【Spring AOP】AOP概念组成、应用场景、实现及实现原理剖析

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Perceus 2022-08-20 12:14:07 博主文章分类：【 SpringBoot】 ©著作权

文章标签 spring Spring AOP AOP 动态代理 文章分类 Java 后端开发

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(目录)

什么是 Spring AOP？

面向切面编程（AOP）和 **面向对象编程（OOP）**类似，也是一种编程模式。Spring AOP 是基于 AOP 编程模式的一个框架，它的使用有效减少了系统间的重复代码，达到了模块间的松耦合目的。
它是⼀种思想，它是对某⼀类事情的集中处理。⽐如⽤户登录权限的效验，没学 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。
AOP 是⼀种思想，⽽ Spring AOP 是⼀个框架，提供了⼀种对 AOP 思想的实现，它们的关系和 IoC 与 DI 类似。

AOP 相关术语

为了更好地理解 AOP，就需要对 AOP 的相关术语有一些了解，这些专业术语

Joinpoint（连接点）指那些被拦截到的点，在 Spring 中，可以被动态代理拦截目标类的方法。 Pointcut（切入点）指要对哪些 Joinpoint 进行拦截，即被拦截的连接点。 Advice（通知）指拦截到 Joinpoint 之后要做的事情，即对切入点增强的内容。 Target（目标）指代理的目标对象。 Weaving（植入）指把增强代码应用到目标上，生成代理对象的过程。 Proxy（代理）指生成的代理对象。 Aspect（切面）切入点和通知的结合。

为什要用 AOP？

想象⼀个场景，我们在做后台系统时，除了登录和注册等⼏个功能不需要做⽤户登录验证之外，其他⼏乎所有⻚⾯调⽤的前端控制器（ Controller）都需要先验证⽤户登录的状态，那这个时候我们要怎么处理呢？

我们之前的处理⽅式是每个 Controller 都要写⼀遍⽤户登录验证，然⽽当你的功能越来越多，那么你要写的登录验证也越来越多，⽽这些⽅法⼜是相同的，这么多的⽅法就会代码修改和维护的成本。那有没有简单的处理⽅案呢？答案是有的，对于这种功能统⼀，且使⽤的地⽅较多的功能，就可以考虑 AOP 来统⼀处理了。

AOP 应用场景

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 Oriented Programming，⾯向对象编程）的补充和完善。

AOP 组成

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. 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。

连接点相当于需要被增强的某个 AOP 功能的所有⽅法

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）

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。

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。

Spring AOP 实现

我们使⽤ Spring AOP 来实现⼀下 AOP 的功能。

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。

Spring AOP 的实现步骤如下：

添加 Spring AOP 框架⽀持。

定义切⾯和切点。

定义通知。

1. 添加 AOP 框架支持

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>

2. 定义切⾯和切点

切点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，记录所有⽅法的执⾏⽇志就是⼀个具体的问题，切点定义的是某⼀类问题。

Spring AOP 切点的定义如下，在切点中我们要定义拦截的规则，具体实现如下：

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect // 表明此类为⼀个切⾯
@Component //在启动时自动加载
public class UserAspect {
    // 定义切点，这⾥使⽤ AspectJ 表达式语法
    @Pointcut("execution(* com.example.demo.controller.UserController.*
(..))")
    public void pointcut(){ }
}

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）。

① 切点表达式说明

AspectJ ⽀持三种通配符

* ：匹配任意字符，只匹配⼀个元素（包，类，或⽅法，⽅法参数）

.. ：匹配任意字符，可以匹配多个元素，在表示类时，必须和 * 联合使⽤。

+：表示按照类型匹配指定类的所有类，必须跟在类名后⾯，如 com.cad.Car+ ,表示继承该类的所有⼦类包括本身

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。

② 表达式示例

1.匹配 User 类⾥的所有⽅法：

execution(* com.cad.demo.User.*(..))

2.匹配该类的⼦类包括该类的所有⽅法。

execution(* com.cad.demo.User+.*(..))

3.匹配 com.cad 包下的所有类的所有⽅法。

 execution(* com.cad.*.*(..))

4.匹配 com.cad 包下、⼦孙包下所有类的所有⽅法。

 execution(* com.cad..*.*(..))

