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源码学习之Spring AOP
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源码学习之Spring AOP
自猿其说Tech
2022-06-02
IP归属：未知
591浏览
计算机编程
### 1 前言 实际工作中，为了满足业务需要，或者为多个不具有继承关系的对象引入一个公共行为，例如日志、监控、事务等，如果我们直接修改源码，会破坏原有的代码逻辑，可能产生大量重复的代码，也可能会造成一定的风险，这时候我们就会想到借助Spring AOP来做到这一点。 UserService是一个普通的bean ```java @Component public class UserService { public void test() { System.out.println("test..."); } } ``` 定义切面 ```java @Aspect @Component public class MyAspect { @Before("execution(public void com.jd.service.UserService.test())") public void myBefore(JoinPoint joinPoint) { System.out.println("before..."); } @After("execution(public void com.jd.service.UserService.test())") public void myAfter(JoinPoint joinPoint) { System.out.println("after..."); } @Around("execution(public void com.jd.service.UserService.test())") public Object cwAround(ProceedingJoinPoint point) { Object obj = null; System.out.println("around before..."); try { obj = point.proceed(); }catch (Throwable throwable) { throwable.printStackTrace(); } System.out.println("around after..."); return obj; } } ``` 开启对Spring AOP支持的配置 ```java @ComponentScan("com.jd.service") @EnableAspectJAutoProxy public class AppConfig { } ``` 测试 ```java public class Test { public static void main(String[] args) { AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class); UserService userService = (UserService) applicationContext.getBean("userService"); userService.test(); } } ``` 不出意外，我们会看到控制台中打印了如下的结果：  那么，Spring究竟是如何实现AOP的呢？下面通过本文来进行详细分析（文章有些长，可以先收藏待有时间后再慢慢看）。 ### 2 Spring AOP原理介绍 AOP： aspect object programming 面向切面编程，其功能就是让关注点代码与业务代码分离。关于AOP中的概念本身是比较难理解的，Spring官网上是这么说的： Let us begin by defining some central AOP concepts and terminology. These terms are not Spring-specific. Unfortunately, AOP terminology is not particularly intuitive.However, it would be even more confusing if Spring used its own terminology. 意思是，AOP中的这些概念不是Spring特有的，不幸的是，AOP中的概念不是特别直观的，但是，如果Spring重新定义自己的那可能会导致更加混乱。 我们先看下AOP中主要的概念定义： - Aspect：表示切面，比如被@Aspect注解的类就是切面，可以在切面中去定义Pointcut、Advice等等； - Join point：表示连接点，表示一个程序在执行过程中的一个点，比如一个方法的执行，比如一个异常的处理，在Spring AOP中，一个连接点通常表示一个方法的执行。 - Advice：表示通知，表示在一个特定连接点上所采取的动作。Advice分为不同的类型，后面详细讨论，在很多AOP框架中，包括Spring，会用Interceptor拦截器来实现Advice，并且在连接点周围维护一个Interceptor链； - Pointcut：表示切点，用来匹配一个或多个连接点，Advice与切点表达式是关联在一起的，Advice将会执行在和切点表达式所匹配的连接点上； - Introduction：可以使用@DeclareParents来给所匹配的类添加一个接口，并指定一个默认实现； - Target object：目标对象，被代理对象； - AOP proxy：表示代理工厂，用来创建代理对象的，在Spring Framework中，要么是JDK动态代理，要么是CGLIB代理； - Weaving：表示织入，表示创建代理对象的动作，这个动作可以发生在编译时期（比如Aspejctj），或者运行时，比如Spring AOP。 