【手撕Spring源码】AOP

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【手撕Spring源码】AOP。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

AOP 底层实现方式之一是代理,由代理结合通知和目标,提供增强功能

除此以外,aspectj 提供了两种另外的 AOP 底层实现:

  • 第一种是通过 ajc 编译器在编译 class 类文件时,就把通知的增强功能,织入到目标类的字节码中

  • 第二种是通过 agent 在加载目标类时,修改目标类的字节码,织入增强功能

  • 作为对比,代理是运行时生成新的字节码

简单比较的话:

  • aspectj 在编译和加载时,修改目标字节码,性能较高
  • aspectj 因为不用代理,能突破一些技术上的限制,例如对构造、对静态方法、对 final 也能增强
  • 但 aspectj 侵入性较强,且需要学习新的 aspectj 特有语法,因此没有广泛流行

AOP 实现之 ajc 编译器

Aop的实现原理有很多,并不是只有代理(当然在Spring中就是代理)。

我们直接来看使用ajc实现Aop的代码:

通知类:

@Aspect // ⬅️注意此切面并未被 Spring 管理
public class MyAspect {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(MyAspect.class);

    @Before("execution(* com.zyb.service.MyService.foo())")
    public void before() {
        log.debug("before()");
    }
}

切点:

@Service
public class MyService {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(MyService.class);

    public static void foo() {
        log.debug("foo()");
    }
}
@SpringBootApplication
public class A09 {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(A09.class);

    public static void main(String[] args) {
//        ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(A10Application.class, args);
//        MyService service = context.getBean(MyService.class);
//
//        log.debug("service class: {}", service.getClass());
//        service.foo();
//
//        context.close();

        new MyService().foo();

        /*           
           aop 的原理并非代理一种, 编译器也能玩出花样
         */
    }
}

注意💡:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-471037.html

  1. 编译器也能修改 class 实现增强
  2. 编译器增强能突破代理仅能通过方法重写增强的限制:可以对构造方法、静态方法等实现增强
  3. 不在Spring的管理范围内

注意

  • 版本选择了 java 8, 因为目前的 aspectj-maven-plugin 1.14.0 最高只支持到 java 16
  • 一定要用 maven 的 compile 来编译, idea 不会调用 ajc 编译器

AOP 实现之 agent 类加载

agent 通过类加载时修改 class 实现增强

【手撕Spring源码】AOP

我们对foo、bar方法均进行了增强
【手撕Spring源码】AOP

我们知道如果是使用代理,那么因为bar方法在foo方法内部是通过this调用的,所以不会被增强,但使用agent类加载的方式就不会出现这种情况,它相当于直接修改了我们MyService的字节吗,我们可以来看看:

【手撕Spring源码】AOP

注意:

运行时需要在 VM options 里加入 -javaagent:C:/Users/manyh/.m2/repository/org/aspectj/aspectjweaver/1.9.7/aspectjweaver-1.9.7.jar 把其中 C:/Users/manyh/.m2/repository 改为你自己 maven 仓库起始地址

AOP 实现之 proxy

JDK代理

我们知道JDK动态代理要求目标必须实现接口,生成的代理类实现相同接口,因此代理与目标之间是平级兄弟关系。

我们来看看一段具体的代码:
【手撕Spring源码】AOP

要产生代理对象我们就要使用JDK提供的一个方法叫做Proxy.newProxyInstance方法。

它需要三个参数:

  • 类加载器。我们的普通类是先写java源代码,将源代码编译成字节码,然后经过类加载进行使用。而代理类不一样,它没有源代码,他是在运行期间直接生成的字节码,而这个字节吗也要通过类加载才能运行。而这个操作需要我们的类加载器。
  • 代理要实现的接口数组。其本质就是规定要拦截的方法。
  • InvocationHandler回调处理程序。我们的代理类创建出来了,它也实现了我们的接口,那么就要实现我们接口中的抽象方法,你必须要规定方法的行为,而InvocationHandler正是将这些行为进行封装。当代理类中的方法被调用时,它就会执行InvocationHandler中的invoke方法,而这个invoke方法又有三个参数:
    • 代理对象自己
    • 正在执行的方法对象
    • 方法传过来的实际参数
public class JdkProxyDemo {

    interface Foo {
        void foo();
    }

    static final class Target implements Foo {
        public void foo() {
            System.out.println("target foo");
        }
    }

