Spring：AOP实现原理

AOP概述

AOP（Aspect Orient Programming），我们一般称为面向方面（切面）编程，作为面向对象的一种补充，用于处理系统中分布于各个模块的横切关注点，比如事务管理、日志、缓存等等。AOP实现的关键在于AOP框架自动创建的AOP代理，AOP代理主要分为静态代理和动态代理。允许通过分离应用的业务逻辑与系统级服务进行内聚性的开发。应用对象只实现它们应该做的——完成业务逻辑——仅此而已。它们并不负责（甚至是意识）其它的系统级关注点，例如日志或事务支持。

AOP中的基本概念

通知(Adivce) 通知有5种类型：
- Before 在方法被调用之前调用
- After 在方法完成后调用通知，无论方法是否执行成功
- After-returning 在方法成功执行之后调用通知
- After-throwing 在方法抛出异常后调用通知
- Around 在被通知的方法调用之前后调用之后执行自定义的行为
切点（Pointcut）
切点在Spring AOP中确实是对应系统中的方法。但是这个方法是定义在切面中的方法，一般和通知一起使用，一起组成了切面。Spring使用了AspectJ的切点表达式语言来定义Spring切面。
连接点（Join point）
所有可能的需要注入切面的地方。如方法前后、类初始化、属性初始化前后等等。
切面（Aspect）
切面是切点和通知的集合，一般单独作为一个类。通知和切点共同定义了关于切面的全部内容，它是什么时候，在何时和何处完成功能。
引入（Introduction）
允许我们向现有的类添加新方法属性。这不就是把切面（也就是新方法属性：通知定义的）用到目标类中吗
织入（Weaving）
把切面应用到目标对象来创建新的代理对象的过程。
目标（Target）
目标类，也就是要被通知的对象。也就是真正的业务逻辑，他可以在毫不知情的情况下，被咱们织入切面。而自己专注于业务本身的逻辑。

AOP各种实现机制的比较

Spring AOP如何实现

AOP的实现实际上是用的是代理模式。

Spring AOP中的动态代理主要有两种方式，JDK动态代理和CGLIB动态代理。JDK动态代理通过反射来接收被代理的类，并且要求被代理的类必须实现一个接口。JDK动态代理的核心是InvocationHandler接口和Proxy类。JDK中所要进行动态代理的类必须要实现一个接口，也就是说只能对该类所实现接口中定义的方法进行代理，这在实际编程中具有一定的局限性，而且使用反射的效率也并不是很高。

如果目标类没有实现接口，那么Spring AOP会选择使用CGLIB来动态代理目标类。CGLIB（Code Generation Library），是一个Code生成的类库，可以在运行时动态的生成某个类的子类，注意，CGLIB是通过继承的方式做的动态代理，因此如果某个类被标记为final，那么它是无法使用CGLIB做动态代理的。

CGLIB原理：动态生成一个要代理类的子类，子类重写要代理的类的所有不是final的方法。在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑。它比使用java反射的JDK动态代理要快。

CGLIB底层：使用字节码处理框架ASM，来转换字节码并生成新的类。不鼓励直接使用ASM，因为它要求你必须对JVM内部结构包括class文件的格式和指令集都很熟悉。。

源码分析

通过拓展点 BeanPostProcessor 接口。Spring AOP 抽象代理创建器实现了 BeanPostProcessor 接口，并在 bean 初始化后置处理过程中向 bean 中织入通知

IOC 的源码 AbstractAutowireCapableBeanFactory

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) throws BeanCreationException {

    // Instantiate the bean.
    BeanWrapper instanceWrapper = null;
    if (mbd.isSingleton()) {
        instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
    }
    if (instanceWrapper == null) {
        // 1. 创建实例
        instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    }
    ...

    // Initialize the bean instance.
    Object exposedObject = bean;
    try {
        // 2. 装载属性
        populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
        if (exposedObject != null) {
            // 3. 初始化
            exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
        }
    }
    ...
}

在上述initializeBean(…) 方法中会调用 BeanPostProcessor 中的方法

protected Object initializeBean(final String beanName, final Object bean, RootBeanDefinition mbd) {
   ...
   Object wrappedBean = bean;
   if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
      // 1. 执行每一个 BeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInitialization 方法
      wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
   }

   try {
      invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
   }
   ...
   if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
      // 我们关注的重点是这里！！！
      // 2. 执行每一个 BeanPostProcessor 的 postProcessAfterInitialization 方法
      wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
   }
   return wrappedBean;
}

也就是说，Spring AOP 会在 IOC 容器创建 bean 实例的最后对 bean 进行处理。其实就是在这一步进行代理增强。

public abstract class AbstractAutoProxyCreator extends ProxyProcessorSupport
    implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor, BeanFactoryAware {

