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从零开始实现一个简易的Java MVC框架(四)--实现AOP

前言

AOP全称是Aspect Oriented Programming,叫做面向切面编程,和面向对象编程(OOP)一样也是一种编程思想,也是spring中一个重要的部分。

其实现基于代理模式,对原来的业务进行增强。比如说原来的功能是增删改查,想要不修改源代码的情况下增强原来的功能,那么就可以对原来的业务类生成一个代理的对象,在代理对象中实现方法对原来的业务增强。

而代理又分静态代理和动态代理,通常我们都是用动态代理,因为静态代理都是硬编码,不适合拿来用在实现框架这种需求里。在java中通常有两种代理方式,一个是jdk自带的代理,另一个是cglib实现的代理方式,这两个代理各有特点,不大了解的话可以自行查找资料看看。

在spring的底层这两种代理方式都支持,在默认的情况下,如果bean实现了一个接口,spring会使用jdk代理,否则就用cglib代理。

在doodle框架里用了cglib代理的方式,因为这种方式代理的类不用实现接口,实现更灵活

实现准备

在具体实现AOP功能前,先做一些准备。

因为cglib代理不是jdk自带的,所以先在pom.xml引入cglib。

<properties>
    ...
    <cglib.version>3.2.6</cglib.version>
</properties>
<dependencies>
	...
    <!-- cglib -->
    <dependency>
        <groupId>cglib</groupId>
        <artifactId>cglib</artifactId>
        <version>${cglib.version}</version>
    </dependency>
</dependencies>

然后在zbw.aop包下创建一个annotation包,然后再创建一个Aspect注解。这个注解是用于标记在''切面''中,即实现代理功能的类上面。

package com.zbw.aop.annotation;
import ...;

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Aspect {
    /**
     * 目标代理类的范围
     */
    Class<? extends Annotation> target();
}

接着在zbw.aop包下创建一个advice包,这个包下放一系列的通知接口(Advice)。其中包括:

  • 基础通知接口Advice,所有通知接口都要继承这个接口
  • 前置通知接口MethodBeforeAdvice,继承这个通知接口并实现其前置方法,可以前置增强目标类,即目标方法执行前会先执行这个前置方法。
  • 后置通知接口AfterReturningAdvice,继承这个通知接口并实现其返回后方法,可以后置增强目标类,即目标方法执后并放回结果时,会执行这个返回方法。
  • 异常通知接口ThrowsAdvice,继承这个通知接口并实现其异常方法,可以增强目标类的异常,即目标方法发生异常时,会执行这个异常方法。
  • 环绕通知接口AroundAdvice,这个接口继承了MethodBeforeAdvice,AfterReturningAdvice,ThrowsAdvice这三个接口,相当于这三个接口的合集。

在spring中还有其他几种的通知,这里暂时就不一一实现,我们就实现这几种相对来说最常用的。

/**
 * 通知接口
 */
public interface Advice {
}


/**
 * 前置通知接口
 */
public interface MethodBeforeAdvice extends Advice {
    /**
     * 前置方法
     */
    void before(Class<?> clz, Method method, Object[] args) throws Throwable;
}


/**
 * 返回通知接口
 */
public interface AfterReturningAdvice extends Advice {
    /**
     * 返回后方法
     */
    void afterReturning(Class<?> clz, Object returnValue, Method method, Object[] args) throws Throwable;
}

/**
 * 异常通知接口
 */
public interface ThrowsAdvice extends Advice {
    /**
     * 异常方法
     */
    void afterThrowing(Class<?> clz, Method method, Object[] args, Throwable e);
}



/**
 * 环绕通知接口
 */
public interface AroundAdvice extends MethodBeforeAdvice, AfterReturningAdvice, ThrowsAdvice {
}

实现AOP

刚才实现了几种通知接口,我们先将这些通知接口使用起来,实现代理类。

package com.zbw.aop;
import ...

/**
 * 代理通知类
 */
@Slf4j
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Data
public class ProxyAdvisor {

    /**
     * 通知
     */
    private Advice advice;

    /**
     * 执行代理方法
     */
    public Object doProxy(Object target, Class<?> targetClass, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        Object result = null;

        if (advice instanceof MethodBeforeAdvice) {
            ((MethodBeforeAdvice) advice).before(targetClass, method, args);
        }
        try {
            //执行目标类的方法
            result = proxy.invokeSuper(target, args);
            if (advice instanceof AfterReturningAdvice) {
                ((AfterReturningAdvice) advice).afterReturning(targetClass, result, method, args);
            }
        } catch (Exception e) {
            if (advice instanceof ThrowsAdvice) {
                ((ThrowsAdvice) advice).afterThrowing(targetClass, method, args, e);
            } else {
                throw new Throwable(e);
            }
        }
        return result;
    }
}

这个类就是代理类ProxyAdvisor,即到时候我们的目标类执行的时候,实际上就是执行我们这个代理类。在ProxyAdvisor中有属性Advice便是刚才编写的通知接口,然后在目标方法执行的时候,就会执行doProxy()方法,通过判定Advice接口的类型来执行在接口中实现的方法。

执行的顺序就是 MethodBeforeAdvice@before() -> MethodProxy@invokeSuper() -> AfterReturningAdvice@afterReturning(),如果目标方法出现异常则会执行ThrowsAdvice@afterThrowing()方法。

接下来就是实现AOP的执行器

package com.zbw.aop;
import ...