5.匹配 addUser ⽅法，且第⼀个参数类型是 String，第⼆个参数类型是 int。

execution(* addUser(String, int))

3. 定义通知 Advice

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：

import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.*;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect
@Component
public class UserAspect {
    // 定义切点⽅法
    @Pointcut("execution(* com.example.demo.controller.UserController.*
(..))")
    public void pointcut(){ }
    // 前置通知
    @Before("pointcut()")
    public void doBefore(){
        System.out.println("执⾏ Before ⽅法");
   }
    // 后置通知
    @After("pointcut()")
    public void doAfter(){
        System.out.println("执⾏ After ⽅法");
   }
    // return 之前通知
    @AfterReturning("pointcut()")
    public void doAfterReturning(){
        System.out.println("执⾏ AfterReturning ⽅法");
   }
    // 抛出异常之前通知
    @AfterThrowing("pointcut()")
    public void doAfterThrowing(){
        System.out.println("执⾏ doAfterThrowing ⽅法");
   }
    
    // 添加环绕通知
    @Around("pointcut()")
    public Object doAround(ProceedingJoinPoint joinPoint){
        Object obj = null;
        System.out.println("Around ⽅法开始执⾏");
        try {
            // 执⾏拦截⽅法
           obj = joinPoint.proceed();
       } catch (Throwable throwable) {
            throwable.printStackTrace();
       }
        System.out.println("Around ⽅法结束执⾏");
        return obj;
   }
}

经过以上的代码我们就能实现 Spring AOP 了。

Spring AOP 实现原理

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

Spring AOP ⽀持 JDK Proxy 和 CGLIB 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。

织⼊（Weaving）：代理的⽣成时机

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。

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。

我们学习 Spring 框架中的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。

JDK 动态代理实现

JDK 实现时，先通过实现 InvocationHandler 接⼝创建⽅法调⽤处理器，再通过 Proxy 来创建代理类。

以下为代码实现：

import org.example.demo.service.AliPayService;
import org.example.demo.service.PayService;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

//动态代理：使⽤JDK提供的api（InvocationHandler、Proxy实现），此种⽅式实现，要求被代理类必须实现接⼝
public class PayServiceJDKInvocationHandler implements InvocationHandler
{
    
    //⽬标对象即就是被代理对象
    private Object target;
    
    public PayServiceJDKInvocationHandler( Object target) {
        this.target = target;
   }
    
    //proxy代理对象
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable {
        //1.安全检查
        System.out.println("安全检查");
        //2.记录⽇志
        System.out.println("记录⽇志");
        //3.时间统计开始
        System.out.println("记录开始时间");
        //通过反射调⽤被代理类的⽅法
        Object retVal = method.invoke(target, args);
        //4.时间统计结束
        System.out.println("记录结束时间");
        return retVal;
   }
    
    public static void main(String[] args) {
        PayService target=  new AliPayService();
        //⽅法调⽤处理器
        InvocationHandler handler =
            new PayServiceJDKInvocationHandler(target);
        //创建⼀个代理类：通过被代理类、被代理实现的接⼝、⽅法调⽤处理器来创建
                PayService proxy = (PayService) Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(),
                new Class[]{PayService.class},
                handler
       );
        proxy.pay();
   }
    
}

CGLIB 动态代理实现

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
import org.example.demo.service.AliPayService;
import org.example.demo.service.PayService;
import java.lang.reflect.Method;
public class PayServiceCGLIBInterceptor implements MethodInterceptor {
    //被代理对象
    private Object target;
    
    public PayServiceCGLIBInterceptor(Object target){
        this.target = target;
   }
    
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] args,
MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        //1.安全检查
        System.out.println("安全检查");
        //2.记录⽇志
        System.out.println("记录⽇志");
        //3.时间统计开始
        System.out.println("记录开始时间");
        //通过cglib的代理⽅法调⽤
        Object retVal = methodProxy.invoke(target, args);
        //4.时间统计结束
        System.out.println("记录结束时间");
        return retVal;
   }
    
    public static void main(String[] args) {
        PayService target=  new AliPayService();
        
        PayService proxy= (PayService)Enhancer.create(target.getClass(),new PayServiceCGLIBInterceptor(target));
        
        proxy.pay();
   }
}

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**通过实现被代理类，在运⾏时动态的⽣成代理类对象。**当然这个也有前提条件: 被代理类不需要实现接口, 但不能为final修饰