Spring核心 面向切面 AOP

在软件开发中，散布于应用中多处的功能被称为横切关注点（crosscutting concern）。通常来讲，这些横切关注点从概念上是与应用的业务逻辑相分离的（但是往往会直接嵌入到应用的业务逻辑之中）。把这些横切关注点与业务逻辑相分离正是面向切面编程（AOP）所要解决的问题

面向切面编程

下图展现了一个被划分为模块的典型应用。每个模块的核心功能都是为特定业务领域提供服务，但是这些模块都需要类似的辅助功能，例如安全和事务管理

切面提供了取代继承和委托的方案，且在很多场景下更清晰简洁。使用面向切面编程时，仍然在一个地方定义通用功能，但是可以通过声明的方式定义这个功能要以何种方式在何处应用，而无需修改受影响的类。横切关注点可以被模块化为特殊的类，这些类被称为切面（aspect）

这样做有两个好处：首先，现在每个关注点都集中于一个地方，而不是分散到多处代码中；其次，服务模块更简洁，因为它们只包含主要关注点（或核心功能）的代码，而次要关注点的代码被转移到切面中

定义AOP术语

描述切面的常用术语有通知（advice）、切点（pointcut）和连接点（join point）。下图展示了这些概念的关联方式

通知（Advice）

切面的工作被称为通知。通知定义了切面是什么以及何时使用

Spring切面可以应用5种类型的通知：

• 前置通知（Before）：在目标方法被调用之前调用通知功能

• 后置通知（After）：在目标方法完成之后调用通知，此时不会关心方法的输出是什么

• 返回通知（After-returning）：在目标方法成功执行之后调用通知

• 异常通知（After-throwing）：在目标方法抛出异常后调用通知

• 环绕通知（Around）：通知包裹了被通知的方法，在被通知的方法调用之前和调用之后执行自定义的行为

连接点（Join point）

连接点是在应用执行过程中能够插入切面的一个点。这个点可以是调用方法时、抛出异常时、甚至修改一个字段时。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

切点（Poincut）

通知定义了切面的“什么”和“何时”的话，切点定义了“何处”。切点的定义会匹配通知所要织入的一个或多个连接点

通常使用明确的类和方法名称，或是利用正则表达式定义所匹配的类和方法名称来指定这些切点。有些AOP框架允许创建动态的切点，可以根据运行时的决策（比如方法的参数值）来决定是否应用通知

切面（Aspect）

切面是通知和切点的结合。通知和切点共同定义了切面的全部内容——它是什么，在何时和何处完成其功能

引入（Introduction）

引入允许我们向现有的类添加新方法或属性。例如，我们可以创建一个Auditable通知类，该类记录了对象最后一次修改时的状态。这很简单，只需一个方法，setLastModified(Date)，和一个实例变量来保存这个状态。然后，这个新方法和实例变量就可以被引入到现有的类中，从而可以在无需修改这些现有的类的情况下，让它们具有新的行为和状态

织入（Weaving）

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

• 类加载期：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。AspectJ 5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个时刻被织入。一般情况下，在织入切面时，AOP容器会为目标对象动态地创建一个代理对象。Spring AOP就是以这种方式织入切面的

Spring对AOP的支持

Spring提供了4种类型的AOP支持：

• 基于代理的经典Spring AOP

• 纯POJO切面

• @AspectJ注解驱动的切面

• 注入式AspectJ切面（适用于Spring各版本）

Spring通知是Java编写的

Spring所创建的通知都是用标准的Java类编写的。而且，定义通知所应用的切点通常会使用注解或在Spring配置文件里采用XML来编写

AspectJ与之相反。虽然AspectJ现在支持基于注解的切面，但AspectJ最初是以Java语言扩展的方式实现的。这种方式有优点也有缺点。通过特有的AOP语言，我们可以获得更强大和细粒度的控制，以及更丰富的AOP工具集，但是我们需要额外学习新的工具和语法

Spring在运行时通知对象

通过在代理类中包裹切面，Spring在运行期把切面织入到Spring管理的bean中。如图所示，代理类封装了目标类，并拦截被通知方法的调用，再把调用转发给真正的目标bean。当代理拦截到方法调用时，在调用目标bean方法之前，会执行切面逻辑