/**
 * Aop执行器
 */
@Slf4j
public class Aop {

    /**
     * Bean容器
     */
    private BeanContainer beanContainer;

    public Aop() {
        beanContainer = BeanContainer.getInstance();
    }

    public void doAop() {
        beanContainer.getClassesBySuper(Advice.class)
                .stream()
                .filter(clz -> clz.isAnnotationPresent(Aspect.class))
                .forEach(clz -> {
                    final Advice advice = (Advice) beanContainer.getBean(clz);
                    Aspect aspect = clz.getAnnotation(Aspect.class);
                    beanContainer.getClassesByAnnotation(aspect.target())
                            .stream()
                            .filter(target -> !Advice.class.isAssignableFrom(target))
                            .filter(target -> !target.isAnnotationPresent(Aspect.class))
                            .forEach(target -> {
                                ProxyAdvisor advisor = new ProxyAdvisor(advice);
                                Object proxyBean = ProxyCreator.createProxy(target, advisor);
                                beanContainer.addBean(target, proxyBean);
                            });
                });
    }
}

和上一节实现IOC的执行器的时候类似,先在AOP执行器的构造函数获取到单例化得BeanContainer容器。

然后在doAop()方法中实现AOP功能。

  • 遍历在BeanContainer容器被Aspect注解的Bean,并找到实现了Advice接口的类,这些类便是切面
  • 获取切面上的注解Aspecttarget()的值,这个值就是要被代理的类的注解。比如说有个切面的注解为@Aspect(target = Controller.class),那么这个切面会作用在被Controller注解的类上。
  • 遍历BeanContainer容器被aspect.target()的值注解的Bean,找到目标代理类
  • 创建ProxyAdvisor代理类并通过cglib创建出这个代理类的实例,并把这个类实例放回到BeanContainer容器中。

在方法中有一个代理类创造器ProxyCreator,他就是通过cglib来创建代理类的,最后实现一下这个创造器。

package com.zbw.aop;

import ...

/**
 * 代理类创建器
 */
public final class ProxyCreator {

    /**
     * 创建代理类
     */
    public static Object createProxy(Class<?> targetClass, ProxyAdvisor proxyAdvisor) {
        return Enhancer.create(targetClass,
                (MethodInterceptor) (target, method, args, proxy) ->
                        proxyAdvisor.doProxy(target, targetClass, method, args, proxy));
    }
}

以上我们最基本的AOP功能就实现了,但是目前来说,我们的Advice实现类是不会被Bean容器BeanContainer加载的,所有要在Bean容器的BEAN_ANNOTATION属性添加@Aspect注解

//BeanContainer
...

/**
* 加载bean的注解列表
*/
private static final List<Class<? extends Annotation>> BEAN_ANNOTATION 
= Arrays.asList(Component.class, Controller.class, Service.class, Repository.class,Aspect.class);

...

测试用例

在上一篇文章从零开始实现一个简易的Java MVC框架(三)--实现IOC中的测试用例的基础上,在实现一个DoodleAspect切面,这切面实现了AroundAdvice的通知接口并实现其中的三个方法。

package com.zbw.bean;
import ...

@Slf4j
@Aspect(target = Controller.class)
public class DoodleAspect implements AroundAdvice {

    @Override
    public void before(Class<?> clz, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        log.info("Before  DoodleAspect ----> class: {}, method: {}", clz.getName(), method.getName());
    }

    @Override
    public void afterReturning(Class<?> clz, Object returnValue, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        log.info("After  DoodleAspect ----> class: {}, method: {}", clz, method.getName());
    }

    @Override
    public void afterThrowing(Class<?> clz, Method method, Object[] args, Throwable e) {
        log.error("Error  DoodleAspect ----> class: {}, method: {}, exception: {}", clz, method.getName(), e.getMessage());
    }
}

然后再编写AopTest的测试用例,这里要注意,Aop执行器必须要在Ioc执行器之前执行,不然注入到Bean中的实例将可能不是代理类。

package com.zbw.aop;
import ...

@Slf4j
public class AopTest {
    @Test
    public void doAop() {
        BeanContainer beanContainer = BeanContainer.getInstance();
        beanContainer.loadBeans("com.zbw");
        new Aop().doAop();
        new Ioc().doIoc();
        DoodleController controller = (DoodleController) beanContainer.getBean(DoodleController.class);
        controller.hello();
    }
}

可以看到在执行DoodleController@hello()方法的前后分别执行了DoodleAspect@before()DoodleAspect@afterReturning()方法。说明AOP的功能已经完成了。

目前缺陷

虽然完成了AOP功能,但是还是有几个比较严重的缺陷的

  • 对目标类的筛选不是很便捷,现在是用Aspect.target()的值,来筛选出被这个值注解的类,这样太笼统了。假如Aspect.target()=Controller.class,那么所有被Controller注解的controller里的左右方法都要被代理。我们希望能够像spring那样如execution(* com.zbw.*.service..*Impl.*(..)),用一些表达式来筛选目标类。
  • 一个目标类只能被一个切面作用。目前来说比如有DoodleAspect1DoodleAspect2两个切面,都作用于DoodleController上,只有一个切面能生效,这也不合理。

所以在后面的章节会完善实现这两个问题。


源码地址:doodle

原文地址:从零开始实现一个简易的Java MVC框架(四)--实现AOP

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