    // jdk 只能针对接口代理
    // cglib
    public static void main(String[] param) throws IOException {
        // 目标对象
        Target target = new Target();

        ClassLoader loader = JdkProxyDemo.class.getClassLoader(); // 用来加载在运行期间动态生成的字节码
        Foo proxy = (Foo) Proxy.newProxyInstance(loader, new Class[]{Foo.class}, (p, method, args) -> {
            System.out.println("before...");
            // 目标.方法(参数)
            // 方法.invoke(目标, 参数);
            Object result = method.invoke(target, args);
            System.out.println("after....");
            return result; // 让代理也返回目标方法执行的结果
        });
        
        proxy.foo();
    }
}

注意代理与目标之间是平级兄弟关系,所以他们之间是不能强转的。

CGLIB代理

我们直接上代码:

【手撕Spring源码】AOP

cglib中的代理类是通过一个叫Enhancer的类中的create方法来创建的。
【手撕Spring源码】AOP

创建代理的时候我们需要指定他的父亲。cglib跟我们JDK不一样的地方就在于它是通过父子继承关系来创建的代理。同时还要指定代理类中方法执行的行为,当然这里使用的时候我们一般不直接使用Callback接口,而是使用它的子接口MethodInterceptor。我们重写其中的intercept方法,这个方法有四个参数:

  • 第一个代表代理对象自己
  • 当前代理类中正在执行的方法
  • 方法执行时的实际参数
  • 方法代理

总结一下:

  • cglib 不要求目标实现接口,它生成的代理类是目标的子类,因此代理与目标之间是子父关系(两者之间可以强转)
  • 限制⛔: final 类无法被 cglib 增强,final 修饰的方法也无法被增强(cglib增强是通过方法的重写)

然后我们来说说刚才intercept中的第四个参数MethodProxy。它可以避免反射调用方法:

        Target proxy = (Target) Enhancer.create(Target.class, (MethodInterceptor) (p, method, args, methodProxy) -> {
            System.out.println("before...");
//            Object result = method.invoke(target, args); // 用方法反射调用目标
            // methodProxy 它可以避免反射调用
//            Object result = methodProxy.invoke(target, args); // 内部没有用反射, 需要目标 (spring用的这种)
            Object result = methodProxy.invokeSuper(p, args); // 内部没有用反射, 需要代理
            System.out.println("after...");
            return result;
        });

JDK动态代理进阶

JDK动态代理的内部实现就在newProxyInstance方法中,但是其内部使用的是ASM动态生成代理类的字节码,看不到代理类的java代码是什么样子的。所以这里我们来模拟一个JDK代理实现,也就是自己写一个动态代理类:

我们的初步实现如下:

目标类:

public class A12 {

    interface Foo {
        void foo();
        void bar();
    }

    static class Target implements Foo {
        public void foo() {
            System.out.println("target foo");
        }

        @Override
        public void bar() {
            System.out.println("target bar");
        }
    }

    interface InvocationHandler {
        void invoke(Method method, Object[] args) throws Throwable;
    }

    public static void main(String[] param) {
        Foo proxy = new $Proxy0(new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Method method, Object[] args) throws Throwable{
                // 1. 功能增强
                System.out.println("before...");
                // 2. 调用目标
//                new Target().foo();
                method.invoke(new Target(), args);
            }
        });
        proxy.foo();
        proxy.bar();

    }
}

代理类:

public class $Proxy0 implements A12.Foo {

    public $Proxy0(InvocationHandler h) {
        super(h);
    }
    @Override
    public void foo() {
        try {
            Method foo = Foo.class.getMethod("foo");
            h.invoke(foo, new Object[0]);
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public int bar() {
        try {
     	    Method bar = Foo.class.getMethod("foo");
            h.invoke(bar, new Object[0]);
            return (int) result;
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

现在我们考虑一下返回值的处理,我们把bar方法的返回值改为int,处理方面比较简单,将我们的invoke方法添加一个返回值即可:

