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【JavaEE】Spring AOP （面向切面）详解

news 来源：原创 2024/4/30 5:01:47

1. 什么是 Spring AOP？
- 1.1 AOP
- 1.2 使用 AOP 的场景
2. AOP 组成
- 2.1 切面（Aspect）
- 2.2 连接点（Join Point）
- 2.3 切点（Pointcut）
- 2.4 通知（Advice）
3. AOP 概念举列
4. Spring AOP 实现
- 4.1 添加 spring AOP 框架支持
- 4.2 定义切面和切点
- - 4.2.1 AspectJ 表达式语法说明
- 4.3 定义相关通知（实现通知方法）
- - 4.3.1 前置通知 @Before + 后置通知 @After
  - 4.3.2 返回之后通知 @AfterReturning + 抛异常后通知 @AfterThrowing：
  - 4.3.3 环绕通知 @Around （统计对应类下每个方法的执行时间）
5. Spring AOP 实现原理（了解即可）
- 5.1 织入（Weaving）：代理的生成时机 -- 运行期
- 5.2 动态代理
- 5.3 JDK 和 CGLIB 实现的区别

1. 什么是 Spring AOP？

Spring AOP 与 AOP 就如果 IOC（思想：控制反转）和 DI （具体实现：依赖注入），其中AOP是思想，Spring AOP是具体实现。

AOP 是⼀种思想， Spring AOP 是⼀个框架，提供了⼀种对 AOP 思想的实现。

1.1 AOP

AOP（Aspect Oriented Programming）：⾯向切⾯编程，它是⼀种思想，它是对某⼀类事情的集中处理。

AOP：面向切面编程，与OOP（面向对象编程）类似但又不互斥，可以说AOP是OOP的一种拓展与补充。

⽐如⽤户登录权限的效验，没用 AOP 之前，我们所有需要判断⽤户登录的⻚⾯（中的⽅法），都要各⾃实现或调⽤⽤户验证的⽅法，然⽽有了 AOP 之后，我们只需要在某⼀处配置⼀下，所有需要判断⽤户登录⻚⾯（中的⽅法）就全部可以实现用户登录验证了，不再需要每个⽅法中都写相同的⽤户登录验证了。

1.2 使用 AOP 的场景

如在判断用户是否登录的场景中，一个网站项目中，除了登录和注册这两个页面不用判断用户登录状态，此外的诸多页面都需要使用同样的方式来判断用户是否登录，这些判断方法都是相同的，这么多的方法就会增加代码的维护和修改的成本；

对于这种功能的统一，且使用的地方较多的功能，就可以考虑 AOP 来进行统一处理了。

除了统⼀的⽤户登录判断之外，AOP 还可以实现：

统⼀⽇志记录
统⼀⽅法执⾏时间统计
统⼀的返回格式设置
统⼀的异常处理
事务的开启和提交等

也就是说使⽤ AOP 可以扩充多个对象的某个能⼒，所以 AOP 可以说是 OOP（Object OrientedProgramming，⾯向对象编程）的补充和完善。

2. AOP 组成

AOP 组成的官方概念很难理解，这里给出官网解释（不加粗）和博主个人理解解释（加粗）

2.1 切面（Aspect）

切⾯（Aspect）由切点（Pointcut）和通知（Advice）组成，它既包含了横切逻辑的定义，也包括了连接点的定义。

切面：定义 AOP 是针对哪个统一的功能的，这个功能就叫做一个切面，比如用户登录功能或方法的统计日志，他们就各是一个切面。切面是由切点 +通知组成的。切⾯是包含了：通知、切点和切⾯的类，相当于 AOP 实现的某个功能的集合。

2.2 连接点（Join Point）

应⽤执⾏过程中能够插⼊切⾯的⼀个点，这个点可以是⽅法调⽤时，抛出异常时，甚⾄修改字段时。切⾯代码可以利⽤这些点插⼊到应⽤的正常流程之中，并添加新的⾏为。

连接点：所有可能触发 AOP （拦截方法的点）就称为连接点；连接点相当于需要被增强的某个 AOP 功能的所有方法。

2.3 切点（Pointcut）

Pointcut 是匹配 Join Point 的谓词。

Pointcut 的作⽤就是提供⼀组规则（使⽤ AspectJ pointcut expression language 来描述）来匹配 Join Point，给满⾜规则的 Join Point 添加 Advice。

