11 | 剑走偏锋：面向切面编程
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11 | 剑走偏锋：面向切面编程
2019-10-04 四火 来自北京
《全栈工程师修炼指南》
课程介绍
讲述：四火
时长17:00大小13.64M
你好，我是四火。
今天我们要接触一个和 MVC 密切相关的，能带来思维模式改变的编程范型——面向切面编程（AOP，Aspect Oriented Programming）。
“给我一把锤子，满世界都是钉子”
我记得曾经有这样一个相当流行的观点，是说，编程语言只需要学习一门就够了，学那么多也没有用，因为技术是一通百通的，别的编程语言可以说是大同小异。我相信至今抱有这种观点的程序员也不在少数。
可惜，事实远没有那么美好。这个观点主要有两处值得商榷：
其一，不同的技术，在一定程度上确实是相通的，可是，技术之间的关联性，远不是“一通百通”这四个简简单单的字能够解释的。妄想仅仅凭借精通一门编程语言，就能够自动打通其它所有编程语言的任督二脉，这是不现实的。
其二，通常来说，说编程语言大同小异其实是很不客观的。编程语言经过了长时间的发展演化，如今已经发展出非常多的类型，用作编程语言分类标准之一的编程范型也可谓是百花齐放。
因此我们要学习多种编程语言，特别是那些能带来新的思维模式的编程语言。现在，把这个观点泛化到普遍的软件技术上，也一样适用。我们都知道要“一切从实际出发”，都知道要“具体问题具体分析”，可是，在眼界还不够开阔的时候，特别是职业生涯的早期，程序员在武器库里的武器还非常有限的时候，依然无法避免“给我一把锤子，满世界都是钉子”，在技术选择的时候眼光相对局限。
所以我们要学习全栈技术，尤其是要学习这些不一样，但一定层面上和已掌握知识相通的典型技术。今天我们要学习的这项在 MVC 框架中广泛使用的技术，是和面向对象编程一类层面的编程范型，叫做面向切面编程。
互联网有许多功能，如果使用传统的基于单个请求处理流程的方式来编码，代码就会非常繁琐，而使用 AOP 的方式，代码可以得到很大程度上的简化。希望通过今天的学习，你的武器库里，能够多一把重型机枪。
AOP 的概念
面向切面编程是一种通过横切关注点（Cross-cutting Concerns）分离来增强代码模块性的方法，它能够在不修改业务主体代码的情况下，对它添加额外的行为。
不好理解吗？没关系，我们来对它做进一步的说明。
首先需要明确的是，AOP 的目标是增强代码模块性，也就是说，本质上它是一种“解耦”的方法，在这方面它和我们之前介绍的分层等方法是类似的，可是，它分离代码的角度与我们传统、自然的模块设计思路截然不同。
我们来看下面这样一个例子，对于图书馆系统来说，有许多业务流程，其中借书和还书是最典型的两条。对于这些业务流程来说，从图书系统接收到请求开始，需要完成若干个步骤，但这些步骤都有一些“共性”，比如鉴权，比如事务控制：
那么，如果我们按照自然的思考方式，我们会把代码按照流程分解成一个一个的步骤，在每个步骤完成的前后添加这些“共性”逻辑。可是这样，这些逻辑就会散落在代码各处了，即便我们把它们按照重复代码抽取的原则，抽出来放到单独的方法中，这样的方法的“调用”还是散落在各处，无论是对软件工程上的可维护性，还是代码阅读时对于业务流程的专注度，都是不利的。
藉由 AOP 则可以有效地解决这些问题，对于图中横向的业务流程，我们能够保持它们独立不变，而把鉴权、事务这样的公共功能，彻底拿出去，放到单独的地方，这样整个业务流程就变得纯粹和干净，没有任何代码残留的痕迹，就好像武林高手彻底隐形了一般，但是，功能却没有任何丢失。就好比面条一般顺下来的业务流程，水平地切了几刀，每一刀，都是一个 AOP 的功能实现。
我们可能在 Java 的世界中谈论 AOP 比较多，但请注意，它并不是 Java 范畴的概念，它不依赖于任何框架，也和编程语言本身无关。
Spring 中的应用
现在，我们要给很多的业务方法以 AOP 的方式添加功能，而 lendOut 就是其中之一。定义一个 TransactionAspect 类：
