Spring AOP原理分析！

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嗨，你好呀，我是猿java

Spring AOP是 Spring框架中的一个重要模块，它通过分离关注点来提高代码的模块化程度，AOP允许开发者在不改变业务逻辑的情况下，通过切面来增强或修改代码的行为。本文我们将深入分析 Spring AOP的原理。

Spring AOP概述

什么是AOP？

AOP，全程 Aspect-Oriented Programming，中文翻译为面向切面编程，它是一种编程范式，旨在通过将横切关注点（如日志记录、事务管理、权限控制等）分离出来，使得这些关注点可以独立于业务逻辑进行处理。AOP的核心概念包括：

  • 切面（Aspect）：模块化的关注点，通常横切多个对象。
  • 连接点（Join Point）：程序执行过程中的某个点，比如方法调用或异常抛出。
  • 通知（Advice）：在切面的某个特定的连接点上执行的动作。
  • 切入点（Pointcut）：匹配连接点的断言。
  • 目标对象（Target Object）：被通知的对象。
  • 代理（Proxy）：通知目标对象后，创建的对象。
  • 织入（Weaving）：将切面连接到其它应用程序类型或对象上，并创建一个通知对象。

Spring AOP的核心原理

AOP的实现机制

Spring AOP基于代理模式实现，主要通过Proxy对象来替代目标对象，并在Proxy对象的方法调用中插入切面逻辑。Spring AOP使用ProxyFactory和AdvisedSupport等类来管理和创建代理对象。代理又可以细分为：

  • JDK动态代理：基于接口的代理，目标对象必须实现一个或多个接口。
  • CGLIB代理：基于子类的代理，适用于目标对象没有实现接口的情况。

AOP的核心组件

  • Advisor：包含切入点和通知的元数据。
  • Advice：定义切面在连接点上执行的操作。
  • Pointcut：定义匹配连接点的规则。
  • AopProxy：负责创建代理实例，具体实现有JdkDynamicAopProxy和CglibAopProxy。

AOP的执行流程

Spring AOP的执行流程是理解其工作原理的关键，它通过在程序运行时动态地将切面逻辑织入到目标对象中，从而实现横切关注点的分离。下面我们来详细地分析 Spring AOP的执行流程。

配置切面

AOP的执行流程从配置切面开始，切面可以通过 XML配置文件或基于注解的方式进行定义。配置切面时，主要涉及以下几个元素：

  • 切面类（Aspect）：包含横切逻辑的类，通常用@Aspect注解标识。
  • 通知方法（Advice）：定义在特定连接点上执行的横切逻辑。通知类型包括@Before、@After、@Around、@AfterReturning、@AfterThrowing等。
  • 切入点表达式（Pointcut Expression）：用于匹配连接点的方法执行点，通常使用AspectJ的切入点表达式语法。

创建代理对象

在Spring容器启动时，Spring会扫描配置的切面类，并为每个目标对象创建代理对象。代理对象负责在目标方法执行前后插入切面逻辑。Spring AOP使用两种主要的代理方式：

  • JDK动态代理：适用于目标对象实现了接口的情况，通过Java的反射机制创建代理对象。
  • CGLIB代理：适用于目标对象没有实现接口的情况，通过生成目标类的子类来创建代理。

方法调用拦截

当客户端代码调用目标对象的方法时，实际上是通过代理对象来进行调用的。代理对象实现了与目标对象相同的接口，因此客户端代码无需感知代理的存在。

  • 拦截方法调用：代理对象拦截对目标方法的调用。对于JDK动态代理，这是通过实现InvocationHandler接口的invoke方法来实现的；对于CGLIB代理，这是通过生成子类并重写方法来实现的。

执行通知

在方法调用被拦截后，代理对象会根据切面配置执行相应的通知逻辑：

  • Before通知：在目标方法执行之前执行。
  • After通知：在目标方法执行之后执行，无论方法是否抛出异常。
  • Around通知：包围目标方法的执行，可以在方法执行前后进行自定义逻辑，甚至可以决定是否执行目标方法。
  • AfterReturning通知：在目标方法成功返回后执行。
  • AfterThrowing通知：在目标方法抛出异常后执行。

执行目标方法

在执行完Before或Around通知的前置逻辑后，代理对象会调用目标对象的实际方法。目标方法执行完成后，代理对象会继续执行After、Around的后置逻辑、AfterReturning或AfterThrowing通知。

返回结果或抛出异常

代理对象在完成所有通知逻辑后，将目标方法的返回结果返回给调用方。如果目标方法抛出异常，代理对象也会处理异常并根据配置决定是否重新抛出或转换异常。

结束

AOP的执行流程在代理对象返回结果或抛出异常后结束，整个过程是透明的，调用方无需关心代理的存在，目标对象的行为在运行时被增强。

Spring AOP核心源码分析

Spring AOP的源码涉及到多个核心类和接口，包括ProxyFactory、AdvisedSupport、AopProxy、JdkDynamicAopProxy、CglibAopProxy等。下面，我们将对这些核心组件进行详细分析。

ProxyFactory

ProxyFactory是Spring AOP创建代理的核心工厂类。它负责根据配置创建合适的代理对象（JDK动态代理或CGLIB代理）。

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public class ProxyFactory extends ProxyCreatorSupport {

    // 获取代理对象
    public Object getProxy() {
        return createAopProxy().getProxy();
    }

    // 创建AopProxy对象
    protected AopProxy createAopProxy() {
        if (!this.isProxyTargetClass()) { // 是否强制使用CGLIB代理
            return new JdkDynamicAopProxy(this);
        }
        return new CglibAopProxy(this);
    }
}
  • getProxy()：对外提供获取代理对象的方法。
  • createAopProxy()：根据ProxyTargetClass属性判断使用JDK动态代理还是CGLIB代理。

