源码分析：Spring是如何实现AOP的？

作者: 马小莫QAQ | 来源:发表于2021-11-22 16:28 被阅读0次

什么是AOP

AOP(Aspect Oriented Programming)，即面向切面编程，是Spring框架中的一个核心内容，主要目的是对业务逻辑进行隔离，让业务代码更加关注于实现功能，降低耦合度

举个例子，AOP的典型使用场景就是日志和安全，比如我们要记录一段代码的执行时间，很容易想到的方法就是在执行的开始处打印一个时间，在执行的结尾处再打印一个时间，两个时间相减就是代码真正的执行时间。

但这样会有一个问题，就是假如我有很多这样的方法需要统计执行时间，难道我每一个方法都要去加这个时间打印吗？

AOP可以解决这样的问题，它通过配置的方式可以实现对类的增强，在不改动原有方法的基础上进行功能的增强

这样的话，不管有多少个地方需要统计执行时间，我们都可以轻松的实现，下面来看一下AOP的原理

Spring AOP的原理

Spring AOP的实现原理是Java的动态代理

动态代理，说的是在程序运行期间动态的为目标类创建一个代理类，从而实现为目标类额外添加一些功能的目的

下面用一张图来说明一下

请原谅我的画图技术 ^ _ ^

从IOC容器中获取普通对象时，容器会创建一个对象的实例并返回
从IOC容器中获取一个需要被增强的对象时，会创建两个对象：代理对象、目标对象，我们实际调用的是代理对象，由代理对象再调用目标对象

想想为啥会多出一个代理对象？

上面提到AOP的指职是要实现在类上增加一些额外的功能，那么在不修改目标类的情况下，就会生成一个代理类，这个代理类相当于对目标类进行了一层包装，它包含目标类的所有功能并且还额外的新增了一些功能点

反正原理就是这么个原理~~~

AOP中几个重要的概念

在介绍这些概念之前，我们先想一个问题，假如让你来设计AOP，你应该怎么实现？

首先，我们知道AOP的主要用途是在不改变目标类的情况下，对目标类添加一些额外的功能进行增强，主要原理是使用动态代理来动态的生成代理对象，在代理对象中添加额外的功能

那么，我们要生成代理对象，肯定需要搞清楚几个问题

我需要对谁生成代理对象（目标对象）
哪些地方可以让我来添加额外的功能（连接点）
实际我需要添加额外功能的点（切点）
我需要在目标对象执行之前或之后来添加额外的功能（增强）

以上问题可以表述为AOP里面几个重要的概念

Joint point（连接点），表示程序中明确定义的点，比如方法调用、成员访问、异常处理这些点都是AOP可以织入的点
Pointcut（切点），表示AOP具体需要织入的点，也就是从Joint point（连接点）中过滤出来的一些点
Advice（增强），表示我要对需要强入的点做什么操作，它通过 before、after 和 around 来区别是在每个 joint point 之前、之后还是代替执行的代码
Target（目标对象），需要增强的具体对象
Weaving（织入），将额外的功能添加到目标对象的过程
Aspect（切面），PointCut和Advice的组合

Advice类型：

before advice 在 join point 前被执行的 advice
after return advice 在join point 正常返回后执行的 advice
after throwing advice 当一个 join point 抛出异常后执行的 advice
after(final) advice 无论一个 join point 是正常退出还是发生了异常, 都会被执行的 advice.
around advice 在 join point 前和 joint point 退出后都执行的 advice. 这个是最常用的 advice
introduction 可以为原有的对象增加新的属性和方法

理解了这些概念，才能对AOP有全面的认识

看个例子吧

1、定义两个接口

public interface UserService {
    public void login();
}

public interface OrderService {
    public void commitOrder();
}

2、实现

@Component
public class AppUserService implements UserService {
    @Override
    public void login() {
        System.out.println("APP用户登录");
    }
}

@Component
public class AppOrderService implements OrderService {
    @Override
    public void commitOrder() {
        System.out.println("App提交订单");
    }
}

@Component
public class WechatUserService {
    public void login() {
        System.out.println("微信用户登录");
    }
}

3、定义切面

@Aspect
@Component
public class UserAspectJ {
    @Before("execution(* org.kxg.springDemo.aop.UserService.login(..)) || execution(* org.kxg.springDemo.aop.WechatUserService.login(..))")
    public void mark(){
        System.out.println("登录之前记录一下时间");
    }
}