下面用一个图描述下这些概念之间关系：  下面是Spring创建代理类的时序图：  下面是代理对象调用的时序图，以JDK动态代理为例：  ### 3 Spring AOP底层源码解析 #### 3.1 AOP基于注解的入口 在前言中的示例中，开启Sping AOP最重要的一个注解就是@EnableAspectJAutoProxy，这个注解主要就是往Spring容器中添加了一个AspectJAutoProxyRegistrar类型的Bean。  具体看看注解里面的 AspectJAutoProxyRegistrar 这个类:  再往下看：  其实，注解@EnableAspectJAutoProxy的作用就是通过@Import注册 AOP 入口类AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator，从而开启了AOP，并设置了两个属性proxyTargetClass和exposeProxy。 ##### proxyTargetClass： true - 目标对象实现了接口– 使用 CGLIB 代理机制 - 目标对象没有接口(只有实现类) – 使用 CGLIB 代理机制 false - 目标对象实现了接口– 使用 JDK 动态代理机制(代理所有实现了的接口) - 目标对象没有接口(只有实现类) – 使用 CGLIB 代理机制 ##### exposeProxy： 用于设置代理对象是否需要暴露，说白了就是确认是否需要把代理对象设置到ThreadLocal中。 #### 3.2 是否生成代理 我们再来看AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator这个类：  在类的层级中，我们看到AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator实现了BeanPostProcessor接口，当Spring在创建某个Bean时，就会进入到它对应的生命周期方法中，在某个Bean初始化之后，会调用wrapIfNecessary方法判断该 bean 是否生成代理。 在父类AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization中代码如下：  重点看一下这个方法 wrapIfNecessary，如果有切面就会生成对应的代理：  getAdvicesAndAdvisorsForBean方法就是判断当前 bean 是否有切面 advisor，如果有切面就会走到 createProxy 方法，生成代理对象然后返回。 我们继续分析，看下Spring是如何寻找切面Advisor的。先看找合格切面的逻辑：  在findEligibleAdvisors方法中会寻找合格的切面，主要包含两个过程：找到候选的切面和判断候选的切面是否适用于当前Bean上面，对应的方法就是findCandidateAdvisors和findAdvisorsThatCanApply。  ##### 3.2.1 获取Advisor集合 下面重点看一下 findCandidateAdvisors()寻找合格切面的过程：  重点看一下这个 buildAspectJAdvisors()方法，此方法的处理逻辑如下： 首先，获取 spring 容器中的所有 bean 的名称 BeanName，组成 BeanNames 数组。  然后，循环遍历 BeanNames 数组，判断该类上面是否有@Aspect 注解，如果有则是我们要找的，添加到 aspectNames。  再把带@Aspect 注解的单个 beanName 包装成 MetadataAwareAspectInstanceFactory 工厂，用于获取 getAdvisors 创建切面 advisor集合使用(注：一个 bean 当中可能有多个 advisor，单个 advisor 是由 poincut 和 advice 组成，因此每个 bean对应的都是一个 advisors 集合)  然后，创建切面 advisor 对象，下面是 getAdvisors 过程,循环单个 Bean 里面的除了@PointCut 注解的方法，判断当前方法上面的注解是否在@Around、@Before、@After、 @AfterReturning、 @AfterThrowing 中间，如果包含在这些注解之中， 就把注解里面的信息，比如表达式，argNames，注解类型等信息封装成对象 AspectJAnnotation。  getAdvisors方法中又包含了以下几步： - 从工厂中获取有@Aspect 注解的类 Class； - 从工厂中获取有@Aspect 注解的类的名称； - 创建工厂的装饰类； - 从上面包装的工厂中获取对应的带@Aspect 注解的单个 Class 对象，遍历这个 aspectClass 对象中的所有没有被 @Pointcut 标注的方法，然后把收集到的方法进行过滤；  再看一下getAdvisor这个方法，循环遍历没有@Pointcut 注解的方法，并且把每个方法组装成 Advisor 对象。  ##### PointCut对象创建 我们先看一下如何获取 PointCut 对象的，看一下 getPointcut()这个方法，把注解信息封装成 AspectJAnnotation 对象，封装一个 PointCut 类，并且把前面从注解里面解析的表达式设置进去  重点看一下，怎么封装成AspectJAnnotaition 对象的，看一下这个方法 findAspectJAnnotationOnMethod，如下所示：  遍历所有注解（Pointcut.class, Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class），找到对应的@Around@Before等注解封装成AspectJAnnotation对象。  下面再看一下 new AspectJAnnotation<>(result)这里面对应的内容。  