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5、面向切面:AOP

小熊同学大约 15 分钟

5.1、场景模拟

搭建子模块:spring6-aop

5.1.1、声明接口

声明计算器接口Calculator,包含加减乘除的抽象方法

public interface Calculator {
    
    int add(int i, int j);
    
    int sub(int i, int j);
    
    int mul(int i, int j);
    
    int div(int i, int j);
    
}

5.1.2、创建实现类

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public class CalculatorImpl implements Calculator {
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        int result = i + j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int sub(int i, int j) {
    
        int result = i - j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int mul(int i, int j) {
    
        int result = i * j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int div(int i, int j) {
    
        int result = i / j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
}

5.1.3、创建带日志功能的实现类

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public class CalculatorLogImpl implements Calculator {
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] add 方法开始了,参数是:" + i + "," + j);
    
        int result = i + j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] add 方法结束了,结果是:" + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int sub(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] sub 方法开始了,参数是:" + i + "," + j);
    
        int result = i - j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] sub 方法结束了,结果是:" + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int mul(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] mul 方法开始了,参数是:" + i + "," + j);
    
        int result = i * j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] mul 方法结束了,结果是:" + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int div(int i, int j) {
    
        System.out.println("[日志] div 方法开始了,参数是:" + i + "," + j);
    
        int result = i / j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        System.out.println("[日志] div 方法结束了,结果是:" + result);
    
        return result;
    }
}

5.1.4、提出问题

①现有代码缺陷

针对带日志功能的实现类,我们发现有如下缺陷:

  • 对核心业务功能有干扰,导致程序员在开发核心业务功能时分散了精力
  • 附加功能分散在各个业务功能方法中,不利于统一维护

②解决思路

解决这两个问题,核心就是:解耦。我们需要把附加功能从业务功能代码中抽取出来。

③困难

解决问题的困难:要抽取的代码在方法内部,靠以前把子类中的重复代码抽取到父类的方式没法解决。所以需要引入新的技术。

5.2、代理模式

5.2.1、概念

①介绍

二十三种设计模式中的一种,属于结构型模式。它的作用就是通过提供一个代理类,让我们在调用目标方法的时候,不再是直接对目标方法进行调用,而是通过代理类间接调用。让不属于目标方法核心逻辑的代码从目标方法中剥离出来——解耦。调用目标方法时先调用代理对象的方法,减少对目标方法的调用和打扰,同时让附加功能能够集中在一起也有利于统一维护。

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使用代理后:

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②生活中的代理

  • 广告商找大明星拍广告需要经过经纪人
  • 合作伙伴找大老板谈合作要约见面时间需要经过秘书
  • 房产中介是买卖双方的代理

③相关术语

  • 代理:将非核心逻辑剥离出来以后,封装这些非核心逻辑的类、对象、方法。
  • 目标:被代理“套用”了非核心逻辑代码的类、对象、方法。

5.2.2、静态代理

创建静态代理类:

public class CalculatorStaticProxy implements Calculator {
    
    // 将被代理的目标对象声明为成员变量
    private Calculator target;
    
    public CalculatorStaticProxy(Calculator target) {
        this.target = target;
    }
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        // 附加功能由代理类中的代理方法来实现
        System.out.println("[日志] add 方法开始了,参数是:" + i + "," + j);
    
        // 通过目标对象来实现核心业务逻辑
        int addResult = target.add(i, j);
    
        System.out.println("[日志] add 方法结束了,结果是:" + addResult);
    
        return addResult;
    }
}

静态代理确实实现了解耦,但是由于代码都写死了,完全不具备任何的灵活性。就拿日志功能来说,将来其他地方也需要附加日志,那还得再声明更多个静态代理类,那就产生了大量重复的代码,日志功能还是分散的,没有统一管理。

提出进一步的需求:将日志功能集中到一个代理类中,将来有任何日志需求,都通过这一个代理类来实现。这就需要使用动态代理技术了。

5.2.3、动态代理

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生产代理对象的工厂类:

public class ProxyFactory {

    private Object target;

    public ProxyFactory(Object target) {
        this.target = target;
    }

    public Object getProxy(){

        /**
         * newProxyInstance():创建一个代理实例
         * 其中有三个参数:
         * 1、classLoader:加载动态生成的代理类的类加载器
         * 2、interfaces:目标对象实现的所有接口的class对象所组成的数组
         * 3、invocationHandler:设置代理对象实现目标对象方法的过程,即代理类中如何重写接口中的抽象方法
         */
        ClassLoader classLoader = target.getClass().getClassLoader();
        Class<?>[] interfaces = target.getClass().getInterfaces();
        InvocationHandler invocationHandler = new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                /**
                 * proxy:代理对象
                 * method:代理对象需要实现的方法,即其中需要重写的方法
                 * args:method所对应方法的参数
                 */
                Object result = null;
                try {
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+",参数:"+ Arrays.toString(args));
                    result = method.invoke(target, args);
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+",结果:"+ result);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+",异常:"+e.getMessage());
                } finally {
                    System.out.println("[动态代理][日志] "+method.getName()+",方法执行完毕");
                }
                return result;
            }
        };

        return Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, invocationHandler);
    }
}