你看，我给每一处可以实现的代码都用数字做了标记。我们希望在 doBefore 方法中添加事务开始逻辑，doAfter 方法中添加事务结束的提交逻辑，doThrowing 方法中添加事务失败的回滚逻辑，而在 doAround 方法中业务执行前后添加日志打印逻辑，其中的 pjp.proceed() 方法表示对原方法的调用。
接着，我们需要写一些 XML 配置，目的就是把原方法和 AOP 的切面功能连接起来。配置片段如下：
在这段配置中，前两行分别是对 BookService 和 TransactionAspect 这两个 Bean 的声明，接下来在 aop:config 中，我们定义了 pointcut 的切面匹配表达式，表示要捕获 BookService 的所有方法，并在 aop:aspect 标签内定义了我们希望实施的 AOP 功能。
在实际执行的过程中，如果没有异常抛出，上述这些逻辑的执行顺序将是：
实现原理
讲了 AOP 怎样配置，怎么表现，现在我要来讲讲它的实现原理了。通过这部分内容，希望你可以搞清楚，为什么不需要对代码做任何改动，就可以在业务逻辑的流水中切一刀，插入我们想要执行的其它逻辑呢？
对于常见的实现，我们根据其作用的不同时间阶段进行分类，有这样两种：
编译期间的静态织入，又称为编译时增强。织入（Weaving），指的是将切面代码和源业务代码链接起来的过程。AspectJ 就是这样一个面向切面的 Java 语言扩展，称呼其为语言的“扩展”，就是因为它扩展了 Java 语言的语法，需要特定的编译器来把 AspectJ 的代码编译成 JVM 可识别的 class 文件。
运行期间的动态代理，又称为运行时增强。这种方式是在程序运行时，依靠预先创建或运行时创建的代理类来完成切面功能的。比如 JDK 基于接口的动态代理技术，或 CGLib 基于类的代理对象生成技术就属于这一种。
Spring AOP 默认支持的是后者——运行期间的动态代理。至于具体实现，通常来说，我们应该优先考虑使用 JDK 的动态代理技术；但是如果目标类没有实现接口，我们只能退而求其次，使用 CGLib。
动态代理的方式由于在运行时完成代理类或代理对象的创建，需要用到 Java 的拦截、反射和字节码生成等技术，因此运行时的性能表现往往没有静态织入好，功能也有较多限制，但是由于使用起来简便（不需要语言扩展，不需要特殊的编译器等），它的实际应用更为广泛。
控制反转 IoC
通过 AOP 我们知道，某些问题如果我们换个角度来解决，会很大程度地简化代码。现在，让我们来了解在 Spring 中另一个经常和面向切面编程一起出现的概念——控制反转。控制反转是一种设计思想，也是通过“换个角度”来解决问题的。
控制反转，IoC，即 Inversion of Control，言下之意，指的是把原有的控制方向掉转过来了。在我们常规的程序流程中，对象是由主程序流程创建的，例如，在业务流程中使用 new 关键字来创建依赖对象。
但是，当我们使用 Spring 框架的时候，Spring 把对象创建的工作接管过来，它作为对象容器，来负责对象的查找、匹配、创建、装配，依赖管理，等等。而主程序流程，则不用关心对象是怎么来的，只需要使用对象就可以了。我们还是拿 BookService 举例子：
比如 BookService 的借出方法，假如它的实现中，我们希望：
调用数据访问对象 bookDao 的方法来更新被借书的状态；
调用借阅行为的访问对象 loanDao 来增加一条借阅记录。
在这种情况下，我们可以通过 @Autowired 注解，让容器将实际的数据访问对象注入进来，主程序流程不用关心“下一层”的数据访问对象到底是怎么创建的，怎么初始化的，甚至是怎么注入进来的，而是直接用就可以了，因为这些对象都已经被 Spring 管理起来了。
如果这些注入的对象之间还存在依赖关系，初始化它们的顺序就至关重要了，可是在这种情况下，Service 层依然不用关心，因为 Spring 已经根据代码或配置中声明的依赖关系自动确定了。总之，Service 层的业务代码，只管调用其下的数据访问层的方法就好了。