AdvisedSupport

AdvisedSupport是Spring AOP的配置类，持有AOP代理需要的各种配置，包括目标对象、切面、通知等。

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public class AdvisedSupport extends ProxyConfig implements Advised {

    private TargetSource targetSource;
    private List<Advisor> advisors = new ArrayList<>();
    private List<Class<?>> interfaces = new ArrayList<>();

    // 其他配置和方法
}
  • TargetSource：封装了目标对象。
  • advisors：存储应用于目标对象的通知（Advice）和切入点（Pointcut）。
  • interfaces：代理对象需要实现的接口列表。

AopProxy接口

AopProxy是一个接口，定义了AOP代理对象的创建方法。

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public interface AopProxy {
    Object getProxy();
    Object getProxy(ClassLoader classLoader);
}
  • getProxy()：用于创建代理对象。
  • getProxy(ClassLoader classLoader)：允许指定类加载器创建代理对象。

JdkDynamicAopProxy

JdkDynamicAopProxy实现了AopProxy接口，使用JDK动态代理为目标对象创建代理。

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public class JdkDynamicAopProxy implements AopProxy, InvocationHandler {

    private final AdvisedSupport advised;

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

    @Override
    public Object getProxy() {
        return getProxy(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
    }

    @Override
    public Object getProxy(ClassLoader classLoader) {
        return Proxy.newProxyInstance(classLoader, this.advised.getProxiedInterfaces(), this);
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        List<Object> chain = this.advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method, this.advised.getTargetClass());

        if (chain.isEmpty()) {
            return method.invoke(this.advised.getTargetSource().getTarget(), args);
        }

        MethodInvocation invocation = new ReflectiveMethodInvocation(proxy, this.advised.getTargetSource().getTarget(), method, args, chain);
        return invocation.proceed();
    }
}
  • getProxy()：通过Proxy.newProxyInstance创建代理对象。
  • invoke()：实现InvocationHandler接口的方法，负责方法调用的拦截和通知链的执行。

CglibAopProxy

CglibAopProxy同样实现了AopProxy接口，使用CGLIB库为目标对象创建代理。

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public class CglibAopProxy implements AopProxy {

    private final AdvisedSupport advised;

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

    @Override
    public Object getProxy() {
        return getProxy(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
    }

    @Override
    public Object getProxy(ClassLoader classLoader) {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(this.advised.getTargetClass());
        enhancer.setInterfaces(this.advised.getProxiedInterfaces());
        enhancer.setCallback(new DynamicAdvisedInterceptor(this.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 {
            List<Object> chain = this.advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method, this.advised.getTargetClass());

            if (chain.isEmpty()) {
                return proxy.invokeSuper(obj, args);
            }

            MethodInvocation invocation = new CglibMethodInvocation(obj, this.advised.getTargetSource().getTarget(), method, args, proxy, chain);
            return invocation.proceed();
        }
    }
}
  • getProxy()：使用CGLIB的Enhancer创建代理对象。
  • DynamicAdvisedInterceptor：CGLIB的拦截器实现，负责方法调用的拦截和通知链的执行。

MethodInvocation

MethodInvocation接口及其实现类（如ReflectiveMethodInvocation）负责封装方法调用的上下文信息，并管理通知链的执行。

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public interface MethodInvocation extends Joinpoint {
    Method getMethod();
    Object[] getArguments();
}

public class ReflectiveMethodInvocation implements MethodInvocation {

    private final Object proxy;
    private final Object target;
    private final Method method;
    private final Object[] arguments;
    private final List<?> interceptorsAndDynamicMethodMatchers;
    private int currentInterceptorIndex = -1;

    @Override
    public Object proceed() throws Throwable {
        if (this.currentInterceptorIndex == this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.size() - 1) {
            return this.method.invoke(this.target, this.arguments);
        }

        Object interceptorOrInterceptionAdvice = this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.get(++this.currentInterceptorIndex);
        if (interceptorOrInterceptionAdvice instanceof MethodInterceptor) {
            MethodInterceptor interceptor = (MethodInterceptor) interceptorOrInterceptionAdvice;
            return interceptor.invoke(this);
        } else {
            return proceed();
        }
    }
}
  • proceed()：递归调用通知链中的下一个拦截器，最终执行目标方法。

通过对 Spring AOP源码的详细分析，我们可以看到Spring AOP是如何通过代理模式实现面向切面编程的。

Spring AOP应用示例

下面我们通过一个简单的 Spring AOP示例，展示如何通过AOP实现日志记录。

定义业务类

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public class UserService {
    public void createUser(String username) {
        System.out.println("Creating user: " + username);
    }
}

定义切面

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@Aspect
public class LoggingAspect {

    @Before("execution(* UserService.createUser(..))")
    public void logBefore(JoinPoint joinPoint) {
        System.out.println("Before method: " + joinPoint.getSignature().getName());
    }
}

Spring配置

使用Java配置：

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@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy
public class AppConfig {

    @Bean
    public UserService userService() {
        return new UserService();
    }

    @Bean
    public LoggingAspect loggingAspect() {
        return new LoggingAspect();
    }
}

测试AOP功能

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public class AopTest {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        userService.createUser("Alice");
    }
}

输出结果：

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Before method: createUser
Creating user: Alice

总结

Spring AOP通过代理模式实现了面向切面编程，能够在不改变业务逻辑的情况下增强代码功能。通过本文的分析，我们了解了 Spring AOP的基本概念、实现机制、核心组件以及如何在实际项目中应用 AOP。Spring AOP的强大之处在于其灵活性和可扩展性，使得开发者可以轻松地实现横切关注点的分离和复用。

交流学习

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