Spring的切面由包裹了目标对象的代理类实现。代理类处理方法的调用，执行额外的切面逻辑，并调用目标方法

直到应用需要被代理的bean时，Spring才创建代理对象。如果使用的是ApplicationContext的话，在ApplicationContext从BeanFactory中加载所有bean的时候，Spring才会创建被代理的对象。因为Spring运行时才创建代理对象，所以我们不需要特殊的编译器来织入Spring AOP的切面

Spring只支持方法级别的连接点

通过使用各种AOP方案可以支持多种连接点模型。因为Spring基于动态代理，所以Spring只支持方法连接点。Spring缺少对字段连接点的支持，无法让我们创建细粒度的通知，例如拦截对象字段的修改。而且它不支持构造器连接点，我们就无法在bean创建时应用通知。但是方法拦截可以满足绝大部分的需求。如果需要方法拦截之外的连接点拦截功能，那么可以利用Aspect来补充Spring AOP的功能

通过切点来选择连接点

关于Spring AOP的AspectJ切点，Spring仅支持AspectJ切点指示器（pointcut designator）的一个子集。下表列出了Spring AOP所支持的AspectJ切点指示器：

AspectJ指示器	描　　述
arg()	限制连接点匹配参数为指定类型的执行方法
@args()	限制连接点匹配参数由指定注解标注的执行方法
execution()	用于匹配是连接点的执行方法
this()	限制连接点匹配AOP代理的bean引用为指定类型的类
target	限制连接点匹配目标对象为指定类型的类
@target()	限制连接点匹配特定的执行对象，这些对象对应的类要具有指定类型的注解
within()	限制连接点匹配指定的类型
@within()	限制连接点匹配指定注解所标注的类型（当使用Spring AOP时，方法定义在由指定的注解所标注的类里）
@annotation	限定匹配带有指定注解的连接点

在Spring中尝试使用AspectJ其他指示器时，将会抛出IllegalArgument-Exception异常

注：只有execution指示器是实际执行匹配的，而其他的指示器都是用来限制匹配的。说明execution指示器是在编写切点定义时最主要使用的指示器

编写切点

package concert;
public interface Performance
{
    public void perform();
}

Performance可以代表任何类型的现场表演，如舞台剧、电影或音乐会。设想编写Performance的perform()方法触发的通知。下图展现了一个切点表达式，这个表达式能够设置当perform()方法执行时触发通知的调用

使用AspectJ切点表达式来选择Performance的perform()方法：

使用execution()指示器选择Performance的perform()方法。方法表达式以“*”号开始，表明了不关心方法返回值的类型。然后指定全限定类名和方法名。对于方法参数列表，使用两个点号（..）表明切点要选择任意的perform()方法，无论该方法的入参是什么

设现需配置的切点仅匹配concert包。在此场景下，可以使用within()指示器限制切点范围：

and代替“&&”，or代替“||”，not代替“!”

在切点中选择bean

Spring引入新的bean()指示器，它允许在切点表达式中使用bean的ID来标识bean。bean()使用bean ID或bean名称作为参数来限制切点只匹配特定的bean

执行Performance的perform()方法时应用通知，但限定bean的ID为woodstock:

execution(* concert.Performance.perform()) and bean('woodstock')

使用非操作为除了特定ID以外的其他bean应用通知：

execution(* concert.Performance.perform()) and !bean('woodstock')

使用注解创建切面

定义切面

//Audience类：观看演出的切面

package concert;
import org.aspectj.lang.annotation.AfterReturning;
import org.aspectj.lang.annotation.AfterThrowing;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;

@Aspect
public class Audience
{
    @Before("execution(** concert.Performance.perform(..))")        // 表演之前
    public void silenceCellPhones()
    {
        System.out.println("Silencing cell phones");
    }
    @Before("execution(** concert.Performance.perform(..))")        // 表演之前
    public void takeSeats()
    {
        System.out.println("Taking seats");
    }        
    @AfterReturning("execution(** concert.Performance.perform(..))")        // 表演之后
    public void applause()
    {
        System.out.println("CLAP CLAP CLAP!!!");
    }
    @AfterThrowing("execution(** concert.Performance.perform(..))")        // 表演失败之后
    public void demandRefound()
    {
        System.out.println("Demanding a refund");
    }
}    

