概念
AOP（Aspect-OrientedProgramming，面向方面编程），当我们需要为分散的对象引入公共行为的时候，OOP显得无能为力。
OOP允许你定义从上到下的关系，但并不适合定义从左到右的关系。例如日志功能。日志代码往往水平地散布在所有对象层次中，而与它所散布到的对象的核心功能毫无关系。
对于其他类型的代码，如安全性、异常处理和透明的持续性也是如此。这种散布在各处的无关的代码被称为横切（cross-cutting）代码，在OOP设计中，它导致了大量代码的重复，而不利于各个模块的重用。
AOP技术利用一种称为“横切”的技术，将那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任封装起来，减少系统的重复代码，降低模块间的耦合度，而不留痕迹，利于未来的可操作性和可维护性。
AOP把软件系统分为两个部分：核心关注点和横切关注点。业务处理的主要流程是核心关注点。横切关注点经常发生在核心关注点的多处，而各处都基本相似。比如权限认证、日志、事务处理。Aop 的作用在于分离系统中的各种关注点，将核心关注点和横切关注点分离开来。
实现AOP的技术，主要分为两大类：一是动态代理技术，利用截取消息的方式，在运行期对该消息进行装饰，以取代原有对象行为的执行；二是静态织入的方式，引入特定的语法创建“方面”，在编译期间织入有关“方面”的代码。
使用场景
- Authentication 权限
- Caching 缓存
- Context passing 内容传递
- Error handling 错误处理
- Lazy loading 懒加载
- Debugging 调试
- logging, tracing, profiling and monitoring 日志 跟踪 优化 校准
- Performance optimization 性能优化
- Persistence 持久化
- Resource pooling 资源池
- Synchronization 同步
- Transactions 事务
术语
- Joinpoint：拦截点，如某个业务方法。
- Pointcut：Joinpoint的表达式，表示拦截哪些方法。一个Pointcut对应多个Joinpoint。
- Advice: 要切入的逻辑。
- Before Advice 在方法前切入。
- After Advice 在方法后切入，抛出异常时也会切入。
- After Returning Advice 在方法返回后切入，抛出异常则不会切入。
- After Throwing Advice 在方法抛出异常时切入。
- Around Advice 在方法执行前后切入，可以中断或忽略原有流程的执行。
- 公民之间的关系
织入器通过在切面中定义pointcut来搜索目标（被代理类）的JoinPoint(切入点)，然后把要切入的逻辑（Advice）织入到目标对象里，生成代理类。
实现原理
JDK动态代理
使用动态代理实现AOP需要有四个角色：被代理的类，被代理类的接口，织入器，和InvocationHandler，而织入器使用接口反射机制生成一个代理类，然后在这个代理类中织入代码。被代理的类是AOP里所说的目标，InvocationHandler是切面，它包含了Advice和Pointcut。
如何使用动态代理来实现AOP
下面的例子演示在方法执行前织入一段记录日志的代码，其中Business是代理类，LogInvocationHandler是记录日志的切面，IBusiness, IBusiness2是代理类的接口，Proxy.newProxyInstance是织入器。
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
BusinessImp business = new BusinessImp();
// 1.获取对应的ClassLoader
ClassLoader classLoader = business.getClass().getClassLoader();
// 2.获取ElectricCar 所实现的所有接口
Class[] interfaces = business.getClass().getInterfaces();
// 3.设置一个来自代理传过来的方法调用请求处理器，处理所有的代理对象上的方法调用
InvocationHandler handler = new LogInvocationHandler(business);
/*
* 4.根据上面提供的信息，创建代理对象 在这个过程中， a.JDK会通过根据传入的参数信息动态地在内存中创建和.class 文件等同的字节码
* b.然后根据相应的字节码转换成对应的class， c.然后调用newInstance()创建实例
*/
Object o = Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, handler);
((InfBusiness1)o).fun1();
((InfBusiness2)o).fun2();
}
/**
* 打印日志的切面
*/
public static class LogInvocationHandler implements InvocationHandler {
private Object target; //目标对象
LogInvocationHandler(Object target) {
this.target = target;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("You are going to invoke " + method.getName()
+ " ...");
// 执行原有逻辑
Object rev = method.invoke(target, args);
// 执行织入的日志，你可以控制哪些方法执行切入逻辑
if (method.getName().equals("fun1")) {
System.out.println("记录日志");
}
System.out.println(method.getName()
+ " invocation Has Been finished...");
return rev;
}
}
接口IBusiness和IBusiness2定义省略。下面是业务类，需要代理的类。
public class BusinessImp implements IBusiness, IBusiness2 {
@Override
public void fun2() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("business fun2");
}
/*
* (non-Javadoc) <p>Description: <／p>
*
* @see taop.InfBusiness1#fun1()
*/
@Override
public void fun1() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("business fun1");
}
}
动态代理原理
本节将结合动态代理的源代码讲解其实现原理。动态代理的核心其实就是代理对象的生成，即Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxyInterface, handler)。让我们进入newProxyInstance方法观摩下，核心代码其实就三行。
