深度剖析Spring AOP底层原理源码

Java小叮当
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前言

关于Spring AOP的知识点总结了一个图谱，分享给大家：

Spring 知识总结.jpg

AOP是Spring提供的关键特性之一。AOP即面向切面编程，是OOP编程的有效补充。使用AOP技术，可以将一些系统性相关的编程工作，独立提取出来，独立实现，然后通过切面切入进系统。从而避免了在业务逻辑的代码中混入很多的系统相关的逻辑——比如权限管理，事物管理，日志记录等等。这些系统性的编程工作都可以独立编码实现，然后通过AOP技术切入进系统即可。从而达到了将不同的关注点分离出来的效果。本文深入剖析Spring的AOP的原理。

AOP相关的概念

1）Aspect：切面，切入系统的一个切面。比如事务管理是一个切面，权限管理也是一个切面；

2）Join point：连接点，也就是可以进行横向切入的位置；

3）Advice：通知，切面在某个连接点执行的操作(分为:Before advice,After returning advice,After throwing advice,After (finally) advice,Around advice)；

4）Pointcut：切点，符合切点表达式的连接点，也就是真正被切入的地方；

AOP 的实现原理

AOP分为静态AOP和动态AOP。静态AOP是指AspectJ实现的AOP，他是将切面代码直接编译到Java类文件中。动态AOP是指将切面代码进行动态织入实现的AOP。Spring的AOP为动态AOP，实现的技术为：JDK提供的动态代理技术 和 CGLIB(动态字节码增强技术)。尽管实现技术不一样，但都是基于代理模式，都是生成一个代理对象。

1) JDK动态代理

主要使用到 InvocationHandler 接口和 Proxy.newProxyInstance() 方法。JDK动态代理要求被代理实现一个接口，只有接口中的方法才能够被代理。其方法是将被代理对象注入到一个中间对象，而中间对象实现InvocationHandler接口，在实现该接口时，可以在 被代理对象调用它的方法时，在调用的前后插入一些代码。而 Proxy.newProxyInstance() 能够利用中间对象来生产代理对象。插入的代码就是切面代码。所以使用JDK动态代理可以实现AOP。我们看个例子：

被代理对象实现的接口，只有接口中的方法才能够被代理：

public interface UserService {
    public void addUser(User user);
    public User getUser(int id);
}

被代理对象：

public class UserServiceImpl implements UserService {
    public void addUser(User user) {
        System.out.println("add user into database.");
    }
    public User getUser(int id) {
        User user = new User();
        user.setId(id);
        System.out.println("getUser from database.");
        return user;
    }
}

代理中间类：

`import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method;

public class ProxyUtil implements InvocationHandler { private Object target; // 被代理的对象

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    System.out.println("do sth before....");
    Object result =  method.invoke(target, args);
    System.out.println("do sth after....");
    return result;
}
ProxyUtil(Object target){
    this.target = target;
}
public Object getTarget() {
    return target;
}
public void setTarget(Object target) {
    this.target = target;
}

}`

测试：

`import java.lang.reflect.Proxy; import net.aazj.pojo.User;

public class ProxyTest { public static void main(String[] args){ Object proxyedObject = new UserServiceImpl(); // 被代理的对象 ProxyUtil proxyUtils = new ProxyUtil(proxyedObject);

    // 生成代理对象，对被代理对象的这些接口进行代理：UserServiceImpl.class.getInterfaces()
    UserService proxyObject = (UserService) Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), 
                UserServiceImpl.class.getInterfaces(), proxyUtils);
    proxyObject.getUser(1);
    proxyObject.addUser(new User());
}

}`

执行结果：

do sth before.... getUser from database. do sth after.... do sth before.... add user into database. do sth after....