Audience类使用@AspectJ注解进行了标注。该注解表明Audience不仅仅是一个POJO，还是一个切面。Audience类中的方法都使用注解来定义切面的具体行为

Spring使用AspectJ注解来声明通知方法：

注　　解	通　　知
@After	通知方法会在目标方法返回或抛出异常后调用
@AfterReturning	通知方法会在目标方法返回后调用
@AfterThrowing	通知方法会在目标方法抛出异常后调用
@Around	通知方法会将目标方法封装起来
@Before	通知方法会在目标方法调用之前执行

为@Pointcut注解设置的值是一个切点表达式，就像之前在通知注解上所设置的那样。通过在performance()方法上添加@Pointcut注解，实际上扩展了切点表达式语言，这样就可以在任何的切点表达式中使用performance()了，如果不这样做的话，需要在这些地方使用那个更长的切点表达式

现在把所有通知注解中的长表达式都替换成了performance()，该方法的实际内容并不重要，在这里实际上是空的。其实该方法本身只是一个标识，供@Pointcut注解依附

// 通过@Pointcut注解声明频繁使用的切点表达式

package concert;
import org.aspectj.lang.annotation.AfterReturning;
import org.aspectj.lang.annotation.AfterThrowing;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;

@Aspect
public class Audience
{
    @Pointcut("execution(** concert.Performance.perform(..))")        //定义命名的切点
    public void performance(){}
    
    @Before("performance()") 
    public void silenceCellPhones()
    {
        System.out.println("Silencing cell phones");
    }
    @Before("execution(** concert.Performance.perform(..))")        // 表演之前
    public void takeSeats()
    {
        System.out.println("Taking seats");
    }        
    @AfterReturning("performance()")        // 表演之后
    public void applause()
    {
        System.out.println("CLAP CLAP CLAP!!!");
    }
    @AfterThrowing("performance()")        // 表演失败之后
    public void demandRefound()
    {
        System.out.println("Demanding a refund");
    }
}       

像其他的Java类一样，它可以装配为Spring中的bean：

@Bean 
public Audience audience()
{
    return new Audience();
}

通过上述操作，Audience只会是Spring容器中的一个bean。即便使用了AspectJ注解，但它并不会被视为切面，这些注解不会解析，也不会创建将其转换为切面的代理

使用JavaConfig可以在配置类的类级别上通过使用EnableAspectJ-AutoProxy注解启用自动代理功能：

package concert;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.EnableAspectJAutoProxy;

// 启动AspectJ自动代理
@Configuration                
@EnableAspectJAutoProxy
@ComponentScan

public class ConcertConfig
{
    @Bean
    public Audience audience()
    {
        return new Audience();
    }
}

使用XML来装配bean需要使用Springaop命名空间中的<aop:aspectj-autoproxy>元素

// 在XML中，通过Spring的aop命名空间启用AspectJ自动代理
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
    xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"        // 声明Spring的aop命名空间
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/aop
        http://www.springframework.org/schema/context
        http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd
        http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <context:component-scan base-package = "concert" />
    <aop:aspectj-autoproxy />                // 启动AspectJ自动代理
    <bean class= "concert.Audience" />        // 声明Audience bean
</beans>

JavaConfig和XML配置，AspectJ自动代理都会为使用@Aspect注解的bean创建一个代理，这个代理会围绕着所有该切面的切点所匹配的bean。在这种情况下，将会为Concert bean创建一个代理，Audience类中的通知方法将会在perform()调用前后执行

Spring的AspectJ自动代理仅仅使用@AspectJ作为创建切面的指导，切面依然是基于代理的。在本质上，它依然是
Spring基于代理的切面。这一点非常重要，因为这意味着尽管使用的是@AspectJ注解，但我们仍然限于代理方法的调用。如果想利用AspectJ的所有能力，我们必须在运行时使用AspectJ并且不依赖Spring来创建基于代理的切面

创建环绕通知

环绕通知是最为强大的通知类型。能够让所编写的逻辑被通知的目标方法完全包装起来。实际上就像在一个通知方法中同时编写前置通知和后置通知

// 使用环绕通知重新实现Audience切面
package concert;
import org.aspectj.lang.ProceedingJoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Around;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;