    @Override
    /** bean 初始化后置处理方法 */
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        if (bean != null) {
            Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
            if (!this.earlyProxyReferences.contains(cacheKey)) {
                // 如果需要，为 bean 生成代理对象
                return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
            }
        }
        return bean;
    }

    protected Object wrapIfNecessary(Object bean, String beanName, Object cacheKey) {
        if (beanName != null && this.targetSourcedBeans.contains(beanName)) {
            return bean;
        }
        if (Boolean.FALSE.equals(this.advisedBeans.get(cacheKey))) {
            return bean;
        }

        /*
         * 如果是基础设施类（Pointcut、Advice、Advisor 等接口的实现类），或是应该跳过的类，
         * 则不应该生成代理，此时直接返回 bean
         */ 
        if (isInfrastructureClass(bean.getClass()) || shouldSkip(bean.getClass(), beanName)) {
            // 将 <cacheKey, FALSE> 键值对放入缓存中，供上面的 if 分支使用
            this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
            return bean;
        }

        // 为目标 bean 查找合适的通知器
        Object[] specificInterceptors = getAdvicesAndAdvisorsForBean(bean.getClass(), beanName, null);
        /*
         * 若 specificInterceptors != null，即 specificInterceptors != DO_NOT_PROXY，
         * 则为 bean 生成代理对象，否则直接返回 bean
         */ 
        if (specificInterceptors != DO_NOT_PROXY) {
            this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.TRUE);
            // 创建代理
            Object proxy = createProxy(
                    bean.getClass(), beanName, specificInterceptors, new SingletonTargetSource(bean));
            this.proxyTypes.put(cacheKey, proxy.getClass());
            /*
             * 创建代理...创建代理...创建代理...
             * 返回代理对象，此时 IOC 容器输入 bean，得到 proxy。此时，
             * beanName 对应的 bean 是代理对象，而非原始的 bean
             */ 
            return proxy;
        }

        this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
        // specificInterceptors = null，直接返回 bean
        return bean;
    }
}

接下来看createProxy(…) 方法，其实createProxy这个方法主要是在内部创建了一个 ProxyFactory 的实例，然后 set 了一大堆内容，剩下的工作就都是这个 ProxyFactory 实例的了，通过这个实例来创建代理:

首先到 ProxyFactory#getProxy(classLoader) 方法，该方法首先通过 createAopProxy() 创建一个 AopProxy 的实例：

protected final synchronized AopProxy createAopProxy() {
   if (!this.active) {
      activate();
   }
   return getAopProxyFactory().createAopProxy(this);
}

创建 AopProxy 之前，我们需要一个 AopProxyFactory 实例，然后看 ProxyCreatorSupport 的构造方法：

public ProxyCreatorSupport() {
   this.aopProxyFactory = new DefaultAopProxyFactory();
}

这样就将我们导到 DefaultAopProxyFactory 这个类了，我们看它的 createAopProxy(…) 方法：

@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() || Proxy.isProxyClass(targetClass)) {
            return new JdkDynamicAopProxy(config);
        }
        return new ObjenesisCglibAopProxy(config);
    }
    else {
        return new JdkDynamicAopProxy(config);
    }
}

// 判断是否有实现自定义的接口
private boolean hasNoUserSuppliedProxyInterfaces(AdvisedSupport config) {
    Class<?>[] ifcs = config.getProxiedInterfaces();
    return (ifcs.length == 0 || (ifcs.length == 1 && SpringProxy.class.isAssignableFrom(ifcs[0])));
}

到这里，我们知道 createAopProxy 方法有可能返回 JdkDynamicAopProxy 实例，也有可能返回 ObjenesisCglibAopProxy 实例，这里总结一下：

如果被代理的目标类实现了一个或多个自定义的接口，那么就会使用 JDK 动态代理，如果没有实现任何接口，会使用 CGLIB 实现代理，如果设置了 proxy-target-class=”true”，那么都会使用 CGLIB。

AOP可实现功能

性能监控：在方法调用前后记录调用时间，方法执行太长或超时报警
缓存代理：缓存某方法的返回值，下次执行该方法时，直接从缓存里获取
软件破解：使用AOP修改软件的验证类的判断逻辑
记录日志：在方法执行前后记录系统日志
工作流系统：工作流系统需要将业务代码和流程引擎代码混合在一起执行，那么我们可以使用AOP将其分离，并动态挂接业务
权限验证：方法执行前验证是否有权限执行当前方法，没有则抛出没有权限执行异常，由业务代码捕捉

总结

本文主要讲了Spring AOP的一些基础概念性，引出了AOP的实现原理，最主要的还是浅显地跟着源码理解了AOP的一些基础东西。
Spring在运行期，生成动态代理对象，不需要特殊的编译器。Spring AOP的原理是通过JDK的动态代理或者CGLIB动态代理技术为目标Bean执行横向切入。Spring只支持方法连接点，不提供属性连接。JDK动态代理机制是委托机制，不需要依赖第三方的库，只要JDK环境就可以进行代理，动态实现接口类，在动态生成的实现类里面委托为hanlder去调用原始实现类方法；CGLib 必须依赖于CGLib的类库，使用的是继承机制，是被代理类和代理类继承的关系