Spring_AOP_02——实现原理

本文主要讲实现AOP的 代理模式原理，以及静态代理，动态代理的区别和具体实现。

对SpringAOP的概念和使用，可以参考以下文章：
Spring_AOP_01——概念讲解
SpringAOP基础和使用

AOP的实现思路是利用了代理模式，关键在于AOP框架对目标对象创建的AOP代理，实现了对目标对象的增强。

AOP的代理方式主要分为两种，静态代理 和 动态代理。
静态代理的代表为AspectJ
Spring使用动态代理，主要有JDK实现和cglib实现。

Spring创建代理的规则为：
默认使用JDK动态代理来创建AOP代理
当需要代理的类没有实现接口的时候，Spring会切换为使用cglib创建AOP代理
可以在配置文件制定，强制使用cglib代理

本篇主要内容：

  • 代理模式
  • AOP实现方式
  • 静态代理
  • AspectJ静态代理原理
  • 动态代理
  • JDK和cglib实现动态代理原理

关于JDK 代理 和 cglib 代理的 源码层原理，本篇不细讲。


代理模式

说到AOP实现原理，那么就首先需要明白什么是代理模式。这里简单讲解一下代理模式的原理。

代理模式使用代理对象完成用户的请求，控制对元对象的访问，屏蔽用户对真实对象的访问。代理模式是一种弄对象结构型模式。

UML结构图如下：

代理模式


代理模式的结构
代理模式主要包含三个角色：

  • Subject（抽象主题角色）
    它声明了真是主题和代理主题的共同接口，这样一来在任何使用真实主题的地方都可以使用代理主题，客户端通常需要针对抽象主题角色进行编程。

反映在实际环境中，这就是我们平时编程时定义的接口和超类。（分别代表JDK代理和cglib代理）

  • Proxy（代理主题角色）
    它包含了对真实主题的引用，从而可以在任何时候操作真实主题对象。在代理主题角色中，提供一个与真实主题角色相同的即可欧，以便在任何时候可以替代真实主题。

代理主题角色还可以控制对真实主题的使用，负责在需要的时候创建和删除真实主题对象，并对真实主题对象的使用加以约束。

在代理主题角色中，主要任务是定义在代理主题的操作，例如日志打印，权限控制等等，在调用真实操作之前or之后执行的操作。

  • RealSubject（真实主题角色）
    它定义了代理角色所代表的真实对象，在真实主题角色中实现了实际的业务操作。客户端可以通过代理角色间接的调用真实角色中定义的操作。


AOP的实现方式

AOP的实现使用的是代理模式。其中又分为静态代理和动态代理。
静态代理的代表为AspectJ
Spring使用动态代理，主要有JDK实现和cglib实现。

静态代理的缺点很明显：
一个代理类只能对一个业务接口的实现类进行包装，如果有多个业务接口的话，就要定义很多实现类进行代理才行。

而且如果代理类对业务方法的预处理，调用后处理都是一样的（例如调用前输出提示，调用后关闭连接），则多个代理类就会有很多重复的代码。

这时我们可以定义一个这样的类，它能代理所有实现类的方法调用：根据传进来的业务实现类和方法名进行具体调用——那就是动态代理。

接下来详细介绍一下各自的实现方式以及区别：

静态代理

静态代理就是在编译期生成代理类的方式。
其实上面的代理模式图，实现的就是静态代理。静态代理通常用于对业务的扩充。通过对真实对象的封装，来实现扩展性。

代码简单实现如下：

// 共同接口
public interface Action {
    public void doSomething();
}

//真实对象
public class RealObject implements Action{
    public void doSomething() {
        System.out.println("do something");
    }
}

//代理对象
public class Proxy implements Action {
    private Action realObject;

    public Proxy(Action realObject) {
        this.realObject = realObject;
    }
    public void doSomething() {
        System.out.println("proxy before do");
        realObject.doSomething();  //调用真实对象方法
        System.out.println("proxy after do");
    }
}

//运行代码
Proxy proxy = new Proxy(new RealObject());
proxy.doSomething();

这是一个以接口为抽象主题角色实现的静态代理。可以看到，代理对象和真实对象都实现了共同的接口。在代理对象中，保存了一个真实对象的对象引用。并且在调用对真实对象的操作前后，自己可以做一些其他操作。

AspectJ

AspectJ是一个静态代理的增强。需要明确的是AspectJ并不是Spring框架的一部分，而是一套独立的AOP解决方案。

AspectJ是一个java实现的AOP框架，它能够对Java代码进行AOP编译，让Java代码具有AspectJ的AOP功能（一般在编译器执行，需要aspectJ提供的编译器）