我们看到在 UserService接口中的方法addUser 和 getUser方法的前面插入了我们自己的代码。这就是JDK动态代理实现AOP的原理。

我们看到该方式有一个要求，被代理的对象必须实现接口，而且只有接口中的方法才能被代理。

2）CGLIB（code generate libary）

字节码生成技术实现AOP，其实就是继承被代理对象，然后Override需要被代理的方法，在覆盖该方法时，自然是可以插入我们自己的代码的。因为需要Override被代理对象的方法，所以自然CGLIB技术实现AOP时，就必须要求需要被代理的方法不能是final方法，因为final方法不能被子类覆盖。我们使用CGLIB实现上面的例子：

package net.aazj.aop;

import java.lang.reflect.Method;
import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;

public class CGProxy implements MethodInterceptor{
    private Object target;    // 被代理对象
    public CGProxy(Object target){
        this.target = target;
    }
    public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        System.out.println("do sth before....");
        Object result = proxy.invokeSuper(arg0, arg2);
        System.out.println("do sth after....");
        return result;
    }
    public Object getProxyObject() {
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(this.target.getClass());    // 设置父类
        // 设置回调
        enhancer.setCallback(this);    // 在调用父类方法时，回调 this.intercept()
        // 创建代理对象
        return enhancer.create();
    }
}

public class CGProxyTest {
    public static void main(String[] args){
        Object proxyedObject = new UserServiceImpl();    // 被代理的对象
        CGProxy cgProxy = new CGProxy(proxyedObject);
        UserService proxyObject = (UserService) cgProxy.getProxyObject();
        proxyObject.getUser(1);
        proxyObject.addUser(new User());
    }
}

输出结果：

do sth before....
getUser from database.
do sth after....
do sth before....
add user into database.
do sth after....

我们看到达到了同样的效果。它的原理是生成一个父类enhancer.setSuperclass(this.target.getClass())的子类enhancer.create()，然后对父类的方法进行拦截enhancer.setCallback(this). 对父类的方法进行覆盖，所以父类方法不能是final的。

3）接下来我们看下spring实现AOP的相关源码：

@SuppressWarnings("serial")
public class DefaultAopProxyFactory implements AopProxyFactory, Serializable {
    @Override
    public AopProxy createAopProxy(AdvisedSupport config) throws AopConfigException {
        if (config.isOptimize() || config.isProxyTargetClass() || hasNoUserSuppliedProxyInterfaces(config)) {
            Class<?> targetClass = config.getTargetClass();
            if (targetClass == null) {
                throw new AopConfigException("TargetSource cannot determine target class: " +
                        "Either an interface or a target is required for proxy creation.");
            }
            if (targetClass.isInterface()) {
                return new JdkDynamicAopProxy(config);
            }
            return new ObjenesisCglibAopProxy(config);
        }
        else {
            return new JdkDynamicAopProxy(config);
        }
    }

从上面的源码我们可以看到：

if (targetClass.isInterface()) {
                return new JdkDynamicAopProxy(config);
            }
            return new ObjenesisCglibAopProxy(config);

如果被代理对象实现了接口，那么就使用JDK的动态代理技术，反之则使用CGLIB来实现AOP，所以Spring默认是使用JDK的动态代理技术实现AOP的。

JdkDynamicAopProxy的实现其实很简单：

final class JdkDynamicAopProxy implements AopProxy, InvocationHandler, Serializable {    
    @Override
    public Object getProxy(ClassLoader classLoader) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Creating JDK dynamic proxy: target source is " + this.advised.getTargetSource());
        }
        Class<?>[] proxiedInterfaces = AopProxyUtils.completeProxiedInterfaces(this.advised);
        findDefinedEqualsAndHashCodeMethods(proxiedInterfaces);
        return Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxiedInterfaces, this);
    }

Spring AOP的配置

Spring中AOP的配置一般有两种方法，一种是使用 aop:config 标签在xml中进行配置，一种是使用注解以及@Aspect风格的配置。

1）基于aop:config的AOP配置

下面是一个典型的事务AOP的配置：

    <tx:advice id="transactionAdvice" transaction-manager="transactionManager"?>
        <tx:attributes >
            <tx:method name="add*" propagation="REQUIRED" />
            <tx:method name="append*" propagation="REQUIRED" />
            <tx:method name="insert*" propagation="REQUIRED" />
            <tx:method name="save*" propagation="REQUIRED" />
            <tx:method name="update*" propagation="REQUIRED" />
    
            <tx:method name="get*" propagation="SUPPORTS" />
            <tx:method name="find*" propagation="SUPPORTS" />
            <tx:method name="load*" propagation="SUPPORTS" />
            <tx:method name="search*" propagation="SUPPORTS" />
    
            <tx:method name="*" propagation="SUPPORTS" />
        </tx:attributes>
    </tx:advice>
    <aop:config>
        <aop:pointcut id="transactionPointcut" expression="execution(* net.aazj.service..*Impl.*(..))" />
        <aop:advisor pointcut-ref="transactionPointcut" advice-ref="transactionAdvice" />
    </aop:config>