切点：用来定义 AOP 拦截的规则的；切点相当于保存了众多连接点的⼀个集合（如果把切点看成⼀个表，而连接点就是表中⼀条⼀条的数据）。

2.4 通知（Advice）

切⾯也是有⽬标的 ——它必须完成的⼯作。在 AOP 术语中，切⾯的⼯作被称之为通知。

通知：定义了切⾯是什么，何时使⽤，其描述了切⾯要完成的⼯作，还解决何时执⾏这个⼯作的问题。

通知：规定 AOP 执行的时机和执行的方法；

Spring 切⾯类中，可以在⽅法上使⽤以下注解，会设置⽅法为通知⽅法，在满⾜条件后会通知本⽅法进⾏调⽤：

前置通知使用 @Before：通知⽅法会在⽬标⽅法调⽤之前执⾏。
后置通知使用 @After：通知⽅法会在⽬标⽅法返回或者抛出异常后调⽤。
返回之后通知使用 @AfterReturning：通知⽅法会在⽬标⽅法返回后调⽤。
抛异常后通知使用 @AfterThrowing：通知⽅法会在⽬标⽅法抛出异常后调⽤。
环绕通知使⽤ @Around：通知包裹了被通知的⽅法，在被通知的⽅法通知之前和调用之后执行自定义的行为。
通知相当于要增强的方法

3. AOP 概念举列

AOP 整个组成部分的概念如下图所示，以多个页面都要访问⽤户登录权限为例：
在这里插入图片描述

4. Spring AOP 实现

这节博主用 Spring AOP 来实现⼀下 AOP 的功能，完成的⽬标是拦截所有 UserController ⾥⾯的⽅法，每次调⽤ UserController 中任意⼀个⽅法时，都执⾏相应的通知事件。

实现步骤如下：

4.1 添加 spring AOP 框架支持

在 maven 中央仓库中搜索 spring aop,，选择如图所示第二个：
选择一个次新版本（考虑稳定），点进去：
在这里插入图片描述
在 pom.xml 中添加如下配置：

!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.springframework.boot/springboot-starter-aop -->
<dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

4.2 定义切面和切点

切面指的是具体要处理的某⼀类问题，⽐如⽤户登录权限验证就是⼀个具体的问题；
Spring AOP 切面的定义如下，在切面中我们要定义拦截的规则（切点），具体实现如下：在这里插入图片描述

这里切点的定义使用的是 AspectJ 表达式语法

其中 pointcut ⽅法为空⽅法，它不需要有⽅法体，此⽅法名就是起到⼀个“标识”的作⽤，标识下⾯的通知⽅法具体指的是哪个切点（因为切点可能有很多个）。

4.2.1 AspectJ 表达式语法说明

AspectJ ⽀持三种通配符：

*：表示匹配任意的内容，用在返回值，包名，类名，方法名都可以使用
…：匹配任意字符，可以使用在方法参数上，如果用在类上需要配合 * 一起使用
+：表示匹配指定类及其它底下的所有子类，比如 com.Car+ 表示匹配Car 及其所有的子类

在这里插入图片描述

切点表达式由切点函数组成，其中 execution() 是最常⽤的切点函数，⽤来匹配⽅法，语法为：

execution(<修饰符><返回类型><包.类.⽅法(参数)><异常>)
（修饰符和异常可以省略）

表达式示例：
在这里插入图片描述

4.3 定义相关通知（实现通知方法）

通知定义的是被拦截的⽅法具体要执⾏的业务，⽐如⽤户登录权限验证⽅法就是具体要执⾏的业务。

Spring AOP 中，可以在⽅法上使⽤以下注解，会设置⽅法为通知⽅法，在满⾜条件后会通知本⽅法进⾏调⽤：

前置通知使⽤@Before：通知⽅法会在⽬标⽅法调⽤之前执⾏。
后置通知使⽤@After：通知⽅法会在⽬标⽅法返回或者抛出异常后调⽤。
返回之后通知使⽤@AfterReturning：通知⽅法会在⽬标⽅法返回后调⽤。
抛异常后通知使⽤@AfterThrowing：通知⽅法会在⽬标⽅法抛出异常后调⽤。
环绕通知使⽤@Around：通知包裹了被通知的⽅法，在被通知的⽅法通知之前和调⽤之后执⾏⾃定义的⾏为。

