Spring 之 AOP 原理详解

        Spring 是一个流行的 Java 企业应用程序开发框架。其中的 AOP（面向切面编程）是 Spring 框架中的一个核心概念。本文将介绍 Spring AOP 的底层实现原理，并通过源代码解析来详细阐述其实现过程。

什么是AOP？

         AOP是一种编程范式，用于在不修改原始代码的情况下向现有应用程序添加新功能。这种编程方式将应用程序分成许多独立的部分，称为切面。这些切面可以在应用程序的不同位置进行编写和维护，从而提高了应用程序的可重用性和可维护性。

         AOP主要用于实现横切关注点（Cross-Cutting Concerns），例如日志记录、性能监测、事务管理等。通过AOP，我们可以将这些关注点与应用程序的其他部分分离开来，从而使应用程序更加模块化和易于维护。

实现原理

Spring AOP 的实现原理是基于动态代理和字节码操作的。

        在编译时， Spring 会使用 AspectJ 编译器将切面代码编译成字节码文件。在运行时， Spring 会使用 Java 动态代理或 CGLIB 代理生成代理类，这些代理类会在目标对象方法执行前后插入切面代码，从而实现AOP的功能。

         Spring AOP 可以使用两种代理方式：JDK动态代理和 CGLIB 代理。如果目标对象实现了至少一个接口，则使用JDK动态代理；否则，使用 CGLIB 代理。下面分别介绍这两种代理方式的实现原理。

JDK动态代理

        JDK 动态代理是 Java 自带的动态代理实现方式。使用JDK动态代理时，需要目标对象实现至少一个接口。JDK 动态代理会在运行时生成一个实现了目标对象接口的代理类，该代理类会在目标对象方法执行前后插入切面代码。

下面是JDK动态代理的实现代码：

public class JdkDynamicAopProxy implements AopProxy, InvocationHandler {

    private final AdvisedSupport advised;

    public JdkDynamicAopProxy(AdvisedSupport advised) {
        this.advised = advised;
    }

    @Override
    public Object getProxy() {
        return Proxy.newProxyInstance(
                getClass().getClassLoader(),
                advised.getTargetSource().getInterfaces(),
                this
        );
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        MethodInterceptor methodInterceptor = advised.getMethodInterceptor();
        MethodInvocation methodInvocation = new ReflectiveMethodInvocation(
                advised.getTargetSource().getTarget(),
                method,
                args,
                methodInterceptor,
                advised.getTargetSource().getTargetClass()
        );
        return methodInvocation.proceed();
    }
}
复制代码

        在该代码中，JdkDynamicAopProxy 类实现了 AopProxy 和 InvocationHandler 接口。getProxy 方法返回一个代理对象，该代理对象实现了目标对象实现的所有接口。invoke 方法用于执行代理方法，该方法会在目标对象方法执行前后插入切面代码。

CGLIB 代理

        CGLIB 代理是一个基于字节码操作的代理方式，它可以为没有实现接口的类创建代理对象。CGLIB 代理会在运行时生成一个目标对象的子类，并覆盖其中的方法，以实现AOP的功能。

下面是 CGLIB 代理的实现代码：

public class CglibAopProxy implements AopProxy {

    private final AdvisedSupport advised;

    public CglibAopProxy(AdvisedSupport advised) {
        this.advised = advised;
    }

    @Override
    public Object getProxy() {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(advised.getTargetSource().getTargetClass());
        enhancer.setCallback(new DynamicAdvisedInterceptor(advised));
        return enhancer.create();
    }

    private static class DynamicAdvisedInterceptor implements MethodInterceptor {

        private final AdvisedSupport advised;

        public DynamicAdvisedInterceptor(AdvisedSupport advised) {
            this.advised = advised;
        }