读到这里，你可能会回想起前文 AOP 的内容，和 IoC 似乎有一个共同的特点：都是为了尽可能保证主流程的纯粹和简洁，而将这些不影响主流程的逻辑拿出去，只不过这两种技术，“拿出去”的是不同的逻辑。值得注意的是，对象之间的依赖关系，各层之间的依赖关系，并没有因为 IoC 而发生任何的改变。
IoC 在实现上包含两种方式，一种叫做依赖查找（DL，Dependency Lookup），另一种叫做依赖注入（DI，Dependency Injection）。二者缺一不可，Spring 容器做到了两者，就如同上面的例子，容器需要先查找到 bookDao 和 loanDao 所对应的对象，再把它们注入进来。当然，我们平时听到的更多是第二种。
有了一个大致的感受，那么 IoC 到底能带来什么好处呢？我觉得主要有这样两个方面：
资源统一配置管理。这个方面很好，但并不是 IoC 最大的优势，因为，如果你不把资源交给容器管理，而是自己建立一个资源管理类来管理某项资源，一样可以得到“统一管理”的所有优势。
业务代码不再包含依赖资源的访问逻辑，因此资源访问和业务流程的代码解耦开了。我觉得这里的“解耦”才是 IoC 最核心的优势，它让各层之间的依赖关系变得松散。就如同上面的代码例子一样，如果哪一天我想把它依赖的 bookDao 和 loanDao 替换掉（比如，我想为 Service 层做测试），Service 一行代码都不用改，它压根都不需要知道。
总结思考
今天我们一起学习了面向切面编程，从学习概念，熟悉配置，到了解实现原理，希望你对于 AOP 已经有了一个清晰的认识，在未来设计和开发系统的时候，无论技术怎样演进，框架怎么变化，始终知道什么时候需要它，并能够把它从你的武器库中拿出来使用。
现在我来提两个问题，我们一起讨论吧：
你过去的项目中有没有应用 AOP 的例子，能说说吗？
我介绍了 AOP 的优点，但却没有提到它的缺点，但其实任何技术都是有两面性的，你觉得 AOP 的缺点都有哪些呢？
选修课堂：实践 AOP 的运行时动态代理
我们学习了 AOP 的实现原理，知道其中一种办法是通过 JDK 的动态代理技术来实现的。现在，我们就来写一点代码，用它实现一个小例子。
首先，请你准备好一个项目文件夹，我们会在其中创建一系列文件。你可以使用 Eclipse 来管理项目，也可以自己建立一个独立的文件夹，这都没有关系。
现在建立 BookService.java，这次我们把 BookService 定义为一个接口，包含 lendOut 方法，同时也创建它的实现 BookServiceImpl：
然后，我们建立一个 ServiceInvocationHandler.java，在这里我们可以定义代理对象在对原对象的方法调用前后，添加的额外逻辑：
接着，我们建立一个 Client.java 类，作为程序的起点，通过动态代理的方式来调用源代码中的 lendOut 方法：
你看，我们创建了一个动态代理对象，并赋给 bookService，这个代理对象实际是会调用 BookServiceImpl 的，但调用的前后打印了额外的日志。并且，这个代理对象也实现自 BookService 接口，因此，对于 BookService 的使用者来说，它实际并不知道调用到的是 BookServiceImpl 还是它的代理对象。请看图示：
好，现在我们把这些代码编译一下：
你应该能看到它们的 class 文件分别生成了。
最后，执行 Client 的 main 方法，就能看到相应的执行结果，它显示 lendBook 方法前后的 AOP 的逻辑被实际执行了：
扩展阅读
Comparing Spring AOP and AspectJ，这是一篇关于静态织入和动态代理这两种 AOP 方式比较的文章。
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精选留言(10)
不记年2019-10-11要说AOP的缺点的话，代码会变得不直观，需要脑补运行过程。不易调试，因为代码变得不直观，断点有时都不知道打在哪里。如果多层嵌套的话，上面的问题会加倍~作者回复: 👍