//获取代理类
Class cl = getProxyClass(loader, interfaces);
//获取带有InvocationHandler参数的构造方法
Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
//把handler传入构造方法生成实例
return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
其中getProxyClass(loader, interfaces)方法用于获取代理类，它主要做了三件事情：在当前类加载器的缓存里搜索是否有代理类，没有则生成代理类并缓存在本地JVM里。
// 缓存的key使用接口名称生成的List
Object key = Arrays.asList(interfaceNames);
synchronized (cache) {
do {
Object value = cache.get(key);
// 缓存里保存了代理类的引用
if (value instanceof Reference) {
proxyClass = (Class) ((Reference) value).get();
}
if (proxyClass != null) {
// 代理类已经存在则返回
return proxyClass;
} else if (value == pendingGenerationMarker) {
// 如果代理类正在产生，则等待
try {
cache.wait();
} catch (InterruptedException e) {
}
continue;
} else {
// 没有代理类，则标记代理准备生成
cache.put(key, pendingGenerationMarker);
break;
}
} while (true);
}
代理类的生成主要是以下这两行代码。
//生成代理类的字节码文件并保存到硬盘中(默认不保存到硬盘)
proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces);
//使用类加载器将字节码加载到内存中
proxyClass = defineClass0(loader, proxyName,proxyClassFile, 0, proxyClassFile.length);
ProxyGenerator.generateProxyClass()方法属于sun.misc包下，Oracle并没有提供源代码，但是我们可以使用JD-GUI这样的反编译软件打开jre\lib\rt.jar来一探究竟，以下是其核心代码的分析。
//添加接口中定义的方法，此时方法体为空
for (int i = 0; i < this.interfaces.length; i++) {
localObject1 = this.interfaces[i].getMethods();
for (int k = 0; k < localObject1.length; k++) {
addProxyMethod(localObject1[k], this.interfaces[i]);
}
}
//添加一个带有InvocationHandler的构造方法
MethodInfo localMethodInfo = new MethodInfo("<init>", "(Ljava/lang/reflect/InvocationHandler;)V", 1);
//循环生成方法体代码（省略）
//方法体里生成调用InvocationHandler的invoke方法代码。（此处有所省略）
this.cp.getInterfaceMethodRef("InvocationHandler", "invoke", "Object; Method; Object;")
//将生成的字节码，写入硬盘，前面有个if判断，默认情况下不保存到硬盘。
localFileOutputStream = new FileOutputStream(ProxyGenerator.access$000(this.val$name) + ".class");
localFileOutputStream.write(this.val$classFile);
那么通过以上分析，我们可以推出动态代理为我们生成了一个这样的代理类。把方法doSomeThing的方法体修改为调用LogInvocationHandler的invoke方法。 生成的代理类源码:
public class ProxyBusinessImp implements IBusiness, IBusiness2 {
private LogInvocationHandler h;
@Override
public void doSomeThing2() {
try {
Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing", null);
h.invoke(this, m, null);
} catch (Throwable e) {
// 异常处理（略）
}
}
@Override
public boolean doSomeThing() {
try {
Method m = (h.target).getClass().getMethod("doSomeThing2", null);
return (Boolean) h.invoke(this, m, null);
} catch (Throwable e) {
// 异常处理（略）
}
return false;
}
public ProxyBusiness(LogInvocationHandler h) {
this.h = h;
}
}
小结
- 从前两节的分析我们可以看出，动态代理在运行期通过接口动态生成代理类，这为其带来了一定的灵活性，但这个灵活性却带来了两个问题
- 第一代理类必须实现一个接口，如果没实现接口会抛出一个异常。
- 第二性能影响，因为动态代理使用反射的机制实现的，首先反射肯定比直接调用要慢，经过测试大概每个代理类比静态代理多出10几毫秒的消耗。
- 其次使用反射大量生成类文件可能引起Full GC造成性能影响，因为字节码文件加载后会存放在JVM运行时区的方法区（或者叫持久代）中，当方法区满的时候，会引起Full GC，所以当你大量使用动态代理时，可以将持久代设置大一些，减少Full GC次数。
动态字节码生成Cglib
使用动态字节码生成技术实现AOP原理是在运行期间目标字节码加载后，生成目标类的子类，将切面逻辑加入到子类中，所以使用Cglib实现AOP不需要基于接口。
本节介绍如何使用Cglib来实现动态字节码技术。Cglib是一个强大的,高性能的Code生成类库，它可以在运行期间扩展Java类和实现Java接口，它封装了Asm，所以使用Cglib前需要引入Asm的jar。
public static void main(String[] args) {
byteCodeGe();
}
public static void byteCodeGe() {
//创建一个织入器
Enhancer enhancer = new Enhancer();
//设置父类
enhancer.setSuperclass(BusinessImp.class);
//设置需要织入的逻辑