以上，我们拥有了AspectJExpressionPointcut，有了 pointcut 对象。 ##### Advice对象创建 下面我们再看一下advice 对象的创建过程   看一下 instantiateAdvice 这个方法，如下图所示：  继续看 getAdvice 这个方法，这个方法是获取有@Aspect 注解的类，然后把方法上面的注解包装成 AspectJAnnotation 对象：  看下对应的 AspectJAnnotation 这个类， 这个类中包括 6 种注解类型：  我们再往下看 getAdvice 这个方法：   不同的Advice对象如下：AspectJAroundAdvice，AspectJAfterAdvice，AspectJAfterThrowingAdvice，AspectJMethodBeforeAdvice，AspectJAfterReturningAdvice，最终把注解对应的Advice对象和 pointCut对象封装成Advisor对象。 ##### 小结 上面的一大堆方法就是为了给一个类中的某一个方法包装成对应的 Advisor，一个类中可能有多个不同的方法，每个方法都包装成对应的 Advisor 对象，这样对应的一个类中就会有一个List<Advisor>集合，返回给前面。 ##### 3.2.2 寻找匹配的Advisor集合 上述我们分析了Spring如何把工程中所有有@Aspect这个注解的类封装成List<Advisor>返回，接下来，我们再继续分析Spring是如何判断当前bean是否能匹配到集合中的切面，即集合中是否包含当前bean的切面信息。 我们从findAdvisorsThatCanApply方法看下匹配合格切面的过程：  继续看AopUtils.findAdvisorsThatCanApply这个方法，主要是寻找所有Advisor中适用于当前class的Advisor，引介切面和普通的处理不太一样，所以进行了分开处理。  真正的匹配是在canApply方法中   #### 3.3 代理类的创建 当某个Bean有切面Advisor匹配时，便进入到了创建代理对象的过程中，我们回到AbstractAutoProxyCreator类的postProcessBeforeInstantiation方法中。  看下创建代理的过程: 对于代理类的创建及处理，Spring委托给了ProxyFactory去处理，在createProxy方法中，主要就是对ProxyFactory的初始化操作，进而对真正的创建代理做准备，这些初始化操作包括如下内容。 - 获取当前类的属性; - 添加代理接口; - 封装Advisor并加入到ProxyFactory中; - 设置要代理的类; - 提供了定制代理的方法customizeProxyFactory; - 获取代理对象;   其中，封装Advisor并加入到ProxyFactory中和创建代理是两个相对繁琐的过程。 buildAdvisors方法将切面对象重新包装，把自定义的MethodInterceptor类型的类包装成Advisor切面类并加入到代理工厂中。   proxyFactory.getProxy方法会根据proxyTargetClass参数和是否实现接口，来判断是采用JDK代理还是CGLIB代理。    JdkDynamicAopProxy 1. 在构造JdkDynamicAopProxy对象时，会先拿到被代理对象自己所实现的接口，并且额外的增加SpringProxy、Advised、DecoratingProxy三个接口，组合成一个Class[]，并赋值给proxiedInterfaces属性； 2. 并且检查这些接口中是否定义了equals()、hashcode()方法； 3. 执行 Proxy.newProxyInstance(classLoader, this.proxiedInterfaces, this) ，得到代理对象，JdkDynamicAopProxy作为InvocationHandler，代理对象在执行某个方法时，会进入到JdkDynamicAopProxy的**invoke()**方法中。 ObjenesisCglibAopProxy 1. 创建Enhancer对象； 2. 设置Enhancer的superClass为通过ProxyFactory.setTarget()所设置的对象的类； 3. 设置Enhancer的interfaces为通过ProxyFactory.addInterface()所添加的接口，以及SpringProxy、Advised、DecoratingProxy接口； 4. 设置Enhancer的Callbacks为DynamicAdvisedInterceptor； 5. 最后创建一个代理对象，代理对象在执行某个方法时，会进入到DynamicAdvisedInterceptor的intercept()方法中。 #### 3.4 代理类的调用 上面Spring已经帮我们创建出来代理对象了，现在我们继续分析拿到代理对象后的调用，以JDK动态代理为例，CGLIB调用逻辑类似。 代理对象创建完成后，当发生代理对象调用时，肯定会调用到实现了invocationHandler接口的类，这个类就是JdkDynamicAopProxy，必定会调用到该类的invoke 方法。 Ok，我们看看invoke方法：  从代理工厂中拿到切面，并且跟当前被代理类和当前被调用方法匹配，如果匹配就返回切面中的advice 对象，这就是advice 执行链，其实就是对应的 interceptor List 列表：  我们看下getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice这个方法的逻辑：  继续往下跟，从代理工厂中获得该被代理类的所有切面advisor，config就是代理工厂对象  然后再开始一轮遍历，如果切面的pointCut和被代理对象Class类是匹配的，说明被代理对象这个Class类是切面要拦截的对象。  