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Kevin·程2020-04-04远离代码开发工作10来年年了，利用以前的积累，这节课听了两遍，总算对mvc和aop、ioc有所感觉了，老师的讲解和分析很到位，很清晰，让我这样的也能搞明白。但是细细想来，所谓万变不离其宗，有根基才能了解上层的东西。对于spring的ioc，实施DI应该是提前完成底层资源对象的初始化工作，节省运行时调用的时间开销，简化主代码逻辑。这也需要丰厚的内存资源的支撑吧。另外spring会把所有对象提前装载到内存中吗，还是基于一定策略进行部分对象装载呢？展开作者回复: 都有，对象的装载有几种方式，是不是“提前”装载还取决于lazyload的配置。
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老沈2021-05-02前端部分的 生命周期。路由钩子等是否参考了aop的设计呢。作者回复: 从AOP的角度来理解确实是没问题的，但是最早是否参考了它的设计我就不清楚了。
Demon.Lee
2021-03-19“因为Spring基于动态代理，所以Spring只支持方法连接点。这与一些其他的AOP框架是不同的，例如AspectJ和JBoss，除了方法切点，它们还提供了字段和构造器接入点。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。” 摘录自《Spring 实战》第4版，想请问老师，为啥基于动态代理就只能支持方法连接点，而其他的（如AspectJ）则可以支持构造器和字段接入点，不是特别理解，谢谢。展开作者回复: 我的理解是，这和这两者的实现机制有关。动态代理它的实现本质上就是反射，字节码是不变的，因此这个限制是跑在JVM上的Java语言本身的限制；而静态织入则可以在编译期介入，直接改变字节码的生成，一般来说后者要强得多。
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szWest2020-01-15CGLIB不应该是编译时增强吗？作者回复: 是运行时
小寞子。(≥3≤)2019-11-24写过安卓开发。。在spring的时候遇到aop代理问题。。第一次听到这个概念。。 当时还不知道我用了半年的安卓开发里面很多功能实现其实就是aop。 一查才知道是什么。
anginiit2019-10-10今年的项目都是springboot架构的，直接使用aop的就是写过一个用户操作日志记录，就是通过切面来拦截用户请求然后把用户信息记录下来的，没有特别深的使用过呢。不过原理已经明白了。- pyhhou2019-10-101. 之前没怎么了解过 AOP，到时 DI 这个概念倒是一直听到，但也就是知道个概念，今天算是弄清楚 AOP、IoC、DI 这几个东西的基本概念了 2. 从我个人角度来看，AOP 确实隐藏了资源层的一些实现，程序员只需要关注业务层的代码，不需要特别考虑资源访问的逻辑，但是如果资源层的实现出现了问题，在 AOP 的架构下，会增加一定的 debug 难度，因为在这种架构下，资源层的逻辑可以说是不透明的；另外就是 AOP 其实和一般的设计思想有点不太一样，使用和适应上会有一定的门槛吧；性能方面的话，动态 AOP 实现会影响代码的实际运行效率，静态 AOP 实现又相对比较复杂，这也是一个需要权衡的地方展开
Dream.2019-10-09没接触过Spring，很多地方都没看懂再说什么 比如xml配置后执行顺序为(1) → (4) → (0) → (5) → (2) 没看到（0）在哪里，这个顺序是怎么来的看了好几遍也没看懂作者回复: 这里介绍的是配置切面逻辑以后的实际执行过程，(0) 就是原始代码，在你看到的(1) - (5) 的代码块的上方。
sky2019-10-05iOS里用的runtime的一些方法也是aop了作者回复: 👍