从这里可以看出来，我们对接口和普通类都做了增强处理

4、使用自动配置的加载类

@Configuration
@ComponentScan(basePackages = "org.kxg.springDemo.aop")
@EnableAspectJAutoProxy
public class AppConfig {

}

5、测试一下

public class AopMain {
    public static void main(String[] args){
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        UserService appUserService = context.getBean("appUserService",UserService.class);
        WechatUserService wechatUserService = context.getBean("wechatUserService",WechatUserService.class);
        OrderService orderService = context.getBean("appOrderService",OrderService.class);
        appUserService.login();
        wechatUserService.login();
        orderService.commitOrder();
    }
}

运行结果：

登录之前记录一下时间
APP用户登录
登录之前记录一下时间
微信用户登录
App提交订单

可以看出来，在执行APP用户登录和微信用户登录之前，执行了我们切面中的mark方法，因为我们定义的是前置通知（@Before），会在目标方法之前执行

下面我们通过源码的角度来看一下Spirng AOP是如何实现的

Spring AOP是如何实现的

我们都知道AOP的实现方法是动态代理，就是在程序运行期间动态的为目标类创建代理，从而实现目标类的增强

Java的动态代理有两种实现方式：

JDK的动态代理
CGlib动态代理

这两种动态代理的主要区别：

JDK是通过代理类跟目标类实现同一个接口来实现代理的
CGlib是通过继承目标类来实现代理的

一个是实现接口，一个是类继承

从上面的例子可以看出来，Spring对于接口和普通类都可以实现AOP增强，那Spring在实现AOP的时候到底是用的JDK动态代理，还是CGlib动态代理呢？

官方给出的解释是，对实现了接口的类进行增强时使用JDK的动态代理，普通类的增强使用CGlib

下面我们来看一下是不是如官方所说

AppUserService是实现了接口的类，使用的是JDK动态代理

WechatUserService是个普通类，使用的是CBLIB动态代理

既然CGLIB可以实现普通类的增强，那它必然也是支持实现了接口的类的增强，因为实现了接口的类也是普通类

我们只要修改一个参数，就可以实现全部使用CGLIB动态代理

@Configuration
@ComponentScan(basePackages = "org.kxg.springDemo.aop")
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)
public class AppConfig {

}

proxyTargetClass = true 表示所有类都使用CGLIB动态代理，我们修改参数后，运行结果如下图所示

可以看出来，AppUserService是实现了接口的类，默认情况下是使用JDK动态代理，当把@EnableAspectJAutoProxy注解的proxyTargetClass属性改为true时，所有类都使用CBLIB动态代理

下面我们来具体跟一下代码，看看Spring是如何实现AOP的

首先我们还是从入口处开始

public class AopMain {
    public static void main(String[] args){
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        UserService appUserService = context.getBean("appUserService",UserService.class);
        WechatUserService wechatUserService = context.getBean("wechatUserService",WechatUserService.class);
        OrderService orderService = context.getBean("appOrderService",OrderService.class);
        appUserService.login();
        wechatUserService.login();
        orderService.commitOrder();
    }
}

当从Spring IOC容器中获取对象时，假如对象需要进行AOP增强，就会生成代理对象，所以我们从getBean方法入手，getBean就是从容器中获取对象

从Spring容器中获取对象的过程，这里就不再详细展开了，我们只看主要的方法

//AbstractAutowireCapableBeanFactory(类名)
protected Object initializeBean(final String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
        if (System.getSecurityManager() != null) {
            AccessController.doPrivileged((PrivilegedAction<Object>) () -> {
                invokeAwareMethods(beanName, bean);
                return null;
            }, getAccessControlContext());
        }
        else {
            invokeAwareMethods(beanName, bean);
        }

        Object wrappedBean = bean;
        if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
            wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
        }

        try {
            invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(
                    (mbd != null ? mbd.getResourceDescription() : null),
                    beanName, "Invocation of init method failed", ex);
        }
        if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
            wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
        }

        return wrappedBean;
    }

从方法名就可以看出来，initializeBean方法主要是用来做Bean初始化的，在初始化之后有一个后处理的方法
applyBeanPostProcessorsAfterInitialization

这个方法就是用来处理动态代理的

//AbstractAutowireCapableBeanFactory(类名)
public Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName)
            throws BeansException {