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然后异常的处理也要改进一下,运行时异常直接抛,检查异常要转换后抛,另外不需要每次调用方法的时候都去获取一次方法对象,我们可以把它放在静态代码块中,最后我们吧invoke方法中的代理对象参数进行了补充(虽然这个参数一般很少使用):

【手撕Spring源码】AOP

总结💡:

代理一点都不难,无非就是利用了多态、反射的知识

  1. 方法重写可以增强逻辑,只不过这【增强逻辑】千变万化,不能写死在代理内部
  2. 通过接口回调将【增强逻辑】置于代理类之外
  3. 配合接口方法反射(是多态调用),就可以再联动调用目标方法
  4. 限制⛔:代理增强是借助多态来实现,因此成员变量、静态方法、final 方法均不能通过代理实现

JDK动态代理优化

在InvocationHandler中我们基本上都要使用反射来调用目标方法:
【手撕Spring源码】AOP

我们知道反射调用性能是比较低的,那么JDK有没有什么优化措施呢?

我们写一段测试代码:

// 运行时请添加 --add-opens java.base/java.lang.reflect=ALL-UNNAMED --add-opens java.base/jdk.internal.reflect=ALL-UNNAMED
public class TestMethodInvoke {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Method foo = TestMethodInvoke.class.getMethod("foo", int.class);
        for (int i = 1; i <= 17; i++) {
            show(i, foo);
            foo.invoke(null, i);
        }
        System.in.read();
    }

    // 方法反射调用时, 底层 MethodAccessor 的实现类
    private static void show(int i, Method foo) throws Exception {
        Method getMethodAccessor = Method.class.getDeclaredMethod("getMethodAccessor");
        getMethodAccessor.setAccessible(true);
        Object invoke = getMethodAccessor.invoke(foo);
        if (invoke == null) {
            System.out.println(i + ":" + null);
            return;
        }
        Field delegate = Class.forName("jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl").getDeclaredField("delegate");
        delegate.setAccessible(true);
        System.out.println(i + ":" + delegate.get(invoke));
    }

    public static void foo(int i) {
        System.out.println(i + ":" + "foo");
    }
}

【手撕Spring源码】AOP

  1. 前 16 次使用反射性能较低
  2. 第 17 次调用会生成代理类,优化为非反射调用(直接正常调用)

我们来看看这个代理类:
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CGLIB代理进阶

同样我们还是使用代码模拟cglib的真实代理类,其内部逻辑与JDK差不多:

目标类:
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代理类:

public class Proxy extends Target {

    private MethodInterceptor methodInterceptor;

    public void setMethodInterceptor(MethodInterceptor methodInterceptor) {
        this.methodInterceptor = methodInterceptor;
    }

    static Method save0;
    static Method save1;
    static Method save2;
    static {
        try {
            save0 = Target.class.getMethod("save");
            save1 = Target.class.getMethod("save", int.class);
            save2 = Target.class.getMethod("save", long.class);          
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new NoSuchMethodError(e.getMessage());
        }
    }

    @Override
    public void save() {
        try {
            methodInterceptor.intercept(this, save0, new Object[0], null);
        } catch (Throwable e) {
            throw new UndeclaredThrowableException(e);
        }
    }

    @Override
    public void save(int i) {
        try {
            methodInterceptor.intercept(this, save1, new Object[]{i}, null);
        } catch (Throwable e) {
            throw new UndeclaredThrowableException(e);
        }
    }

    @Override
    public void save(long j) {
        try {
            methodInterceptor.intercept(this, save2, new Object[]{j}, null);
        } catch (Throwable e) {
            throw new UndeclaredThrowableException(e);
        }
    }
}

我们前面说过JDK的方法反射调用前16次性能比较低,后来有一个优化在内部替换成方法的直接调用。而cglib也有优化,它是通过intercept方法中的最后一个参数MethodProxy来避免反射调用进行优化。

那么接下来我们就来看看这个MethodProxy是怎么实现的

MethodProxy

首先我们弄清楚MethodProxy是怎么创建的。

我们需要在代理类中写出带原始功能的方法,然后调用MethodProxy的create方法创建MethodProxy对象,该方法有5个参数:

  • 目标类型
  • 代理类型
  • 方法参数返回值描述符
  • 带增强功能的方法名
  • 带原始功能的方法名

代码如下:

public class Proxy extends Target {

    private MethodInterceptor methodInterceptor;

    public void setMethodInterceptor(MethodInterceptor methodInterceptor) {
        this.methodInterceptor = methodInterceptor;
    }

    static Method save0;
    static Method save1;
    static Method save2;
    static MethodProxy save0Proxy;
    static MethodProxy save1Proxy;
    static MethodProxy save2Proxy;
    static {
        try {
            save0 = Target.class.getMethod("save");
            save1 = Target.class.getMethod("save", int.class);
            save2 = Target.class.getMethod("save", long.class);
            save0Proxy = MethodProxy.create(Target.class, Proxy.class, "()V", "save", "saveSuper");
            save1Proxy = MethodProxy.create(Target.class, Proxy.class, "(I)V", "save", "saveSuper");
            save2Proxy = MethodProxy.create(Target.class, Proxy.class, "(J)V", "save", "saveSuper");
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new NoSuchMethodError(e.getMessage());
        }
    }

    // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 带原始功能的方法
    public void saveSuper() {
        super.save();
    }
    public void saveSuper(int i) {
        super.save(i);
    }
    public void saveSuper(long j) {
        super.save(j);
    }
    // >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>> 带增强功能的方法
    @Override
    public void save() {
        try {
            methodInterceptor.intercept(this, save0, new Object[0], save0Proxy);
        } catch (Throwable e) {
            throw new UndeclaredThrowableException(e);
        }
    }

    @Override
    public void save(int i) {
        try {
            methodInterceptor.intercept(this, save1, new Object[]{i}, save1Proxy);
        } catch (Throwable e) {
            throw new UndeclaredThrowableException(e);
        }
    }

    @Override
    public void save(long j) {
        try {
            methodInterceptor.intercept(this, save2, new Object[]{j}, save2Proxy);
        } catch (Throwable e) {
            throw new UndeclaredThrowableException(e);
        }
    }
}

然后我们调用一下:

【手撕Spring源码】AOP
可以看到;

  1. method.invoke 是反射调用,必须调用到足够次数才会进行优化
  2. methodProxy.invoke 是不反射调用,它会正常(间接)调用目标对象的方法(Spring 采用)
  3. methodProxy.invokeSuper 也是不反射调用,它会正常(间接)调用代理对象的方法,可以省略目标对象

我们要清楚MethodProxy 优化的点在于:我们原来是使用反射的形式去调用原方法,现在我们通过它可以不使用反射的方法调用原方法,提高了性能

那么这是怎么实现的呢?

  1. 当调用 MethodProxy 的 invoke 或 invokeSuper 方法时, 会动态生成两个类
    • ProxyFastClass 配合代理对象一起使用, 避免反射
    • TargetFastClass 配合目标对象一起使用, 避免反射 (Spring 用的这种)
  2. TargetFastClass 记录了目标类中方法(也就是上面例子中的Target类)与编号的对应关系
    • save(long) 编号 2
    • save(int) 编号 1
    • save() 编号 0
    • 首先根据方法名和参数个数、类型, 用 switch 和 if 找到这些方法编号
    • 然后再根据编号去调用目标方法, 又用了一大堆 switch 和 if, 但避免了反射
  3. ProxyFastClass 记录了代理类中方法(也就是上面例子中的Proxy类)与编号的对应关系,不过 Proxy 额外提供了下面几个方法
    • saveSuper(long) 编号 2,不增强,仅是调用 super.save(long)
    • saveSuper(int) 编号 1,不增强, 仅是调用 super.save(int)
    • saveSuper() 编号 0,不增强, 仅是调用 super.save()
    • 查找方式与 TargetFastClass 类似
  4. 为什么有这么麻烦的一套东西呢?
    • 避免反射, 提高性能, 代价是一个代理类配两个 FastClass 类, 代理类中还得增加仅调用 super 的一堆方法
    • 用编号处理方法对应关系比较省内存, 另外, 最初获得方法顺序是不确定的, 这个过程没法固定死

我们使用代码模拟一下:

TargetFastClass:

public class TargetFastClass {
    static Signature s0 = new Signature("save", "()V");
    static Signature s1 = new Signature("save", "(I)V");
    static Signature s2 = new Signature("save", "(J)V");