5.2.4、测试

@Test
public void testDynamicProxy(){
    ProxyFactory factory = new ProxyFactory(new CalculatorLogImpl());
    Calculator proxy = (Calculator) factory.getProxy();
    proxy.div(1,0);
    //proxy.div(1,1);
}

5.3、AOP概念及相关术语

5.3.1、概述

AOP(Aspect Oriented Programming)是一种设计思想,是软件设计领域中的面向切面编程,它是面向对象编程的一种补充和完善,它以通过预编译方式和运行期动态代理方式实现,在不修改源代码的情况下,给程序动态统一添加额外功能的一种技术。利用AOP可以对业务逻辑的各个部分进行隔离,从而使得业务逻辑各部分之间的耦合度降低,提高程序的可重用性,同时提高了开发的效率。

5.3.2、相关术语

①横切关注点

分散在每个各个模块中解决同一样的问题,如用户验证、日志管理、事务处理、数据缓存都属于横切关注点。

从每个方法中抽取出来的同一类非核心业务。在同一个项目中,我们可以使用多个横切关注点对相关方法进行多个不同方面的增强。

这个概念不是语法层面的,而是根据附加功能的逻辑上的需要:有十个附加功能,就有十个横切关注点。

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②通知(增强)

增强,通俗说,就是你想要增强的功能,比如 安全,事务,日志等。

每一个横切关注点上要做的事情都需要写一个方法来实现,这样的方法就叫通知方法。

  • 前置通知:在被代理的目标方法执行
  • 返回通知:在被代理的目标方法成功结束后执行(寿终正寝
  • 异常通知:在被代理的目标方法异常结束后执行(死于非命
  • 后置通知:在被代理的目标方法最终结束后执行(盖棺定论
  • 环绕通知:使用try...catch...finally结构围绕整个被代理的目标方法,包括上面四种通知对应的所有位置

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③切面

封装通知方法的类。

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④目标

被代理的目标对象。

⑤代理

向目标对象应用通知之后创建的代理对象。

⑥连接点

这也是一个纯逻辑概念,不是语法定义的。

把方法排成一排,每一个横切位置看成x轴方向,把方法从上到下执行的顺序看成y轴,x轴和y轴的交叉点就是连接点。通俗说,就是spring允许你使用通知的地方

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⑦切入点

定位连接点的方式。

每个类的方法中都包含多个连接点,所以连接点是类中客观存在的事物(从逻辑上来说)。

如果把连接点看作数据库中的记录,那么切入点就是查询记录的 SQL 语句。

Spring 的 AOP 技术可以通过切入点定位到特定的连接点。通俗说,要实际去增强的方法

切点通过 org.springframework.aop.Pointcut 接口进行描述,它使用类和方法作为连接点的查询条件。

5.3.3、作用

  • 简化代码:把方法中固定位置的重复的代码抽取出来,让被抽取的方法更专注于自己的核心功能,提高内聚性。

  • 代码增强:把特定的功能封装到切面类中,看哪里有需要,就往上套,被套用了切面逻辑的方法就被切面给增强了。

5.4、基于注解的AOP

5.4.1、技术说明

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  • 动态代理分为JDK动态代理和cglib动态代理
  • 当目标类有接口的情况使用JDK动态代理和cglib动态代理,没有接口时只能使用cglib动态代理
  • JDK动态代理动态生成的代理类会在com.sun.proxy包下,类名为$proxy1,和目标类实现相同的接口
  • cglib动态代理动态生成的代理类会和目标在在相同的包下,会继承目标类
  • 动态代理(InvocationHandler):JDK原生的实现方式,需要被代理的目标类必须实现接口。因为这个技术要求代理对象和目标对象实现同样的接口(兄弟两个拜把子模式)。
  • cglib:通过继承被代理的目标类(认干爹模式)实现代理,所以不需要目标类实现接口。
  • AspectJ:是AOP思想的一种实现。本质上是静态代理,将代理逻辑“织入”被代理的目标类编译得到的字节码文件,所以最终效果是动态的。weaver就是织入器。Spring只是借用了AspectJ中的注解。

5.4.2、准备工作

①添加依赖

在IOC所需依赖基础上再加入下面依赖即可:

<dependencies>
    <!--spring context依赖-->
    <!--当你引入Spring Context依赖之后,表示将Spring的基础依赖引入了-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-context</artifactId>
        <version>6.0.2</version>
    </dependency>

    <!--spring aop依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-aop</artifactId>
        <version>6.0.2</version>
    </dependency>
    <!--spring aspects依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-aspects</artifactId>
        <version>6.0.2</version>
    </dependency>

    <!--junit5测试-->
    <dependency>
        <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
        <artifactId>junit-jupiter-api</artifactId>
        <version>5.3.1</version>
    </dependency>

    <!--log4j2的依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
        <artifactId>log4j-core</artifactId>
        <version>2.19.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.apache.logging.log4j</groupId>
        <artifactId>log4j-slf4j2-impl</artifactId>
        <version>2.19.0</version>
    </dependency>
</dependencies>

②准备被代理的目标资源

接口:

public interface Calculator {
    
    int add(int i, int j);
    
    int sub(int i, int j);
    
    int mul(int i, int j);
    
    int div(int i, int j);
    
}

实现类:

@Component
public class CalculatorImpl implements Calculator {
    
    @Override
    public int add(int i, int j) {
    
        int result = i + j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int sub(int i, int j) {
    
        int result = i - j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int mul(int i, int j) {
    
        int result = i * j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
    
    @Override
    public int div(int i, int j) {
    
        int result = i / j;
    
        System.out.println("方法内部 result = " + result);
    
        return result;
    }
}

5.4.3、创建切面类并配置

// @Aspect表示这个类是一个切面类
@Aspect
// @Component注解保证这个切面类能够放入IOC容器
@Component
public class LogAspect {
    
    @Before("execution(public int com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))")
    public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
        System.out.println("Logger-->前置通知,方法名:"+methodName+",参数:"+args);
    }

    @After("execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))")
    public void afterMethod(JoinPoint joinPoint){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Logger-->后置通知,方法名:"+methodName);
    }

    @AfterReturning(value = "execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))", returning = "result")
    public void afterReturningMethod(JoinPoint joinPoint, Object result){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Logger-->返回通知,方法名:"+methodName+",结果:"+result);
    }

    @AfterThrowing(value = "execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))", throwing = "ex")
    public void afterThrowingMethod(JoinPoint joinPoint, Throwable ex){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Logger-->异常通知,方法名:"+methodName+",异常:"+ex);
    }
    
    @Around("execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))")
    public Object aroundMethod(ProceedingJoinPoint joinPoint){
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
        Object result = null;
        try {
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行之前");
            //目标对象(连接点)方法的执行
            result = joinPoint.proceed();
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法返回值之后");
        } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法出现异常时");
        } finally {
            System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行完毕");
        }
        return result;
    }
    
}

在Spring的配置文件中配置:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
       http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
       http://www.springframework.org/schema/context
       http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd
       http://www.springframework.org/schema/aop
       http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop.xsd">
    <!--
        基于注解的AOP的实现:
        1、将目标对象和切面交给IOC容器管理(注解+扫描)
        2、开启AspectJ的自动代理,为目标对象自动生成代理
        3、将切面类通过注解@Aspect标识
    -->
    <context:component-scan base-package="com.javaxiaobear.aop.annotation"></context:component-scan>

    <aop:aspectj-autoproxy />
</beans>

执行测试:

public class CalculatorTest {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CalculatorTest.class);

    @Test
    public void testAdd(){
        ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
        Calculator calculator = ac.getBean( Calculator.class);
        int add = calculator.add(1, 1);
        logger.info("执行成功:"+add);
    }

}

执行结果:

image-20221102155523983

5.4.4、各种通知

  • 前置通知:使用@Before注解标识,在被代理的目标方法执行
  • 返回通知:使用@AfterReturning注解标识,在被代理的目标方法成功结束后执行(寿终正寝
  • 异常通知:使用@AfterThrowing注解标识,在被代理的目标方法异常结束后执行(死于非命
  • 后置通知:使用@After注解标识,在被代理的目标方法最终结束后执行(盖棺定论
  • 环绕通知:使用@Around注解标识,使用try...catch...finally结构围绕整个被代理的目标方法,包括上面四种通知对应的所有位置

各种通知的执行顺序:

  • Spring版本5.3.x以前:
    • 前置通知
    • 目标操作
    • 后置通知
    • 返回通知或异常通知
  • Spring版本5.3.x以后:
    • 前置通知
    • 目标操作
    • 返回通知或异常通知
    • 后置通知

5.4.5、切入点表达式语法

①作用

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②语法细节

  • 用*号代替“权限修饰符”和“返回值”部分表示“权限修饰符”和“返回值”不限

  • 在包名的部分,一个“*”号只能代表包的层次结构中的一层,表示这一层是任意的。

    • 例如:*.Hello匹配com.Hello,不匹配com.javaxiaobear.Hello
  • 在包名的部分,使用“*..”表示包名任意、包的层次深度任意