使用AspectJ需要依赖额外的第三方包和aspect的编译器。


AspectJ织入方式
AspectJ主要采用的是静态织入，在这个期间使用AspectJ的acj编译器（类似javac）把aspect类编译成class字节码后，在java目标类编译时织入，即先编译aspect类再编译目标类。

AspectJ除了编译期织入，还存在链接期（编译后）织入，即将aspect类和java目标类同时编译成字节码后，再进行织入处理，这种方式比较有助于已编译好的第三方jar和class文件进行织入操作。（这不是本篇重点，详细的aspectJ原理可以自行查找资料）

当然，不管是编译期织入还是编译后织入，AspectJ都是静态代理的方式织入的。即先构建好代理类的class文件，再运行。

关于ajc编译器，是一种弄能够识别aspect研发的编译器，它采用java语言编写，由于javac并不鞥识别aspect语法，便有了ajc编译器。注意ajc编译器也可以编译java文件。

AspectJ织入

我们可以反编译一下ajc织入后的java文件，可以很直观的看到ajc是如何将代码织入的。

//编译后织入aspect类的HelloWord字节码反编译类
public class HelloWord {
    public HelloWord() {
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("hello world !");
    }

    public static void main(String[] args) {
        HelloWord helloWord = new HelloWord();
        HelloWord var10000 = helloWord;

   try {
        //MyAspectJDemo 切面类的前置通知织入
        MyAspectJDemo.aspectOf().ajc$before$com_zejian_demo_MyAspectJDemo$1$22c5541();
        //目标类函数的调用
           var10000.sayHello();
        } catch (Throwable var3) {
        MyAspectJDemo.aspectOf().ajc$after$com_zejian_demo_MyAspectJDemo$2$4d789574();
            throw var3;
        }

        //MyAspectJDemo 切面类的后置通知织入 
        MyAspectJDemo.aspectOf().ajc$after$com_zejian_demo_MyAspectJDemo$2$4d789574();
    }
}


动态代理

与静态代理相对的，动态代理的代理类，是在运行时才被动态的创建，所以叫做动态代理。

动态代理的好处是：对代理类的函数进行统一管理。解决了解决静态代理中存在的功能重复和代码重复的问题。SpringAOP提供的就是动态代理支持。

与AspectJ一样，目的都是为了统一处理横切业务，但是与AspectJ不同的是，Spring AOP 并不尝试提供完成的AOP功能，而是更注重与Spring IOC 容器的结合，并利用该优势来解决横切业务的问题。

所以在AOP功能完善方面，AspectJ具有的优势更大。（Spring AOP只能在方法层面做横切，AspectJ可以对属性做横切）

同时，Spring注意到AspectJ在AOP的实现上，依赖于特殊的编译器（ajc编译器），因此Spring回避了这一点，Spring采用动态代理技术的实现原理来构建Spring AOP的内部机制（动态织入）。这是与AspectJ（静态织入）最根本的区别。

在AspectJ 1.5 之后，引入了 @Aspect 形式的注解风格开发，Spring也非常快地跟进了这种方式，在Spring 2.0之后便使用了与Aspect 1.5 一样的注解。

注意：Spring只是使用了AspectJ的注解，而没有使用AspectJ的编译器，低层还是使用动态代理技术实现。（很重要！）

Spring的 动态代理主要有两种方式：

  • 使用了JDK Proxy的动态代理
  • 使用了cglib Ehancer 的动态代理。

JDK实现动态代理

JDK动态代理的原理，是利用反射机制，生成一个和目标类继承了一样接口的匿名代理类。在调用具体方法前使用InvocationHandler来处理。

JDK动态代理的对象在创建时，需要使用业务实现类的接口作为参数（因为在后面代理方法时需要根据接口内的方法名进行调用）。如果业务实现类没有实现接口，就无法使用JDK动态代理了。并且

关键接口：java.lang.reflect.InvocationHandler
关键类：java.lang.reflect.Proxy 和 java.lang.reflect.Method

代码示例如下：

// JDK代理类
public class JDKProxy implements InvocationHandler {

    private Object proxyObject;

    public JDKProxy(Object proxyObject) {
        this.proxyObject = proxyObject;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // do something
        Object ret = null;  //方法返回值

        System.out.println("JDK Proxy --- 调用前 --- 调用方法是:"+method.getName() + "---参数是:"+ GsonUtil.toJson(args));

        ret = method.invoke(proxyObject, args); //调用invoke方法

        System.out.println("JDK Proxy --- 调用后");
        return ret;
    }
}

// 获取代理对象工厂方法
public class ProxyFactory {

    /**
     * 工厂方法，获取JDKProxy对象
     * @param proxyObject
     * @return
     */
    public static Object createJDKProxyInstance(Object proxyObject){
        JDKProxy jdkProxy = new JDKProxy(proxyObject);
        return Proxy.newProxyInstance(proxyObject.getClass().getClassLoader(), proxyObject.getClass().getInterfaces(), jdkProxy);
    }
}

