Spring AOP

2022-03-30

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基础介绍

产生背景

“存在即合理”，任何一种理论或技术的产生，必然有它的原因。了解它产生的背景、为了解决的问题有助于我们更好地把握AOP（Aspect-OrientedProgramming）的概念。
软件开发一直在寻求一种高效开发、护展、维护的方式。从面向过程的开发实践中，前人将关注点抽象出来，对行为和属性进行聚合，形成了面向对象的开发思想，其在一定程度上影响了软件开发的过程。鉴于此，我们在开发的过程中会对软件开发进行抽象、分割成各个模块或对象。例如，我们会对API进行抽象成四个模块：Controller,Service,Gateway,Command.这很好地解决了业务级别的开发，但对于系统级别的开发我们很难聚焦。比如、对于每一个模块需要进行打日志、代码监控、异常处理。以打日志为例，我只能将日志代码嵌套在各个对象上，而无法关注日志本身，而这种现象又偏离了OOP思想。

为了能够更好地将系统级别的代码抽离出来，去掉与对象的耦合，就产生了面向AOP（面向切面）。如上图所示，OOP属于一种横向扩展，AOP是一种纵向扩展。AOP依托于OOP，进一步将系统级别的代码抽象出来，进行纵向排列，实现低耦合。至于AOP的确切的概念，我不希望给出抽象复杂的表述，只需要了解其作用即可。

实现方式

小伙伴们知道，AOP 底层就是动态代理，动态代理有两种实现方式：

JDK 动态代理：利用拦截器（必须实现 InvocationHandler）加上反射机制生成一个代理接口的匿名类，在调用具体方法前调用 InvokeHandler 来处理。举个例子，假设有一个接口 A，A 有一个实现类 B，现在要给 B 生成代理对象，那么实际上是给 A 接口自动生成了一个匿名实现类，并且在这个匿名实现类中调用到 B 中的方法。
CGLIB 动态代理：利用 ASM 框架，对代理对象类生成的 class 文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理。举个例子，现在有一个类 A，A 没有接口，现在想给 A 生成一个代理对象，那么实际上是自动给 A 生成了一个子类，在这个子类中覆盖了 A 中的方法，所以，小伙伴们要注意，A 类以及它里边的方法不能是 final 类型的，否则无法生成代理。

如果被代理的对象有接口，则可以使用 JDK 动态代理，没有接口就可以使用 CGLIB 动态代理。

在 Spring 中，默认情况下，如果被代理的对象有接口，就使用 JDK 动态代理，如果被代理的对象没有接口，则使用 CGLIB 动态代理。

在 Spring Boot 中，2.0 之前也跟 Spring 中的规则一样，2.0 之后则统一都使用 CGLIB 动态代理。

不过这些都是默认的规则，如果有接口，但是你又希望使用 CGLIB 动态代理，通过修改配置，也都是可以实现的。

底层原理

Spring AOP底层还是基于IOC来实现的。

Spring通过AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator来创建代理类，其类图如下：

我们可以发现它实现了两类接口：

BeanFactoryAware属于Bean级生命周期接口方法
InstantiationAwareBeanPostProcessor 和 BeanPostProcessor 这两个接口实现，一般称它们的实现类为“后处理器”，是容器级生命周期接口方法；

结合Spring Bean的生命周期：

我们可以发现AOP的主要初始话方法再上图红色方框中。

JDK动态代理

回顾代理模式

代理模式，即为另一个对象提供一个替身或占位符以控制对这个对象的访问。其类图通常如下：

### 实现方式

Spring默认使用JDK的动态代理实现AOP，类如果实现了接口，Spring就会使用这种方式实现动态代理。熟悉Java语言的应该会对JDK动态代理有所了解。JDK实现动态代理需要两个组件：