        Object result = existingBean;
        for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {
            Object current = processor.postProcessAfterInitialization(result, beanName);
            if (current == null) {
                return result;
            }
            result = current;
        }
        return result;
    }

//AbstractAutoProxyCreator(类名)
public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
        if (bean != null) {
            Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
            if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
                return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
            }
        }
        return bean;
    }

//AbstractAutoProxyCreator(类名)
protected Object wrapIfNecessary(Object bean, String beanName, Object cacheKey) {
        if (StringUtils.hasLength(beanName) && this.targetSourcedBeans.contains(beanName)) {
            return bean;
        }
        if (Boolean.FALSE.equals(this.advisedBeans.get(cacheKey))) {
            return bean;
        }
        if (isInfrastructureClass(bean.getClass()) || shouldSkip(bean.getClass(), beanName)) {
            this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
            return bean;
        }

       //注意看这里的注释：这里就是创建代理对象的地方，如果有AOP的advice就创建代理对象
        // Create proxy if we have advice.
        Object[] specificInterceptors = getAdvicesAndAdvisorsForBean(bean.getClass(), beanName, null);
        if (specificInterceptors != DO_NOT_PROXY) {
            this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.TRUE);
            //这里进行代理对象的创建
            Object proxy = createProxy(
                    bean.getClass(), beanName, specificInterceptors, new SingletonTargetSource(bean));
            this.proxyTypes.put(cacheKey, proxy.getClass());
            return proxy;
        }

        this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.FALSE);
        return bean;
    }

//AbstractAutoProxyCreator(类名)
protected Object createProxy(Class<?> beanClass, @Nullable String beanName,
            @Nullable Object[] specificInterceptors, TargetSource targetSource) {

        if (this.beanFactory instanceof ConfigurableListableBeanFactory) {
            AutoProxyUtils.exposeTargetClass((ConfigurableListableBeanFactory) this.beanFactory, beanName, beanClass);
        }

        ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();
        proxyFactory.copyFrom(this);

        if (!proxyFactory.isProxyTargetClass()) {
            if (shouldProxyTargetClass(beanClass, beanName)) {
                proxyFactory.setProxyTargetClass(true);
            }
            else {
                evaluateProxyInterfaces(beanClass, proxyFactory);
            }
        }

        Advisor[] advisors = buildAdvisors(beanName, specificInterceptors);
        proxyFactory.addAdvisors(advisors);
        proxyFactory.setTargetSource(targetSource);
        customizeProxyFactory(proxyFactory);

        proxyFactory.setFrozen(this.freezeProxy);
        if (advisorsPreFiltered()) {
            proxyFactory.setPreFiltered(true);
        }

        return proxyFactory.getProxy(getProxyClassLoader());
    }

public Object getProxy(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        return createAopProxy().getProxy(classLoader);
    }

这里可以看到，获取代理对象的具体实现有两种，分别对应的是JDK的动态代理和CGLIB的动态代理

//JdkDynamicAopProxy(类名)
public Object getProxy(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            logger.trace("Creating JDK dynamic proxy: " + this.advised.getTargetSource());
        }
        Class<?>[] proxiedInterfaces = AopProxyUtils.completeProxiedInterfaces(this.advised, true);
        findDefinedEqualsAndHashCodeMethods(proxiedInterfaces);
        //JDK动态代理创建代理对象
        return Proxy.newProxyInstance(classLoader, proxiedInterfaces, this);
    }

//CglibAopProxy(类名)
public Object getProxy(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            logger.trace("Creating CGLIB proxy: " + this.advised.getTargetSource());
        }

        try {
            Class<?> rootClass = this.advised.getTargetClass();
            Assert.state(rootClass != null, "Target class must be available for creating a CGLIB proxy");

            Class<?> proxySuperClass = rootClass;
            if (ClassUtils.isCglibProxyClass(rootClass)) {
                proxySuperClass = rootClass.getSuperclass();
                Class<?>[] additionalInterfaces = rootClass.getInterfaces();
                for (Class<?> additionalInterface : additionalInterfaces) {
                    this.advised.addInterface(additionalInterface);
                }
            }

            // Validate the class, writing log messages as necessary.
            validateClassIfNecessary(proxySuperClass, classLoader);

