结
本文简单记录了 AOP 的编程思想，然后介绍了 Spring 中 AOP 的相关概念，以及通过注解方式和XML配置文件两种方式使用 Spring AOP进行编程。 相比于 AspectJ 的面向切面编程，Spring AOP 也有一些局限性，但是已经可以解决开发中的绝大多数问题了，如果确实遇到了 Spring AOP 解决不了的场景，我们依然可以在 Spring 中使用 AspectJ 来解决。
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