enhancer.setCallback(new LogIntercept());
//使用织入器创建子类
IBusiness2 newBusiness = (IBusiness2) enhancer.create();
newBusiness.doSomeThing2();
}
/**
* 记录日志
*/
public static class LogIntercept implements MethodInterceptor {
@Override
public Object intercept(Object target, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
//执行原有逻辑，注意这里是invokeSuper
Object rev = proxy.invokeSuper(target, args);
//执行织入的日志
if (method.getName().equals("doSomeThing2")) {
System.out.println("记录日志");
}
return rev;
}
}
自定义类加载器
如果我们实现了一个自定义类加载器，在类加载到JVM之前直接修改某些类的方法，并将切入逻辑织入到这个方法里，然后将修改后的字节码文件交给虚拟机运行，那岂不是更直接。
Javassist是一个编辑字节码的框架，可以让你很简单地操作字节码。它可以在运行期定义或修改Class。使用Javassist实现AOP的原理是在字节码加载前直接修改需要切入的方法。这比使用Cglib实现AOP更加高效，并且没太多限制，实现原理如下图：
我们使用系统类加载器启动我们自定义的类加载器，在这个类加载器里加一个类加载监听器，监听器发现目标类被加载时就织入切入逻辑，咱们再看看使用Javassist实现AOP的代码：
//获取存放CtClass的容器ClassPool
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
//创建一个类加载器
Loader cl = new Loader();
//增加一个转换器
cl.addTranslator(cp, new MyTranslator());
//启动MyTranslator的main函数
cl.run("jsvassist.JavassistAopDemo$MyTranslator", args);
其中
public static class MyTranslator implements Translator {
public void start(ClassPool pool) throws NotFoundException, CannotCompileException {
}
/* *
* 类装载到JVM前进行代码织入
*/
public void onLoad(ClassPool pool, String classname) {
if (!"model$Business".equals(classname)) {
return;
}
//通过获取类文件
try {
CtClass cc = pool.get(classname);
//获得指定方法名的方法
CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("doSomeThing");
//在方法执行前插入代码
m.insertBefore("{ System.out.println(\"记录日志\"); }");
} catch (NotFoundException e) {
} catch (CannotCompileException e) {
}
}
}
小结
从本节中可知，使用自定义的类加载器实现AOP在性能上要优于动态代理和Cglib，因为它不会产生新类，但是它仍然存在一个问题，就是如果其他的类加载器来加载类的话，这些类将不会被拦截
字节码转换
自定义的类加载器实现AOP只能拦截自己加载的字节码，那么有没有一种方式能够监控所有类加载器加载字节码呢？有，使用Instrumentation，它是 Java 5 提供的新特性，使用 Instrumentation，开发者可以构建一个字节码转换器，在字节码加载前进行转换。本节使用Instrumentation和javassist来实现AOP。
构建字节码转换器
首先需要创建字节码转换器，该转换器负责拦截Business类，并在Business类的doSomeThing方法前使用javassist加入记录日志的代码。
public class MyClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {
/**
* 字节码加载到虚拟机前会进入这个方法
*/
@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer)
throws IllegalClassFormatException {
System.out.println(className);
//如果加载Business类才拦截
if (!"model/Business".equals(className)) {
return null;
}
//javassist的包名是用点分割的，需要转换下
if (className.indexOf("/") != -1) {
className = className.replaceAll("/", ".");
}
try {
//通过包名获取类文件
CtClass cc = ClassPool.getDefault().get(className);
//获得指定方法名的方法
CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("doSomeThing");
//在方法执行前插入代码
m.insertBefore("{ System.out.println(\"记录日志\"); }");
return cc.toBytecode();
} catch (NotFoundException e) {
} catch (CannotCompileException e) {
} catch (IOException e) {
//忽略异常处理
}
return null;
}
注册转换器
使用premain函数注册字节码转换器，该方法在main函数之前执行。
public class MyClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {
public static void premain(String options, Instrumentation ins) {
//注册我自己的字节码转换器
ins.addTransformer(new MyClassFileTransformer());
}
}
配置和执行
需要告诉JVM在启动main函数之前，需要先执行premain函数。首先需要将premain函数所在的类打成jar包。并修改该jar包里的META-INF\MANIFEST.MF 文件。
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: bci. MyClassFileTransformer
然后在JVM的启动参数里加上。javaagent:D:\java\projects\opencometProject\Aop\lib\aop.jar