    // 获取目标方法的编号
    /*
        Target
            save()              0
            save(int)           1
            save(long)          2
        signature 包括方法名字、参数返回值
     */
    public int getIndex(Signature signature) {
        if (s0.equals(signature)) {
            return 0;
        } else if (s1.equals(signature)) {
            return 1;
        } else if (s2.equals(signature)) {
            return 2;
        }
        return -1;
    }

    // 根据方法编号, 正常调用目标对象方法
    public Object invoke(int index, Object target, Object[] args) {
        if (index == 0) {
            ((Target) target).save();
            return null;
        } else if (index == 1) {
            ((Target) target).save((int) args[0]);
            return null;
        } else if (index == 2) {
            ((Target) target).save((long) args[0]);
            return null;
        } else {
            throw new RuntimeException("无此方法");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TargetFastClass fastClass = new TargetFastClass();
        int index = fastClass.getIndex(new Signature("save", "(I)V"));
        System.out.println(index);
        fastClass.invoke(index, new Target(), new Object[]{100});
    }
}
  • getIndex方法的作用:根据方法签名信息获取目标方法的编号

            Target
                save()              0
                save(int)           1
                save(long)          2
            signature 包括方法名字、参数返回值
    
  • invoke方法的作用:根据上一步返回的方法编号去正常调用目标对象的方法。该方法接受三个参数:

    • 方法编号
    • 目标对象
    • 方法的参数列表

【手撕Spring源码】AOP

然后我们再来模拟一下ProxyFastClass:

public class ProxyFastClass {
    static Signature s0 = new Signature("saveSuper", "()V");
    static Signature s1 = new Signature("saveSuper", "(I)V");
    static Signature s2 = new Signature("saveSuper", "(J)V");

    // 获取代理方法的编号
    /*
        Proxy
            saveSuper()              0
            saveSuper(int)           1
            saveSuper(long)          2
        signature 包括方法名字、参数返回值
     */
    public int getIndex(Signature signature) {
        if (s0.equals(signature)) {
            return 0;
        } else if (s1.equals(signature)) {
            return 1;
        } else if (s2.equals(signature)) {
            return 2;
        }
        return -1;
    }

    // 根据方法编号, 正常调用目标对象方法
    public Object invoke(int index, Object proxy, Object[] args) {
        if (index == 0) {
            ((Proxy) proxy).saveSuper();
            return null;
        } else if (index == 1) {
            ((Proxy) proxy).saveSuper((int) args[0]);
            return null;
        } else if (index == 2) {
            ((Proxy) proxy).saveSuper((long) args[0]);
            return null;
        } else {
            throw new RuntimeException("无此方法");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ProxyFastClass fastClass = new ProxyFastClass();
        int index = fastClass.getIndex(new Signature("saveSuper", "()V"));
        System.out.println(index);

        fastClass.invoke(index, new Proxy(), new Object[0]);
    }
}

他的不同点在于:

  • 它的getIndex方法获取的不是目标中方法的编号,而是代理中方法的标号
  • invoke方法中调用的也是代理中的目标原始方法

最后总结一下cglib的反射优化比JDK的反射优化强在哪?

JDK中的优化是一个方法调用就是一个代理,而cglib中,一个代理类只会对应两个FastClass,每个FastClass可以匹配到多个方法。其代理类的数目相比于JDK要少一些。

JDK 和 CGLIB 在 Spring 中的统一

首先我们要明白两个切面概念:

			aspect =
                通知1(advice) +  切点1(pointcut)
                通知2(advice) +  切点2(pointcut)
                通知3(advice) +  切点3(pointcut)
                ...
            advisor = 更细粒度的切面,包含一个通知和切点

我们平时看到的aspect 最终在生效执行之前会被拆解成多个advisor

Spring 中对切点、通知、切面的抽象如下

  • 切点:接口 Pointcut,典型实现 AspectJExpressionPointcut
    【手撕Spring源码】AOP

  • 通知:典型接口为 MethodInterceptor 代表环绕通知

  • 切面:Advisor,包含一个 Advice 通知,PointcutAdvisor 包含一个 Advice 通知和一个 Pointcut

我们写一段代码试验一下:

public class A15 {
    public static void main(String[] args) {
        /*
            两个切面概念
            aspect =
                通知1(advice) +  切点1(pointcut)
                通知2(advice) +  切点2(pointcut)
                通知3(advice) +  切点3(pointcut)
                ...
            advisor = 更细粒度的切面,包含一个通知和切点
         */