            // Configure CGLIB Enhancer...
            Enhancer enhancer = createEnhancer();
            if (classLoader != null) {
                enhancer.setClassLoader(classLoader);
                if (classLoader instanceof SmartClassLoader &&
                        ((SmartClassLoader) classLoader).isClassReloadable(proxySuperClass)) {
                    enhancer.setUseCache(false);
                }
            }
            enhancer.setSuperclass(proxySuperClass);
            enhancer.setInterfaces(AopProxyUtils.completeProxiedInterfaces(this.advised));
            enhancer.setNamingPolicy(SpringNamingPolicy.INSTANCE);
            enhancer.setStrategy(new ClassLoaderAwareUndeclaredThrowableStrategy(classLoader));

            Callback[] callbacks = getCallbacks(rootClass);
            Class<?>[] types = new Class<?>[callbacks.length];
            for (int x = 0; x < types.length; x++) {
                types[x] = callbacks[x].getClass();
            }
            // fixedInterceptorMap only populated at this point, after getCallbacks call above
            enhancer.setCallbackFilter(new ProxyCallbackFilter(
                    this.advised.getConfigurationOnlyCopy(), this.fixedInterceptorMap, this.fixedInterceptorOffset));
            enhancer.setCallbackTypes(types);

            // Generate the proxy class and create a proxy instance.
            return createProxyClassAndInstance(enhancer, callbacks);
        }
        catch (CodeGenerationException | IllegalArgumentException ex) {
            throw new AopConfigException("Could not generate CGLIB subclass of " + this.advised.getTargetClass() +
                    ": Common causes of this problem include using a final class or a non-visible class",
                    ex);
        }
        catch (Throwable ex) {
            // TargetSource.getTarget() failed
            throw new AopConfigException("Unexpected AOP exception", ex);
        }
    }

protected Object createProxyClassAndInstance(Enhancer enhancer, Callback[] callbacks) {
        enhancer.setInterceptDuringConstruction(false);
        enhancer.setCallbacks(callbacks);
        //CGLIB创建代理对象实例
        return (this.constructorArgs != null && this.constructorArgTypes != null ?
                enhancer.create(this.constructorArgTypes, this.constructorArgs) :
                enhancer.create());
    }

至此两种类型的动态代理对象都创建好了，从Spring容器中获取对象时，返回的就是代理的对象，我们在代理对象中额外添加的功能也就可以生效了

现在来整体梳理一下整个SpringAop的具体流程

Spirng会把类装载到IOC容器中
当需要创建对象时，会直接从IOC容器中获取
从IOC容器中获取对象时，发现对象需要进行增强时就会生成代理对象，将增强部分生成到代理类中
实际业务中调用的是增强后的代理对象，由代理对象再去调用目标对象，代理对象相当于做了一层包装

总结一下

AOP是Spring框架中的一个核心内容，主要目的是对业务逻辑进行隔离，让业务代码更加关注于实现功能，降低耦合度
Spring AOP的实现原理是Java的动态代理
Java的动态代理有两种实现方式
JDK动态代理
CGLIB动态代理
AOP中几个重要的概念
Joint point（连接点），表示程序中明确定义的点，比如方法调用、成员访问、异常处理这些点都是AOP可以织入的点
Pointcut（切点），表示AOP具体需要织入的点，也就是从Joint point（连接点）中过滤出来的一些点
Advice（增强），表示我要对需要强入的点做什么操作，它通过 before、after 和 around 来区别是在每个 joint point 之前、之后还是代替执行的代码
Target（目标对象），需要增强的具体对象
Weaving（织入），将额外的功能添加到目标对象的过程
Aspect（切面），PointCut和Advice的组合
Spring对于实现了接口的类默认情况下是使用JDK动态代理生成代理对象，对没有实现接口的类使用CGLIB动态代理生成代理对象，当然你也可以修改配置来让所有的情况都通过CGLIB动态代理来生成代理对象
SpringAOP的具体实现流程
Spirng会把类装载到IOC容器中
当需要创建对象时，会直接从IOC容器中获取
从IOC容器中获取对象时，发现对象需要进行增强时就会生成代理对象，将增强部分生成到代理类中
实际业务中调用的是增强后的代理对象，由代理对象再去调用目标对象，代理对象相当于做了一层包装

作者：果子爸聊技术
原文链接：https://blog.csdn.net/pzjtian/article/details/110354827

源码分析：Spring是如何实现AOP的？

什么是AOP

Spring AOP的原理

AOP中几个重要的概念

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Spring AOP是如何实现的

总结一下

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