@Aspect
public class Audience
{
    @Pointcut("execution(** concert.Performance.perform(..))")        //定义命名的切点
    public void performance(){}
    
    @Around("performance()") 
    public void watchPerformance(ProceedingJoinPoint jp)
    {
        try{
            System.out.println("Silencing cell phones");
            System.out.println("Taking seats");
            jp.proceed();
            System.out.println("CLAP CLAP CLAP!!!");
        } catch(Throwable e){
            System.out.println("Demanding a refund");
        }
    }
}           

@Around注解表明watchPerformance()方法会作为performance()切点的环绕通知。首先接受ProceedingJoinPoint作为参数。这个对象是必须要有的，因为在通知中需要通过它来调用被通知的方法。通知方法中可以做任何的事情，当要将控制权交给被通知的方法时，它需要调用ProceedingJoinPoint的proceed()方法

注：调用proceed()方法。如不调该方法，那么通知实际上会阻塞对被通知方法的调用；若不调用proceed()方法，会阻塞对被通知方法的访问，与之类似，也可以在通知中对它进行多次调用

处理通知中的参数

创建TrackCounter类，用来记录每个磁道所播放的次数，是通知playTrack()方法的一个切面。下面的程序清单展示了这个切面：

// 使用参数化的通知来记录磁道播放的次数
package soundsystem;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;

@Aspect
public class TrackCounter
{
    private Map<Integer, Integer> TrackCounts = new HashMap<Integer, Integer>();
    
    // 通知playTrack()方法
    @Pointcut(
        "execution(* soundsystem.CompactDisc.playTrack(int))" +
        "&& args(trackNumber)" )
    public void trackPlayed(int trackNumber){}
    
    @Before("trackPlayed(trackNumber)")            // 在播放前，为该磁道计数
    public void countTrack(int trackNumber)
    {
        int currentCount = getPlayCount(trackNumber);
        trackCounts.put(trackNumber, currentCount + 1);
    }
    
    public int getPlayCount(int trackNumber)
    {
        return trackCounts.containsKey(trackNumber) ? trackCounts.get(trackNumber) : 0;
    }
}

在切点表达式中声明参数，这个参数传入到通知方法中：

切点表达式中的args(trackNumber)限定符。表明传递给playTrack()方法的int类型参数也会传递到通知中去。参数的名称trackNumber也与切点方法签名中的参数相匹配

这个参数会传递到通知方法中，这个通知方法是通过@Before注解和命名切点trackPlayed(trackNumber)定义的。切点定义中的参数与切点方法中的参数名称是一样的，这样就完成了从命名切点到通知方法的参数转移

// 配置TrackCount记录每个磁道播放的次数
package soundsystem;
import java.util.ArrayList;
import java.List;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.EnableAspectJAutoProxy;

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy                    // 启用AspectJ自动代理
public class TrackCounterConfig
{
    @Bean
    public CompactDisc sgtPeppers()        // CompactDisc bean
    {
        BlankDisc cd = new BlankDisc();
        cd.setTitle("Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band");
        cd.setArtist("The Beales");
        List<String> tracks = new ArrayList<String>();
        tracks.add("Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band");
        tracks.add("With a Little Help from My Friends");
        tracks.add("Lucy in the Sky with Diamonds");
        tracks.add("Getting Better");
        tracks.add("Fixing a Hole");
        
        // ...other tracks omitted for brevity...
        cd.setTracks(tracks);
        return cd;
    }
    
    @Bean
    public TrackCounter trackCounter()        // TrackCounter bean
    {
        return new TrackCounter();
    }
}

通过注解引入新功能

使用Spring AOP，我们可以为bean引入新的方法。代理拦截调用并委托给实现该方法的其他对象

为示例中的所有的Performance实现引入下面的Encoreable接口：

package concert;
public interface Encoreable
{
    void performEncore();
}

借助于AOP的引入功能，不必在设计上妥协或者侵入性地改变现有的实现。为了实现该功能，创建一个新
的切面：

package concert;

import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.DeclareParents;