判断匹配的被代理对象中的方法是否是切面pointcut需要拦截的方法  如上图所示，获取到切面advisor中的advice，并且包装成MethodInterceptor类型的对象，接下来我们看一下getInterceptors方法，此步骤最关键的是对不同类型的advice进行了统一包装，方便后续进行统一的代码调用。 如下图所示：  如果是MethodInterceptor类型的，如：AspectJAroundAdvice、AspectJAfterAdvice、AspectJAfterThrowingAdvice，则直接添加到拦截器；如果是MethodBeforeAdviceAdapter、AfterReturningAdviceAdapter、ThrowsAdviceAdapter，则需要advice包装成MethodInterceptor类型的advice。 我们再返回到invoke方法中，继续往下看，从代理工厂中拿过滤器链，如果该方法没有执行链，则说明这个方法不需要被拦截，则直接反射调用  如果有执行连，即chain不为空，我们继续分析下proceed这个方法的调用逻辑。 我们以具体的示例来分析一下AOP调用的过程，此例中共有一个 before、一个after和一个aroud切面，通过调试发现拦截器数组中的顺序为AspectJAfterAdvice、AspectJAroundAdvice、MethodBeforeAdviceInterceptor，因此接下来先执行AspectJAfterAdvice内部的invoke方法。  此时AspectJAfterAdvice这里有一个mi.proceed()这个方法又会回到ReflectiveMethodInvocation这个类中，这时候索引又会+1，然后从链中后去下一个advice，这时候就会找到AspectJAroundAdvice中的invoke，如下图所示：  此方法会调用到MyAspect中cwAround方法  通过调用point.proceed()这个方法又会回到ReflectiveMethodInvocation这个类中，这时候索引又会+1，然后从链中后去下一个advice，然后又开始调用MethodBeforeAdviceInterceptor中的invoke ，如下图所示：  此时先调用Aspect中的before方法，然后调完以后，这里有一个mi.proceed()这个方法又会回到 ReflectiveMethodInvocation这个类中，这时候索引又会+1，此时的索引值已经等于数组大小-1了。直到数组链中全部调用完后会调用到具体的invokeJoinpoint方法：  此时就会调用被代理的方法了，调用完毕后，返回的值通过MethodBeforeAdviceInterceptor返回到AspectJAroundAdvice，最终返回到MyAspect中的cwAround方法，继续执行后面的逻辑。cwAround方法执行完毕后，把obj返回给上一个执行的advice->AspectJAfterAdvice中的invoke完成值的返回，最终会执行finally方法调用，完成@After方法调用，至此，代理对象的调用就全部结束了。 ### 4 总结 OOP表示面向对象编程，是一种编程思想，AOP表示面向切面编程，也是一种编程思想。Spring AOP就是Spring为了让程序员更加方便的做到面向切面编程所提供的技术支持，换句话说，就是Spring提供了一套机制，可以让我们更加容易的来进行AOP。 使用注解的方式来定义Pointcut和Advice，Spring并不是首创，首创是AspectJ，而且也不仅仅只有Spring提供了一套机制来支持AOP，还有比如 JBoss 4.0、aspectwerkz等技术都提供了对于AOP的支持。而刚刚说的注解的方式，Spring是依赖了AspectJ的，或者说，Spring是直接把AspectJ中所定义的那些注解直接拿过来用，自己没有再重复定义了，不过也仅仅只是把注解的定义赋值过来了，每个注解具体底层是怎么解析的，还是Spring自己做的，所以我们在用Spring时，如果你要用@Before、@Around等注解，是需要单独引入aspecj相关jar包的，比如： ``` <dependency> <groupId>org.aspectj</groupId> <artifactId>aspectjrt</artifactId> <version>1.9.5</version> </dependency> <dependency> <groupId>org.aspectj</groupId> <artifactId>aspectjweaver</artifactId> <version>1.9.5</version> </dependency> ``` AspectJ是在编译时对字节码进行了修改，是直接在类对应的字节码中进行增强的，也就是可以理解为是在编译时就会去解析@Before这些注解，然后得到代理逻辑，加入到被代理的类中的字节码中去的，所以如果想用AspectJ技术来生成代理对象 ，是需要用单独的AspectJ编译器的。我们在项目中很少这么用，我们仅仅只是用了@Before这些注解，而我们在启动Spring的过程中，Spring会去解析这些注解，然后利用动态代理机制生成代理对象的。 ### 5 参考资料 - Spring 官方文档 https://docs.spring.io/spring/docs/5.0.6.RELEASE/spring-framework-reference/core.html#spring-core - Spring【AOP模块】就这么简单 - 《Spring源码深度解析 第2版》 ------------ ###### 自猿其说Tech-JDL京东物流技术与数据智能部 ###### 作者：于朔
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