具体实现如下：
usercontroller 类下方法如下：
在这里插入图片描述

4.3.1 前置通知 @Before + 后置通知 @After

前置通知：
在这里插入图片描述
后置通知：

在设置了前置通知和后置通知的情况下，访问方法：

可以看出，前置通知与后置通知分别在方法执行之前和之后进行执行。

4.3.2 返回之后通知 @AfterReturning + 抛异常后通知 @AfterThrowing：

在这里插入图片描述
此时在代码中触发一个被除数为0的异常：

在这里插入图片描述
可以看出先执行前置通知，在方法抛出异常后，抛异常后通知@AfterThrowing 执行，接着再执行后置通知；

如果正常放回，则是：
在这里插入图片描述

先执行前置通知，在方法正常返回后，返回之后通知 @AfterReturning执行，接着再执行后置通知；

4.3.3 环绕通知 @Around （统计对应类下每个方法的执行时间）

环绕通知博主以实现记录方法所执行的时间的需求来举列：
具体实现细节如下：
在这里插入图片描述
加上前面的调整，访问方法结果如下：

使用以上的注解就能实现 spring AOP 啦 ~

5. Spring AOP 实现原理（了解即可）

Spring AOP 是通过动态代理的⽅式，在运行期将 AOP 代码织入到程序中的，它的实现⽅式有两种：JDK Proxy 和 CGLIB，这两种实现动态代理的方式均使用到了反射的知识。

Spring AOP 是构建在动态代理基础上，因此 Spring 对 AOP 的⽀持局限于⽅法级别的拦截。（功能的最小实现就是方法）

Spring AOP ⽀持 JDK Proxy 和 CGLIB Proxy ⽅式实现动态代理。
默认情况下，实现了接⼝的类，使⽤AOP 会基于 JDK ⽣成代理类，没有实现接⼝的类，会基于 CGLIB ⽣成代理类。
在这里插入图片描述

5.1 织入（Weaving）：代理的生成时机 – 运行期

织⼊是把切⾯应⽤到⽬标对象并创建新的代理对象的过程，切⾯在指定的连接点被织⼊到⽬标对象中。

在⽬标对象的⽣命周期⾥有多个点可以进⾏织⼊：

编译期：切⾯在⽬标类编译时被织⼊。这种⽅式需要特殊的编译器。AspectJ的织⼊编译器就是以这种⽅式织⼊切⾯的。
类加载器：切⾯在⽬标类加载到JVM时被织⼊。这种⽅式需要特殊的类加载器（ClassLoader）,它可以在⽬标类被引⼊应⽤之前增强该⽬标类的字节码。AspectJ5的加载时织⼊（load-time weaving. LTW）就⽀持以这种⽅式织⼊切⾯。
运⾏期：切⾯在应⽤运⾏的某⼀时刻被织⼊。⼀般情况下，在织⼊切⾯时，AOP容器会为⽬标对象动态创建⼀个代理对象。SpringAOP就是以这种⽅式织⼊切⾯的。

5.2 动态代理

此种实现在设计模式上称为动态代理模式，在实现的技术⼿段上，都是在 class 代码运⾏期，动态的织⼊字节码。

Spring AOP，主要基于两种⽅式：JDK 及 CGLIB 的⽅式。这两种⽅式的代理⽬标都是被代理类中的⽅法，在运⾏期，动态的织⼊字节码⽣成代理类。

CGLIB是Java中的动态代理框架，主要作⽤就是根据⽬标类和⽅法，动态⽣成代理类。
Java中的动态代理框架，⼏乎都是依赖字节码框架（如 ASM，Javassist 等）实现的。
字节码框架是直接操作 class 字节码的框架。可以加载已有的class字节码⽂件信息，修改部分信息，或动态⽣成⼀个 class。

5.3 JDK 和 CGLIB 实现的区别

JDK 实现，要求被代理类必须实现接⼝，之后是通过 InvocationHandler 及 Proxy，在运⾏时动态的在内存中⽣成了代理类对象，该代理对象是通过实现同样的接⼝实现（类似静态代理接⼝实现的⽅式），只是该代理类是在运⾏期时，动态的织⼊统⼀的业务逻辑字节码来完成。
CGLIB 实现，被代理类可以不实现接口，是通过继承被代理类，在运⾏时动态的⽣成代理类对象。（final修饰的最终类不能被继承，也就不能使用 CGLIB 实现动态代理，只能通过 JDK 实现）