再看一个例子：

    <bean id="aspectBean" class="net.aazj.aop.DataSourceInterceptor"/>
    <aop:config>
        <aop:aspect id="dataSourceAspect" ref="aspectBean">
            <aop:pointcut id="dataSourcePoint" expression="execution(public * net.aazj.service..*.getUser(..))" />
            <aop:pointcut expression="" id=""/>
            <aop:before method="before" pointcut-ref="dataSourcePoint"/>
            <aop:after method=""/>
            <aop:around method=""/>
        </aop:aspect>
        
        <aop:aspect></aop:aspect>
    </aop:config>

<aop:aspect> 配置一个切面；<aop:pointcut>配置一个切点，基于切点表达式；<aop:before>,<aop:after>,<aop:around>是定义不同类型的advise. aspectBean 是切面的处理bean：

public class DataSourceInterceptor {
    public void before(JoinPoint jp) {
        DataSourceTypeManager.set(DataSources.SLAVE);
    }
}

2) 基于注解和@Aspect风格的AOP配置

我们以事务配置为例：首先我们启用基于注解的事务配置


    <!-- 使用annotation定义事务 -->
    <tx:annotation-driven transaction-manager="transactionManager" />

然后扫描Service包：

    <context:component-scan base-package="net.aazj.service,net.aazj.aop" />

最后在service上进行注解：

@Service("userService")
@Transactional
public class UserServiceImpl implements UserService{
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;
    
    @Transactional (readOnly=true)
    public User getUser(int userId) {
        System.out.println("in UserServiceImpl getUser");
        System.out.println(DataSourceTypeManager.get());
        return userMapper.getUser(userId);
    }
    
    public void addUser(String username){
        userMapper.addUser(username);
//        int i = 1/0;    // 测试事物的回滚
    }
    
    public void deleteUser(int id){
        userMapper.deleteByPrimaryKey(id);
//        int i = 1/0;    // 测试事物的回滚
    }
    
    @Transactional (rollbackFor = BaseBusinessException.class)
    public void addAndDeleteUser(String username, int id) throws BaseBusinessException{
        userMapper.addUser(username);
        this.m1();
        userMapper.deleteByPrimaryKey(id);
    }
    
    private void m1() throws BaseBusinessException {
        throw new BaseBusinessException("xxx");
    }

    public int insertUser(User user) {
        return this.userMapper.insert(user);
    }
}

这种事务配置方式，不需要我们书写pointcut表达式，而是我们在需要事务的类上进行注解。但是如果我们自己来写切面的代码时，还是要写pointcut表达式。下面看一个例子(自己写切面逻辑)：

首先去扫描@Aspect注解定义的切面：

<context:component-scan base-package="net.aazj.aop" />

启用@AspectJ风格的注解：

<aop:aspectj-autoproxy />

这里有两个属性，<aop:aspectj-autoproxy proxy-target-class="true" expose-proxy="true"/>， proxy-target-class="true" 这个最好不要随便使用，它是指定只能使用CGLIB代理，那么对于final方法时会抛出错误，所以还是让spring自己选择是使用JDK动态代理，还是CGLIB. expose-proxy="true"的作用后面会讲到。

切面代码：

import org.aspectj.lang.JoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
import org.springframework.core.annotation.Order;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Aspect    // for aop
@Component // for auto scan
@Order(0)  // execute before @Transactional
public class DataSourceInterceptor {
    @Pointcut("execution(public * net.aazj.service..*.get*(..))")
    public void dataSourceSlave(){};
    
    @Before("dataSourceSlave()")
    public void before(JoinPoint jp) {
        DataSourceTypeManager.set(DataSources.SLAVE);
    }
}

我们使用到了 @Aspect 来定义一个切面；@Component是配合context:component-scan/，不然扫描不到；@Order定义了该切面切入的顺序，因为在同一个切点，可能同时存在多个切面，那么在这多个切面之间就存在一个执行顺序的问题。该例子是一个切换数据源的切面，那么他应该在 事务处理 切面之前执行，所以我们使用 @Order(0) 来确保先切换数据源，然后加入事务处理。@Order的参数越小，优先级越高，默认的优先级最低：