        @Override
        public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
            MethodInvocation methodInvocation = new CglibMethodInvocation(
                    advised.getTargetSource().getTarget(),
                    method,
                    args,
                    proxy,
                    advised.getMethodInterceptor(),
                    advised.getTargetSource().getTargetClass()
            );
            return methodInvocation.proceed();
        }
    }
}

复制代码

        在该代码中，CglibAopProxy 类实现了 AopProxy 接口。getProxy 方法返回一个代理对象，该代理对象是目标对象的子类，并覆盖了其中的方法。DynamicAdvisedInterceptor 类实现了 MethodInterceptor 接口，用于在目标对象方法执行前后插入切面代码。

AOP使用示例

        在了解了 Spring AOP的实现原理后，我们来看一下 Spring AOP的源码实现。Spring AOP的源码位于org.Springframework.aop包下，其中涉及到的类有：

Advised：一个包含切面信息的接口，用于描述切面的配置信息。

AdvisedSupport：Advised接口的默认实现类，包含了切面的配置信息。

AopProxy：AOP代理的接口，用于获取代理对象。

CglibAopProxy： CGLIB 代理的实现类。

JdkDynamicAopProxy：JDK动态代理的实现类。

MethodInvocation：方法调用的接口，用于封装目标对象方法的调用过程。

ReflectiveMethodInvocation：MethodInvocation接口的默认实现类，用于调用目标对象方法。

MethodInterceptor：方法拦截器的接口，用于实现切面的具体逻辑。

ProxyFactory：代理工厂，用于创建代理对象。

下面是一个使用 Spring AOP的示例代码：

@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {

    @Override
    @LogAnnotation
    public void addUser(String username, String password) {
        System.out.println("addUser");
    }
}

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在该代码中，UserServiceImpl 类实现了 UserService 接口，并在 addUser 方法上添加了@LogAnnotation 注解。@LogAnnotation 注解是一个自定义注解，用于标记需要记录日志的方法。

下面是 @LogAnnotation 注解的定义：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface LogAnnotation {
}
复制代码

在使用 Spring AOP时，我们需要定义一个切面类，用于实现@LogAnnotation注解的具体逻辑。下面是一个定义了@LogAnnotation注解的切面类：

@Aspect
@Component
public class LogAspect {

    @Pointcut("@annotation(com.example.demo.annotation.LogAnnotation)")
    public void logPointcut() {}

    @Before("logPointcut()")
    public void before(JoinPoint joinPoint) {
        MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
        String methodName = signature.getName();
        System.out.println("before " + methodName);
    }

    @After("logPointcut()")
    public void after(JoinPoint joinPoint) {
        MethodSignature signature = (MethodSignature) joinPoint.getSignature();
        String methodName = signature.getName();
        System.out.println("after " + methodName);
    }
}
复制代码

        在该代码中，LogAspect 类使用 @Aspect 注解标记为切面类，并使用 @Component 注解将其注册为 Spring 的 Bean。

logPointcut 方法使用 @Pointcut 注解定义了切点，该切点匹配所有标记了@LogAnnotation 注解的方法。

before 方法和 after 方法分别使用 @Before 和 @After 注解定义了前置通知和后置通知。在 before 方法和 after 方法中，我们可以编写具体的日志记录逻辑。

下面是创建代理对象的代码：

ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
UserServiceImpl userService = applicationContext.getBean(UserServiceImpl.class);
userService.addUser("test", "test");
复制代码

在该代码中，我们使用 ApplicationContext 从配置文件中获取了 UserServiceImpl 的 Bean，并调用了 addUser 方法。由于 addUser 方法标记了 @LogAnnotation 注解，因此 Spring 会自动将 LogAspect 类中定义的切面逻辑插入到该方法中。

总结

本文介绍了 Spring AOP 的实现原理，并通过源代码解析详细阐述了其实现过程。在使用 Spring AOP时，我们需要定义切面类，并为需要实现AOP的方法添加注解。 Spring 会自动将切面逻辑插入到这些方法中，从而实现AOP的功能。