        // 1. 备好切点
        AspectJExpressionPointcut pointcut = new AspectJExpressionPointcut();
        pointcut.setExpression("execution(* foo())");
        // 2. 备好通知
        MethodInterceptor advice = invocation -> {
            System.out.println("before...");
            Object result = invocation.proceed(); // 调用目标
            System.out.println("after...");
            return result;
        };
        // 3. 备好切面
        DefaultPointcutAdvisor advisor = new DefaultPointcutAdvisor(pointcut, advice);

        /*
           4. 创建代理
         */
        Target1 target = new Target1();
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        factory.setTarget(target);
        factory.addAdvisor(advisor);
        Target1 proxy = (Target1) factory.getProxy();
        System.out.println(proxy.getClass());
        proxy.foo();
        proxy.bar();

    }

    interface I1 {
        void foo();

        void bar();
    }

    static class Target1 implements I1 {
        public void foo() {
            System.out.println("target1 foo");
        }

        public void bar() {
            System.out.println("target1 bar");
        }
    }

    static class Target2 {
        public void foo() {
            System.out.println("target2 foo");
        }

        public void bar() {
            System.out.println("target2 bar");
        }
    }
}

注意

  • 要区分这里代码中的 MethodInterceptor,它与之前 cglib 中用的的 MethodInterceptor 是不同的接口

我们打印之后发现使用的是CGLIB的代理:

【手撕Spring源码】AOP

那么spring底层什么时候使用JDK动态代理,什么时候又使用CGLIB动态代理呢?

在工厂ProxyFactory中:

  • proxyTargetClass = false(默认为false), 目标实现了接口, 用 jdk 实现
  • proxyTargetClass = false, 目标没有实现接口, 用 cglib 实现
  • proxyTargetClass = true, 总是使用 cglib 实现
    • 例外:如果目标是接口类型或已经是 Jdk 代理,使用 JdkDynamicAopProxy

代理相关类图

  • AopProxyFactory 根据 proxyTargetClass 等设置选择 AopProxy 实现
  • AopProxy 通过 getProxy 创建代理对象
  • 图中 Proxy 都实现了 Advised 接口,能够获得关联的切面集合与目标(其实是从 ProxyFactory 取得)
  • 调用代理方法时,会借助 ProxyFactory 将通知统一转为环绕通知:MethodInterceptor

切点匹配

我们知道在Spring中切点的典型实现是AspectJExpressionPointcut,在切点表达式中如果我们想匹配方法,也可以匹配注解,例如:

        AspectJExpressionPointcut pt1 = new AspectJExpressionPointcut();
        pt1.setExpression("execution(* bar())");
        System.out.println(pt1.matches(T1.class.getMethod("foo"), T1.class));
        System.out.println(pt1.matches(T1.class.getMethod("bar"), T1.class));

        AspectJExpressionPointcut pt2 = new AspectJExpressionPointcut();
        pt2.setExpression("@annotation(org.springframework.transaction.annotation.Transactional)");
        System.out.println(pt2.matches(T1.class.getMethod("foo"), T1.class));
        System.out.println(pt2.matches(T1.class.getMethod("bar"), T1.class));

当然在Spring中我们常见的Transactional注解其实并不是用这种方法进行匹配的。

因为Transactional注解它有多种使用方法,加在方法、类、接口上都可以:
【手撕Spring源码】AOP

我们的切点表达式有一定的局限性,不管是execution还是@annotation也好,它们都只能匹配方法的信息:

  • execution匹配方法的名字、参数、返回值等等
  • @annotation匹配的是方法上加没加注解

都不能处理类上的信息,此时我们就不能使用AspectJExpressionPointcut这种切点实现类了。Spring中也使用了别的实现,但是这个实现类不是public,我们就自己用代码实现有一下:

        StaticMethodMatcherPointcut pt3 = new StaticMethodMatcherPointcut() {
            @Override
            public boolean matches(Method method, Class<?> targetClass) {
                // 检查方法上是否加了 Transactional 注解
                MergedAnnotations annotations = MergedAnnotations.from(method);
                if (annotations.isPresent(Transactional.class)) {
                    return true;
                }
                // 查看类上是否加了 Transactional 注解
                annotations = MergedAnnotations.from(targetClass, MergedAnnotations.SearchStrategy.TYPE_HIERARCHY);
                if (annotations.isPresent(Transactional.class)) {
                    return true;
                }
                return false;
            }
        };
  • 首先我们继承一个抽象父类StaticMethodMatcherPointcut
  • 我们实现该接口的matches方法即可
  • 这个方法会给我们提供两个参数:方法对象以及方法所在的类对象。

总结一下:

  • 底层切点实现是如何匹配的: 调用了 aspectj 的匹配方法
  • 比较关键的是它实现了 MethodMatcher 接口, 用来执行方法的匹配

从 @Aspect 到 Advisor

@Aspect:

  • 比较高级的切面
  • 可以包含多组通知和切点
  • Spring内部最终还是会将其转化为Advisor

【手撕Spring源码】AOP

Advisor:

  • 比较低级的切面,适合框架内部使用,不适合我们编程
  • 只包含一组通知和切点

【手撕Spring源码】AOP

接下来我们介绍一个Bean后处理器AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator ,它的作用:

  • 找到容器中所有的切面,并把高级切面转换成低级切面
  • 在合适的时机,根据切面使用ProxyFactory创建代理对象(依赖注入之前或初始化之后)

这个bean后处理器有两个重要的方法:

  1. findEligibleAdvisors()方法 找到有【资格】的 Advisors
    • 有【资格】的 Advisor 一部分是低级的, 可以由自己编写
    • 有【资格】的 Advisor 另一部分是高级的, 由解析 @Aspect 后获得
  2. wrapIfNecessary()方法
    • 它内部调用 findEligibleAdvisors, 只要返回集合不空, 则表示需要创建代理
    • 它的调用时机通常在原始对象初始化后执行, 但碰到循环依赖会提前至依赖注入之前执行

测试代码:
【手撕Spring源码】AOP
结果:
【手撕Spring源码】AOP

【手撕Spring源码】AOP

然后我们详细说说代理的创建时机:

代理的创建时机

  • 初始化之后 (无循环依赖时)
  • 实例创建后, 依赖注入前 (有循环依赖时), 并暂存于二级缓存

我们使用代码演示一下这两种情况:

【手撕Spring源码】AOP

在这里我们对Bean1中的foo方法进行了增强,启动容器之后发现:
【手撕Spring源码】AOP
我们将Bean1打印出来也可以看到是使用CGLIB创建的代理对象

我们再看第二种情况:
【手撕Spring源码】AOP
启动容器之后发现:

【手撕Spring源码】AOP

此时Bean1的代理对象在依赖注入之前就被创建了(也就是在bean2的生命周期期间)。

最后我们要注意:

依赖注入与初始化不应该被增强(也就是调用set和init方法时), 仍应被施加于原始对象

切面的顺序控制使用order即可:

  • 高级切面使用@Order直接即可,但是这个@Order只能放在类上不能放在方法上。
  • 低级界面使用setOrder方法

然后我们再说说如何把高级切面类转化为Advisor

我们使用代码模拟一下,我们就以@Before注解为例,其他注解同理:

【手撕Spring源码】AOP

【手撕Spring源码】AOP

  1. @Before 前置通知会被转换为原始的 AspectJMethodBeforeAdvice 形式, 该对象包含了如下信息
    1. 通知代码从哪儿来
    2. 切点是什么(有可能需要切点的参数信息)
    3. 通知对象如何创建, 本例共用同一个 Aspect 对象
  2. 类似的还有
    1. AspectJAroundAdvice (环绕通知)
    2. AspectJAfterReturningAdvice(正常返回通知)
    3. AspectJAfterThrowingAdvice (异常通知)
    4. AspectJAfterAdvice (后置通知)

通知转换

接着前面说,将高级切面类转化为一个个的Advisor时,其里面的通知最终都会转化为MethodInterceptor的环绕通知。

那么为什么这么多通知类型最终都要转换为环绕通知呢?