/**
 * Annotation that defines ordering. The value is optional, and represents order value
 * as defined in the {@link Ordered} interface. Lower values have higher priority.
 * The default value is {@code Ordered.LOWEST_PRECEDENCE}, indicating
 * lowest priority (losing to any other specified order value).
 */
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD, ElementType.FIELD})
public @interface Order {
    /**
     * The order value. Default is {@link Ordered#LOWEST_PRECEDENCE}.
     * @see Ordered#getOrder()
     */
    int value() default Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;
}

关于数据源的切换可以参加专门的博文：www.cnblogs.com/digdeep/p/4…

3）切点表达式(pointcut)

上面我们看到，无论是 aop:config 风格的配置，还是 @Aspect 风格的配置，切点表达式都是重点。都是我们必须掌握的。

1> pointcut语法形式(execution)：

execution(modifiers-pattern? ret-type-pattern declaring-type-pattern? name-pattern(param-pattern)throws-pattern?) 带有 ? 号的部分是可选的，所以可以简化成：ret-type-pattern name-pattern(param_pattern) 返回类型，方法名称，参数三部分来匹配。

配置起来其实也很简单： * 表示任意返回类型，任意方法名，任意一个参数类型； .. 连续两个点表示0个或多个包路径，还有0个或多个参数。就是这么简单。看下例子：

execution(* net.aazj.service...get(..)) ：表示net.aazj.service包或者子包下的以get开头的方法，参数可以是0个或者多个（参数不限）；

execution(* net.aazj.service.AccountService.*(..)): 表示AccountService接口下的任何方法，参数不限；

注意这里，将类名和包路径是一起来处理的，并没有进行区分，因为类名也是包路径的一部分。

参数param-pattern部分比较复杂： () 表示没有参数，(..)参数不限，(*,String) 第一个参数不限类型，第二参数为String.

2> within() 语法:

within()只能指定(限定)包路径(类名也可以看做是包路径)，表示某个包下或者子报下的所有方法：

within(net.aazj.service.*)， within(net.aazj.service..*)，within(net.aazj.service.UserServiceImpl.*)

3> this() 与 target():

this是指代理对象，target是指被代理对象(目标对象)。所以 this() 和 target() 分别限定 代理对象的类型和被代理对象的类型：

this(net.aazj.service.UserService): 实现了UserService的代理对象(中的所有方法)；

target(net.aazj.service.UserService): 被代理对象实现了UserService(中的所有方法)；

4> args():

限定方法的参数的类型：

args(net.aazj.pojo.User): 参数为User类型的方法。

5> @target(), @within(), @annotation(), @args():

这些语法形式都是针对注解的，比如带有某个注解的类，带有某个注解的方法，参数的类型带有某个注解：

@within(org.springframework.transaction.annotation.Transactional)
@target(org.springframework.transaction.annotation.Transactional)

两者都是指被代理对象类上有 @Transactional 注解的(类的所有方法)，（两者似乎没有区别？？？）

@annotation(org.springframework.transaction.annotation.Transactional)： 方法 带有@Transactional 注解的所有方法

@args(org.springframework.transaction.annotation.Transactional)：参数的类型 带有@Transactional 注解的所有方法

6> bean(): 指定某个bean的名称

bean(userService): bean的id为 "userService" 的所有方法;

bean(*Service): bean的id为 "Service"字符串结尾的所有方法;

另外注意上面这些表达式是可以利用 ||, &&, ! 进行自由组合的。比如：execution(public * net.aazj.service..*.getUser(..)) && args(Integer,..)

向注解处理方法传递参数

有时我们在写注解处理方法时，需要访问被拦截的方法的参数。此时我们可以使用 args() 来传递参数，下面看一个例子：

@Aspect
@Component // for auto scan
//@Order(2)
public class LogInterceptor {    
    @Pointcut("execution(public * net.aazj.service..*.getUser(..))")
    public void myMethod(){};
    
    @Before("myMethod()")
    public void before() {
        System.out.println("method start");
    } 
    
    @After("myMethod()")
    public void after() {
        System.out.println("method after");
    } 
    
    @AfterReturning("execution(public * net.aazj.mapper..*.*(..))")
    public void AfterReturning() {
        System.out.println("method AfterReturning");
    } 
    
    @AfterThrowing("execution(public * net.aazj.mapper..*.*(..))")
//  @Around("execution(public * net.aazj.mapper..*.*(..))")
    public void AfterThrowing() {
        System.out.println("method AfterThrowing");
    } 
    