首先第一个就是InvocationHandler接口。我们在使用JDK的动态代理时，需要编写一个类，去实现这个接口，然后重写invoke方法，这个方法其实就是我们提供的代理方法。
然后JDK动态代理需要使用的第二个组件就是Proxy这个类，我们可以通过这个类的newProxyInstance方法，返回一个代理对象。生成的代理类实现了原来那个类的所有接口，并对接口的方法进行了代理，我们通过代理对象调用这些方法时，底层将通过反射，调用我们实现的invoke方法。

实现原理

JDK的动态代理是基于反射实现。JDK通过反射，生成一个代理类，这个代理类实现了原来那个类的全部接口，并对接口中定义的所有方法进行了代理。当我们通过代理对象执行原来那个类的方法时，代理类底层会通过反射机制，回调我们实现的InvocationHandler接口的invoke方法。并且这个代理类是Proxy类的子类（记住这个结论，后面测试要用）。这就是JDK动态代理大致的实现方式。

优缺点

优点
1. JDK动态代理是JDK原生的，不需要任何依赖即可使用；
2. 通过反射机制生成代理类的速度要比CGLib操作字节码生成代理类的速度更快；
缺点
1. 如果要使用JDK动态代理，被代理的类必须实现了接口，否则无法代理。因为java只支持单继承，而JDK动态代理再创建代理对象时，默认让代理对象继承自Proxy类，因此无法同时继承被代理类，只能通过实现相同接口来实现。
2. JDK动态代理无法为没有在接口中定义的方法实现代理，假设我们有一个实现了接口的类，我们为它的一个不属于接口中的方法配置了切面，Spring仍然会使用JDK的动态代理，但是由于配置了切面的方法不属于接口，为这个方法配置的切面将不会被织入。
3. JDK动态代理执行代理方法时，需要通过反射机制进行回调，此时方法执行的效率比较低；

实践测试

下面我们通过一个简单的例子，来验证上面的说法。首先我们需要一个接口和它的一个实现类，然后再为这个实现类的方法配置切面，看看Spring是否真的使用的是JDK的动态代理。假设接口的名称为Human，而实现类为Student：

public interface Human {
    void display();
}

@Component
public class Student implements Human {

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("I am a student");
    }
}

然后我们定义一个切面，将这个display方法作为切入点，为它配置一个前置通知，代码如下：

@Aspect
@Component
public class HumanAspect {
    // 为Student这个类的所有方法，配置这个前置通知
    @Before("execution(* cn.tewuyiang.pojo.Student.*(..))")
    public void before() {
        System.out.println("before student");
    }
}

下面可以开始测试了，我们通过Java类的方式进行配置，然后编写一个单元测试方法：

// 配置类
@Configuration
@ComponentScan(basePackages = "cn.tewuyiang")
@EnableAspectJAutoProxy
public class AOPConfig {
}

// 测试方法
 @Test
public void testProxy() {
    ApplicationContext context =
        new AnnotationConfigApplicationContext(AOPConfig.class);
	// 注意，这里只能通过Human.class获取，而无法通过Student.class，因为在Spirng容器中，
    // 因为使用JDK动态代理，Ioc容器中，存储的是一个类型为Human的代理对象
    Human human =  context.getBean(Human.class);
    human.display();
    // 输出代理类的父类，以此判断是JDK还是CGLib
    System.out.println(human.getClass().getSuperclass());
}

注意看上面代码中，最长的那一句注释。由于我们需要代理的类实现了接口，则Spring会使用JDK的动态代理，生成的代理类会实现相同的接口，然后创建一个代理对象存储在Spring容器中。这也就是说，在Spring容器中，这个代理bean的类型不是Student类型，而是Human类型，所以我们不能通过Student.class获取，只能通过Human.class（或者通过它的名称获取）。这也证明了我们上面说过的另一个问题，JDK动态代理无法代理没有定义在接口中的方法。假设Student这个类有另外一个方法，它不是Human接口定义的方法，此时就算我们为它配置了切面，也无法将切面织入。而且由于在Spring容器中保存的代理对象并不是Student类型，而是Human类型，这就导致我们连那个不属于Human的方法都无法调用。这也说明了JDK动态代理的局限性。