【手撕Spring源码】AOP

注意:只有非环绕通知会转化为环绕通知,如果已经是环绕通知则不会进行转换。

  1. AspectJAroundAdvice (环绕通知)
  2. AspectJAfterReturningAdvice(正常返回通知,后置通知)
  3. AspectJAfterThrowingAdvice (异常通知,环绕通知)
  4. AspectJAfterAdvice (后置通知,环绕通知)

而具体的转换步骤是由ProxyFactory 帮我们实现的。

我们使用代码模拟一下:

【手撕Spring源码】AOP

  • 通过 proxyFactory 的 getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice() 将其他通知统一转换为 MethodInterceptor 环绕通知
  • ProxyFactory将目标方法的所有通知转换成了环绕通知放入了一个列表。

调用链执行

我们使用代码模拟一下调用链执行:

【手撕Spring源码】AOP
通知:
【手撕Spring源码】AOP

结果:

【手撕Spring源码】AOP

注意:

  • 通过创建MethodInvocation来创建调用链

  • 因为某些通知内部需要用到调用链对象,所以我们需要把MethodInvocation放入当前线程域中供其他通知使用

  • 而放入当前线程的活又是通过一个环绕通知来做的,这个环绕通知必须在最外层叫做ExposeInvocationInterceptor

  • 调用链过程是一种递归调用,proceed方法调用链中的下一个环绕通知

  • 每个环绕通知内部继续调用proceed方法

  • 调用到没有更多通知了,就调用目标方法

接下来我们来用代码实现一下调用链MethodInvocation:

先创建两个环绕通知:

【手撕Spring源码】AOP

MyInvocation:

【手撕Spring源码】AOP

【手撕Spring源码】AOP

测试代码:
【手撕Spring源码】AOP

静态通知调用

我们前面所说的都属于静态通知调用,我们整体来回顾一下:

代理对象调用流程如下(以 JDK 动态代理实现为例)

  • 从 ProxyFactory 获得 Target 和环绕通知链,根据他俩创建 MethodInvocation,简称 mi
  • 首次执行 mi.proceed() 发现有下一个环绕通知,调用它的 invoke(mi)
  • 进入环绕通知1,执行前增强,再次调用 mi.proceed() 发现有下一个环绕通知,调用它的 invoke(mi)
  • 进入环绕通知2,执行前增强,调用 mi.proceed() 发现没有环绕通知,调用 mi.invokeJoinPoint() 执行目标方法
  • 目标方法执行结束,将结果返回给环绕通知2,执行环绕通知2 的后增强
  • 环绕通知2继续将结果返回给环绕通知1,执行环绕通知1 的后增强
  • 环绕通知1返回最终的结果

图中不同颜色对应一次环绕通知或目标的调用起始至终结

代理方法执行时会做如下工作

  1. 通过 proxyFactory 的 getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice() 将其他通知统一转换为 MethodInterceptor 环绕通知
    • MethodBeforeAdviceAdapter 将 @Before AspectJMethodBeforeAdvice 适配为 MethodBeforeAdviceInterceptor
    • AfterReturningAdviceAdapter 将 @AfterReturning AspectJAfterReturningAdvice 适配为 AfterReturningAdviceInterceptor
    • 这体现的是适配器设计模式
  2. 所谓静态通知,体现在上面方法的 Interceptors 部分,这些通知调用时无需再次检查切点,直接调用即可
  3. 结合目标与环绕通知链,创建 MethodInvocation 对象,通过它完成整个调用

动态通知调用

动态通知调用与静态通知的区别:

静态通知调用:

  • 不带参数绑定
  • 执行时不需要切点

动态通知调用:

  • 需要参数绑定
  • 执行时需要切点

【手撕Spring源码】AOP

注意💡:

  1. 所谓动态通知,体现在上面方法的 DynamicInterceptionAdvice 部分,这些通知调用时因为要为通知方法绑定参数,还需再次利用切点表达式
  2. 动态通知调用复杂程度高,性能较低

到了这里,关于【手撕Spring源码】AOP的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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