    @Around("execution(public * net.aazj.mapper..*.*(..))")
    public Object Around(ProceedingJoinPoint jp) throws Throwable {
        System.out.println("method Around");
        SourceLocation sl = jp.getSourceLocation();
        Object ret = jp.proceed();
        System.out.println(jp.getTarget());
        return ret;
    } 
    
    @Before("execution(public * net.aazj.service..*.getUser(..)) && args(userId,..)")
    public void before3(int userId) {
        System.out.println("userId-----" + userId);
    }  
    
    @Before("myMethod()")
    public void before2(JoinPoint jp) {
        Object[] args = jp.getArgs();
        System.out.println("userId11111: " + (Integer)args[0]);
        System.out.println(jp.getTarget());
        System.out.println(jp.getThis());
        System.out.println(jp.getSignature());
        System.out.println("method start");
    }    
}

方法：

    @Before("execution(public * net.aazj.service..*.getUser(..)) && args(userId,..)")
    public void before3(int userId) {
        System.out.println("userId-----" + userId);
    }

它会拦截 net.aazj.service 包下或者子包下的getUser方法，并且该方法的第一个参数必须是int型的，那么使用切点表达式args(userId,..)就可以使我们在切面中的处理方法before3中可以访问这个参数。

before2方法也让我们知道也可以通过 JoinPoint 参数来获得被拦截方法的参数数组。JoinPoint 是每一个切面处理方法都具有的参数，@Around类型的具有的参数类型为ProceedingJoinPoint。通过JoinPoint或者ProceedingJoinPoint参数可以访问到被拦截对象的一些信息(参见上面的before2方法)。

Spring AOP的缺陷

因为Spring AOP是基于动态代理对象的，那么如果target中的方法不是被代理对象调用的，那么就不会织入切面代码，看个例子：

@Service("userService")
@Transactional
public class UserServiceImpl implements UserService{
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;
    
    @Transactional (readOnly=true)
    public User getUser(int userId) {
        return userMapper.getUser(userId);
    }
    
    public void addUser(String username){
        getUser(2);
        userMapper.addUser(username);
    }

看到上面的addUser() 方法中，我们调用了 getUser() 方法，而getUser() 方法是谁调用的呢？是UserServiceImpl的实例，不是代理对象，那么getUser()方法就不会被织入切面代码。

切面代码如下：

@Aspect
@Component
public class AOPTest {
    @Before("execution(public * net.aazj.service..*.getUser(..))")
    public void m1(){
        System.out.println("in m1...");
    }    
    @Before("execution(public * net.aazj.service..*.addUser(..))")
    public void m2(){
        System.out.println("in m2...");
    }
}

执行如下代码：

public class Test {
    public static void main(String[] args){        
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext(
                        new String[]{"config/spring-mvc.xml","config/applicationContext2.xml"});

        UserService us = context.getBean("userService", UserService.class);
        if(us != null){
            us.addUser("aaa");

输出结果如下：

in m2...

虽然getUser()方法被调用了，但是因为不是代理对象调用的，所以AOPTest.m1()方法并没有执行。这就是Spring aop的缺陷。解决方法如下：

首先：将 <aop:aspectj-autoproxy /> 改为：

<aop:aspectj-autoproxy expose-proxy="true"/>

然后，修改UserServiceImpl中的 addUser() 方法：

@Service("userService")
@Transactional
public class UserServiceImpl implements UserService{
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;
    
    @Transactional (readOnly=true)
    public User getUser(int userId) {
        return userMapper.getUser(userId);
    }
    
    public void addUser(String username){
        ((UserService)AopContext.currentProxy()).getUser(2);
        userMapper.addUser(username);
    }

((UserService)AopContext.currentProxy()).getUser(2); 先获得当前的代理对象，然后在调用 getUser() 方法，就行了。

expose-proxy="true" 表示将当前代理对象暴露出去，不然 AopContext.currentProxy() 或得的是 null .

修改之后的运行结果：

in m2...
in m1...

最后

我这边整理了一份Spring AOP资料文档、Spring系列全家桶、Java的系统化资料：（包括Java核心知识点、面试专题和20年最新的互联网真题、电子书等）有需要的朋友可以关注公众号【程序媛小琬】即可获取。

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