Spring AOP的實現機制

dendoink 發布于2019-08-14 17:24 / 1263人閱讀

摘要：本文主要介紹的兩種代理實現機制，動態代理和動態代理。直接使用首先定義需要切入的接口和實現。我實現了一個工廠類來獲取代理對象代理具體使用輸出結果動態代理我們再新建一個來，這次不實現任何接口。

AOP（Aspect Orient Programming），一般稱為面向切面編程，作為面向對象的一種補充，用于處理系統中分布于各個模塊的橫切關注點，比如事務管理、日志、緩存等等。AOP實現的關鍵在于AOP框架自動創建的AOP代理，AOP代理主要分為靜態代理和動態代理，靜態代理的代表為AspectJ；而動態代理則以Spring AOP為代表。靜態代理是編譯期實現，動態代理是運行期實現，可想而知前者擁有更好的性能。本文主要介紹Spring AOP的兩種代理實現機制，JDK動態代理和CGLIB動態代理。

靜態代理是編譯階段生成AOP代理類，也就是說生成的字節碼就織入了增強后的AOP對象；動態代理則不會修改字節碼，而是在內存中臨時生成一個AOP對象，這個AOP對象包含了目標對象的全部方法，并且在特定的切點做了增強處理，并回調原對象的方法。

Spring AOP中的動態代理主要有兩種方式，JDK動態代理和CGLIB動態代理。JDK動態代理通過反射來接收被代理的類，并且要求被代理的類必須實現一個接口。JDK動態代理的核心是InvocationHandler接口和Proxy類。

如果目標類沒有實現接口，那么Spring AOP會選擇使用CGLIB來動態代理目標類。CGLIB（Code Generation Library），是一個代碼生成的類庫，可以在運行時動態的生成某個類的子類，注意，CGLIB是通過繼承的方式做的動態代理，因此如果某個類被標記為final，那么它是無法使用CGLIB做動態代理的，諸如private的方法也是不可以作為切面的。

我們分別通過實例來研究AOP的具體實現。

直接使用Spring AOP

首先定義需要切入的接口和實現。為了簡單起見，定義一個Speakable接口和一個具體的實現類，只有兩個方法sayHi()和sayBye()。

public interface Speakable {
    void sayHi();
    void sayBye();
}

@Service
public class PersonSpring implements Speakable {

    @Override
    public void sayHi() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(30);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Hi!!");
    }

    @Override
    public void sayBye() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Bye!!");
    }
}

接下來我們希望實現一個記錄sayHi()和sayBye()執行時間的功能。

定義一個MethodMonitor類用來記錄Method執行時間

public class MethodMonitor {

    private long start;
    private String method;

    public MethodMonitor(String method) {
        this.method = method;
        System.out.println("begin monitor..");
        this.start = System.currentTimeMillis();
    }

    public void log() {
        long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("end monitor..");
        System.out.println("Method: " + method + ", execution time: " + elapsedTime + " milliseconds.");
    }
}

光有這個類還是不夠的，希望有個靜態方法用起來更順手，像這樣

MonitorSession.begin();
doWork();
MonitorSession.end();

說干就干，定義一個MonitorSession

public class MonitorSession {

    private static ThreadLocal monitorThreadLocal = new ThreadLocal<>();

    public static void begin(String method) {
        MethodMonitor logger = new MethodMonitor(method);
        monitorThreadLocal.set(logger);
    }

    public static void end() {
        MethodMonitor logger = monitorThreadLocal.get();
        logger.log();
    }
}

萬事具備，接下來只需要我們做好切面的編碼，

@Aspect
@Component
public class MonitorAdvice {

    @Pointcut("execution (* com.deanwangpro.aop.service.Speakable.*(..))")
    public void pointcut() {
    }

    @Around("pointcut()")
    public void around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        MonitorSession.begin(pjp.getSignature().getName());
        pjp.proceed();
        MonitorSession.end();
    }

}

如何使用？我用了spring boot，寫一個啟動函數吧。

@SpringBootApplication
public class Application {

    @Autowired
    private Speakable personSpring;

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }

    @Bean
    public CommandLineRunner commandLineRunner(ApplicationContext ctx) {
        return args -> {
            // spring aop
            System.out.println("******** spring aop ******** ");
            personSpring.sayHi();
            personSpring.sayBye();
            System.exit(0);
        };
    }

}

運行后輸出:

******** jdk dynamic proxy ******** 
begin monitor..
Hi!!
end monitor..
Method: sayHi, execution time: 32 milliseconds.
begin monitor..
Bye!!
end monitor..
Method: sayBye, execution time: 22 milliseconds.