// 测试代码
DemoManager jdkDemo = (DemoManager) ProxyFactory.createJDKProxyInstance(new DemoManagerImpl());
jdkDemo.add(1,"Antony");
jdkDemo.delete(2);

// 运行结果
JDK Proxy --- 调用前 --- 调用方法是:add---参数是:[1,"Antony"]
DemoManager add--- 调用啦---id=1name=Antony
JDK Proxy --- 调用后


cglib实现动态代理

cglib动态代理的原理是继承需要代理的类，生成的代理类是目标类的子类。用cglib生成的代理类重写了父类的各个方法，拦截器中的intercept方法内容正好就是代理类中的方法体。

cglib是一个代码生成的类库，低层是使用了ASM提供的字节码操控框架。通过在运行时动态地生成某个类的子类。cglib是采用继承的方式实现的代理，所以被声明为final的类无法代理。

关键接口：org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor
关键类：org.springframework.cglib.proxy.Enhancer 和 org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy

代码示例如下：

// cglib 代理对象的类
public class CGlibProxy implements MethodInterceptor {

    private Object proxyObject;

    public CGlibProxy(Object proxyObject) {
        this.proxyObject = proxyObject;
    }

    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("CGLib Proxy --- 调用前 --- 调用方法是:"+method.getName() + "---参数是:"+ GsonUtil.toJson(objects));

        Object ret = method.invoke(proxyObject, objects);

        System.out.println("CGLib Proxy --- 调用后");

        return ret;
    }
}

// 工厂方法，获取代理对象
public class ProxyFactory {
    /**
     * 工厂方法，获取cglibProxy对象
     * @param proxyObject
     * @return
     */
    public static Object createCGlibProxyInstance(Object proxyObject){
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(proxyObject.getClass());
        enhancer.setCallback(new CGlibProxy(proxyObject));
        return enhancer.create();
    }
}

// 测试代码
DemoManager cgDemo = (DemoManager) ProxyFactory.createCGlibProxyInstance(new DemoManagerImpl());
cgDemo.add(1,"Antony");
cgDemo.delete(2);

// 运行结果
CGLib Proxy --- 调用前 --- 调用方法是:add---参数是:[1,"Antony"]
DemoManager add--- 调用啦---id=1name=Antony
CGLib Proxy --- 调用后


两者的区别
JDK 使用继承接口的方式生成代理类。（实现接口，管理代理实例）
cglib 使用继承目标类的方式生成代理类。（生成目标类的子类，重写方法）

JDK只能对继承了接口的类代理。
cglib 除了 final 类都可以代理。

JDK代理类生成快，但是运行效率较cglib代理差。
cglib代理类生成慢，但是运行效率较JDK代理快。

Spring如何选择这两种代理

  • 目标对象实现了接口，默认使用JDK代理。
  • 目标对象实现了接口，可以选择强制使用 cglib 代理。
  • 目标对象没有实现接口，只能选择使用 cglib 代理。


为什么不全部使用cglib

cglib创建代理类的速度较慢，但是创建后运行的速度则很快。而JDK代理正好相反。如果在运行时全部使用cglib代理，则系统性能会显著下降。所以一般建议在系统初始化的时候使用cglib方式创建代理，放入Spring的ApplicationContext中以备后用。

SpringAOP 和 AspectJ的区别

Spring AOP AspectJ
在纯 Java 中实现 使用 Java 编程语言的扩展实现
不需要单独的编译过程 除非设置 LTW，否则需要 AspectJ 编译器 (ajc)
只能使用运行时织入 运行时织入不可用。支持编译时、编译后和加载时织入
功能不强-仅支持方法级编织 更强大 - 可以编织字段、方法、构造函数、静态初始值设定项、最终类/方法等......。
只能在由 Spring 容器管理的 bean 上实现 可以在所有域对象上实现
仅支持方法执行切入点 支持所有切入点
代理是由目标对象创建的, 并且切面应用在这些代理上 在执行应用程序之前 (在运行时) 前, 各方面直接在代码中进行织入
比 AspectJ 慢多了 更好的性能
易于学习和应用 相对于 Spring AOP 来说更复杂



（如果有什么错误或者建议，欢迎留言指出）
（本文内容是对各个知识点的转载整理，用于个人技术沉淀，以及大家学习交流用）

参考资料：
关于SpringAOP你该知晓的一切
AOP低层实现——JDK和CGLIB的动态代理

基于SpringAOP的 JDK动态代理和CGLIB动态代理
SpringAOP的两种代理方式：JDK动态代理和CGLIB动态代理

设计模式——代理模式
静态代理和动态代理的理解（附有源码分析）
AspectJ与SpringAOP的比较

最后编辑于 ：
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