我们前面说过，JDK动态代理生成的代理类继承了Proxy这个类，而CGLib生成的代理类，则继承了需要进行代理的那个类，于是我们可以通过输出代理对象所属类的父类，来判断Spring使用了何种代理。下面是输出结果：

1
2
3

before student
I am a student
class java.lang.reflect.Proxy	// 注意看，父类是Proxy

通过上面的输出结果，我们发现，代理类的父类是Proxy，也就意味着果然使用的是JDK的动态代理。

CGLib动态代理

实现原理

CGLib实现动态代理的原理是，底层采用了ASM字节码生成框架，直接对需要代理的类的字节码进行操作，生成这个类的一个子类，并重写了类的所有可以重写的方法，在重写的过程中，将我们定义的额外的逻辑（简单理解为Spring中的切面）织入到方法中，对方法进行了增强。而通过字节码操作生成的代理类，和我们自己编写并编译后的类没有太大区别。

优缺点

优点
1. 使用CGLib代理的类，不需要实现接口，因为CGLib生成的代理类是直接继承自需要被代理的类；
2. CGLib生成的代理类是原来那个类的子类，这就意味着这个代理类可以为原来那个类中，所有能够被子类重写的方法进行代理；
3. CGLib生成的代理类，和我们自己编写并编译的类没有太大区别，对方法的调用和直接调用普通类的方式一致，所以CGLib执行代理方法的效率要高于JDK的动态代理；
缺点
1. 由于CGLib的代理类使用的是继承，这也就意味着如果需要被代理的类是一个final类，则无法使用CGLib代理；
2. 由于CGLib实现代理方法的方式是重写父类的方法，所以无法对final方法，或者private方法进行代理，因为子类无法重写这些方法；
3. CGLib生成代理类的方式是通过操作字节码，这种方式生成代理类的速度要比JDK通过反射生成代理类的速度更慢；

实践测试

好，测试完JDK动态代理，我们开始测试CGLib动态代理。我们前面说过，只有当需要代理的类没有实现接口时，Spring才会使用CGLib动态代理，于是我们修改Student这个类的定义，不让他实现接口：

@Component
public class Student {
    public void display() {
        System.out.println("I am a student");
    }
}

由于Student没有实现接口，所以我们的测试方法也需要做一些修改。之前我们是通过Human.class这个类型从Spring容器中获取代理对象，但是现在，由于没有实现接口，所以我们不能再这么写了，而是要写成Student.class，如下：

@Test
public void testProxy() {
    ApplicationContext context =
        new AnnotationConfigApplicationContext(AOPConfig.class);
	// 修改为Student.class
    Student student = context.getBean(Student.class);
    student.display();
    // 同样输出父类
    System.out.println(student.getClass().getSuperclass());
}

因为CGLib动态代理是生成了Student的一个子类，所以这个代理对象也是Student类型（子类也是父类类型），所以可以通过Student.class获取。下面是输出结果：

1
2
3

before student
I am a student
class cn.tewuyiang.pojo.Student		// 此时，父类是Student

可以看到，AOP成功生效，并且代理对象所属类的父类是Student，验证了我们之前的说法。下面我们修改一下Student类的定义，将display方法加上final修饰符，再看看效果：

@Component
public class Student {
    // 加上final修饰符
    public final void display() {
        System.out.println("I am a student");
    }
}

// 输出结果如下：
I am a student
class cn.tewuyiang.pojo.Student

可以看到，输出的父类仍然是Student，也就是说Spring依然使用了CGLib生成代理。但是我们发现，我们为display方法配置的前置通知并没有执行，也就是代理类并没有为display方法进行代理。这也验证了我们之前的说法，CGLib无法代理final方法，因为子类无法重写父类的final方法。下面我们可以试着为Student类加上final修饰符，让他无法被继承，此时看看结果。运行的结果会抛出异常，因为无法生成代理类，这里就不贴出来了，可以自己去试试。

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