  • 在类名的部分,类名部分整体用*号代替,表示类名任意

  • 在类名的部分,可以使用*号代替类名的一部分

    • 例如:*Service匹配所有名称以Service结尾的类或接口
  • 在方法名部分,可以使用*号表示方法名任意

  • 在方法名部分,可以使用*号代替方法名的一部分

    • 例如:*Operation匹配所有方法名以Operation结尾的方法
  • 在方法参数列表部分,使用(..)表示参数列表任意

  • 在方法参数列表部分,使用(int,..)表示参数列表以一个int类型的参数开头

  • 在方法参数列表部分,基本数据类型和对应的包装类型是不一样的

    • 切入点表达式中使用 int 和实际方法中 Integer 是不匹配的
  • 在方法返回值部分,如果想要明确指定一个返回值类型,那么必须同时写明权限修饰符

    • 例如:execution(public int *..Service.(.., int)) 正确

      例如:execution(* int *..Service.(.., int)) 错误

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5.4.6、重用切入点表达式

①声明

@Pointcut("execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.*.*(..))")
public void pointCut(){}

②在同一个切面中使用

@Before("pointCut()")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    System.out.println("Logger-->前置通知,方法名:"+methodName+",参数:"+args);
}

③在不同切面中使用

@Before("com.javaxiaobear.aop.CommonPointCut.pointCut()")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    System.out.println("Logger-->前置通知,方法名:"+methodName+",参数:"+args);
}

5.4.7、获取通知的相关信息

①获取连接点信息

获取连接点信息可以在通知方法的参数位置设置JoinPoint类型的形参

@Before("execution(public int com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))")
public void beforeMethod(JoinPoint joinPoint){
    //获取连接点的签名信息
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    //获取目标方法到的实参信息
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    System.out.println("Logger-->前置通知,方法名:"+methodName+",参数:"+args);
}

②获取目标方法的返回值

@AfterReturning中的属性returning,用来将通知方法的某个形参,接收目标方法的返回值

@AfterReturning(value = "execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))", returning = "result")
public void afterReturningMethod(JoinPoint joinPoint, Object result){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    System.out.println("Logger-->返回通知,方法名:"+methodName+",结果:"+result);
}

③获取目标方法的异常

@AfterThrowing中的属性throwing,用来将通知方法的某个形参,接收目标方法的异常

@AfterThrowing(value = "execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))", throwing = "ex")
public void afterThrowingMethod(JoinPoint joinPoint, Throwable ex){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    System.out.println("Logger-->异常通知,方法名:"+methodName+",异常:"+ex);
}

5.4.8、环绕通知

@Around("execution(* com.javaxiaobear.aop.annotation.CalculatorImpl.*(..))")
public Object aroundMethod(ProceedingJoinPoint joinPoint){
    String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
    String args = Arrays.toString(joinPoint.getArgs());
    Object result = null;
    try {
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行之前");
        //目标方法的执行,目标方法的返回值一定要返回给外界调用者
        result = joinPoint.proceed();
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法返回值之后");
    } catch (Throwable throwable) {
        throwable.printStackTrace();
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法出现异常时");
    } finally {
        System.out.println("环绕通知-->目标对象方法执行完毕");
    }
    return result;
}

5.4.9、切面的优先级

相同目标方法上同时存在多个切面时,切面的优先级控制切面的内外嵌套顺序。

  • 优先级高的切面:外面
  • 优先级低的切面:里面

使用@Order注解可以控制切面的优先级:

  • @Order(较小的数):优先级高
  • @Order(较大的数):优先级低

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5.5、基于XML的AOP

5.5.1、准备工作

参考基于注解的AOP环境

5.5.2、实现

<context:component-scan base-package="com.javaxiaobear.aop.xml"></context:component-scan>

<aop:config>
    <!--配置切面类-->
    <aop:aspect ref="loggerAspect">
        <aop:pointcut id="pointCut" 
                   expression="execution(* com.javaxiaobear.aop.xml.CalculatorImpl.*(..))"/>
        <aop:before method="beforeMethod" pointcut-ref="pointCut"></aop:before>
        <aop:after method="afterMethod" pointcut-ref="pointCut"></aop:after>
        <aop:after-returning method="afterReturningMethod" returning="result" pointcut-ref="pointCut"></aop:after-returning>
        <aop:after-throwing method="afterThrowingMethod" throwing="ex" pointcut-ref="pointCut"></aop:after-throwing>
        <aop:around method="aroundMethod" pointcut-ref="pointCut"></aop:around>
    </aop:aspect>
</aop:config>