JDK動態代理

剛剛的例子其實內部實現機制就是JDK動態代理，因為Person實現了一個接口。

為了不和第一個例子沖突，我們再定義一個Person來實現Speakable, 這個實現是不帶Spring Annotation的，所以他不會被Spring托管。

public class PersonImpl implements Speakable {

    @Override
    public void sayHi() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(30);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Hi!!");
    }

    @Override
    public void sayBye() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Bye!!");
    }
}

重頭戲來了，我們需要利用InvocationHandler實現一個代理，讓它去包含Person這個對象。那么再運行期實際上是執行這個代理的方法，然后代理再去執行真正的方法。所以我們得以在執行真正方法的前后做一些手腳。JDK動態代理是利用反射實現，直接看代碼。

public class DynamicProxy implements InvocationHandler {

    private Object target;

    public DynamicProxy(Object object) {
        this.target = object;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2)
            throws Throwable {
        MonitorSession.begin(arg1.getName());
        Object obj = arg1.invoke(target, arg2);
        MonitorSession.end();
        return obj;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public  T getProxy() {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(),
                this
        );
    }

}

通過getProxy可以得到這個代理對象，invoke就是具體的執行方法，可以看到我們在執行每個真正的方法前后都加了Monitor。

我實現了一個工廠類來獲取Person代理對象

public class PersonProxyFactory {

    public static Speakable newJdkProxy() {
            // 代理PersonImpl
        DynamicProxy dynamicProxy = new DynamicProxy(new PersonImpl());
        Speakable proxy = dynamicProxy.getProxy();
        return proxy;
    }

}

具體使用

 // jdk dynamic proxy
System.out.println("******** jdk dynamic proxy ******** ");
Speakable jdkProxy = PersonProxyFactory.newJdkProxy();
jdkProxy.sayHi();
jdkProxy.sayBye();

輸出結果:

******** jdk dynamic proxy ******** 
begin monitor..
Hi!!
end monitor..
Method: sayHi, execution time: 32 milliseconds.
begin monitor..
Bye!!
end monitor..
Method: sayBye, execution time: 22 milliseconds.

CGLib動態代理

我們再新建一個Person來，這次不實現任何接口。

public class Person {

    public void sayHi() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(30);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Hi!!");
    }

    public void sayBye() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Bye!!");
    }
}

如果Spring識別到所代理的類沒有實現Interface，那么就會使用CGLib來創建動態代理，原理實際上成為所代理類的子類。

public class CGLibProxy implements MethodInterceptor {

    private static CGLibProxy instance = new CGLibProxy();

    private CGLibProxy() {
    }

    public static CGLibProxy getInstance() {
        return instance;
    }

    private Enhancer enhancer = new Enhancer();

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public   T getProxy(Class clazz) {
        enhancer.setSuperclass(clazz);
        enhancer.setCallback(this);
        return (T) enhancer.create();
    }

    @Override
    public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2,
                            MethodProxy arg3) throws Throwable {
        MonitorSession.begin(arg1.getName());
        Object obj = arg3.invokeSuper(arg0, arg2);
        MonitorSession.end();
        return obj;
    }
}

類似的通過getProxy可以得到這個代理對象，intercept就是具體的執行方法，可以看到我們在執行每個真正的方法前后都加了Monitor。

在工廠類中增加獲得Person代理類的方法,

public static Person newCglibProxy() {
    CGLibProxy cglibProxy = CGLibProxy.getInstance();
    Person proxy = cglibProxy.getProxy(Person.class);
    return proxy;
}

具體使用

// cglib dynamic proxy
System.out.println("******** cglib proxy ******** ");
Person cglibProxy = PersonProxyFactory.newCglibProxy();
cglibProxy.sayHi();
cglibProxy.sayBye();

輸出結果：

begin monitor..
Hi!!
end monitor..
Method: sayHi, execution time: 53 milliseconds.
begin monitor..
Bye!!
end monitor..
Method: sayBye, execution time: 14 milliseconds.

小結

對比JDK動態代理和CGLib代理，在實際使用中發現CGLib在創建代理對象時所花費的時間卻比JDK動態代理要長，實測數據

Method: newJdkProxy, execution time: 5 milliseconds.
Method: newCglibProxy, execution time: 18 milliseconds.

所以CGLib更適合代理不需要頻繁實例化的類。

在具體方法執行效率方面，理應是不通過反射的CGlib更快一些，然后測試結果并非如此，還需要高手指教。

JDK
Method: sayHi, execution time: 32 milliseconds.
CGLib
Method: sayHi, execution time: 53 milliseconds.

以上code都可以通過Github中獲取。

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