@Aspect
public class EncoreableIntroducer
{
    @DeclareParents(value = "concert.Performance+", defaultImpl = DefaultEncoreable.class)
    public static Encoreable encoreable;
}

EncoreableIntroducer是一个切面。但是它与之前所创建的切面不同，并没有提供前置、后置或环绕通知，而是
通过@DeclareParents注解，将Encoreable接口引入到Performance bean中

@DeclareParents注解由三部分组成：

• value属性指定了哪种类型的bean要引入该接口。在本例中，也就是所有实现Performance的类型。（标记符后面的加号表示是Performance的所有子类型，而不是Performance本身。）

• defaultImpl属性指定了为引入功能提供实现的类。这里指定的是DefaultEncoreable提供实现

• @DeclareParents注解所标注的静态属性指明了要引入了接口。这里所引入的是Encoreable接口

和其他的切面一样，需要在Spring应用中将EncoreableIntroducer声明为一个bean：

<bean class = "concert.EncoreableIntroducer" />

Spring的自动代理机制将会获取到它的声明，当Spring发现一个bean使用了@Aspect注解时，Spring就会创建一个代理，然后将调用委托给被代理的bean或被引入的实现，这取决于调用的方法属于被代理的bean还是属于被引入的接口

注入AspectJ切面

为演出创建一个新切面。具体来讲，以切面的方式创建一个评论员的角色，他会观看演出并且会在演出之后提供一些批评意见

// 使用AspectJ实现表演的评论员
package concert;
public aspect CriticAspect{
    public CriticAspect(){}
    
    pointcut performance() : execution(* perform(..));
    afterReturning() : performance()
    {
        System.out.println(criticismEngine.getCriticism());
    }
    private CriticismEngine criticismEngine;
    
    public void setCriticismEngine(CriticismEngine criticismEngine)        // 注入CriticismEngine
    {
        this.criticismEngine = criticismEngine;
    }
}

上述程序中的performance()切点匹配perform()方法。当它与afterReturning()通知一起配合使用时，可以让该切面在表演结束时起作用

实际上，CriticAspect与一个CriticismEngine对象相协作，在表演结束时，调用该对象的getCriticism()方法来发表一个苛刻的评论。为了避免CriticAspect和CriticismEngine之间产生不必要的耦合，我们通过Setter依赖注入为CriticAspect设置CriticismEngine。此关系如下图所示：

切面也需要注入。像其他的bean一样，Spring可以为AspectJ切面注入依赖

\\ 要注入到CriticAspect中的CriticismEngine实现
package com.springinaction.springidol;
public class CriticismEngineImpl implements CriticismEngine
{
    public CriticismEngineImpl(){}
    
    public String getCriticism()
    {
        int i = (int) (Math.random() * criticismPool.length)
        return criticismPool[i];
    }
    
    // injected
    private String[] criticismPool;
    public void setCriticismPool(String[] criticismPool)
    {
        this.criticismPool = criticismPool;
    }
}

CriticismEngineImpl实现了CriticismEngine接口，通过从注入的评论池中随机选择一个苛刻的评论

使用XML声明Spring bean：

<bean id = "criticismEngine"
    class = "com.springinaction.springidol.CriticismEngineImpl">
    <property name = "criticisms">
        <list>
            <value>Worst performance ever!</value>
            <value>I laughed, I cried, then I realized I was at the wrong show.</value>
            <value>A must see show!</value> 
        </list>
    </property>
</bean>

现在有了一个要赋予CriticAspect的Criticism-Engine实现。剩下的就是为CriticAspect装配CriticismEngineImple。在展示如何实现注入之前，必须清楚AspectJ切面根本不需要Spring就可以织入到我们的应用中。如果想使用Spring的依赖注入为AspectJ切面注入协作者，那我们就需要在Spring配置中把切面声明为一个Spring配置中的<bean>。如下的<bean>声明会把criticismEnginebean注入到CriticAspect中：

<bean class= "com.springinaction.springidol.CriticAspect"
    factory-method = "aspectOf">
    <property name = "criticismEngine" ref = "criticismEngine" />
</bean>

Spring需要通过aspectOf()工厂方法获得切面的引用，然后像<bean>元素规定的那样在该对象上执行依赖注入