spring源码剖析(六)AOP实现原理剖析

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Spring的AOP实现原理,酝酿了一些日子,写博客之前信心不是很足,所以重新阅读了一边AOP的实现核心代码,而且又从网上找了一些Spring Aop剖析的例子,但是发现挂羊头买狗肉的太多,标题高大上,内容却大部分都是比较浅显的一些介绍,可能也是由于比较少人阅读这部分的核心代码逻辑把,然后写这部分介绍的人估计也是少之又少,不过说实话,Spring Aop的核心原理实现介绍确实不太好写,里面涉及的类之间的调用还是蛮多的,关系图画的太细的画也很难画,而且最重要的一点就是,如果对AOP的概念以及spring的xml的解析,标签的解析,注解实现,还有java的代理,这些知识没有好好的理解的话也不可能对AOP的实现详细逻辑有一个好的理解。所以的话,建议是把这些前置知识都大概了解了,再来看这个AOP的实现,或者去阅读源代码,那样的话学习 起来会容易的多。

学习源代码的过程比较枯燥,尤其是spring比较严谨,调用层次比较多,没有画时序图的话可能真的被绕晕,所以建议学的时候还是画画时序图,然后跟着debug模式流程走一遍。

首先我们来热热身吧,先看看AOP的简介,待会再进入主题,

AOP简介

概念

切面(Aspect) :官方的抽象定义为“一个关注点的模块化,这个关注点可能会横切多个对象”。
连接点(Joinpoint) :程序执行过程中的某一行为。
通知(Advice) :“切面”对于某个“连接点”所产生的动作。
切入点(Pointcut) :匹配连接点的断言,在AOP中通知和一个切入点表达式关联。
目标对象(Target Object) :被一个或者多个切面所通知的对象。
AOP代理(AOP Proxy) 在Spring AOP中有两种代理方式,JDK动态代理和CGLIB代理。

通知(Advice)类型
前置通知(Before advice) :在某连接点(JoinPoint)之前执行的通知,但这个通知不能阻止连接点前的执行。ApplicationContext中在里面使用元素进行声明。
后通知(After advice) :当某连接点退出的时候执行的通知(不论是正常返回还是异常退出)。ApplicationContext中在里面使用元素进行声明。
返回后通知(After return advice) :在某连接点正常完成后执行的通知,不包括抛出异常的情况。ApplicationContext中在里面使用元素进行声明。
环绕通知(Around advice) :包围一个连接点的通知,类似Web中Servlet规范中的Filter的doFilter方法。可以在方法的调用前后完成自定义的行为,也可以选择不执行。ApplicationContext中在里面使用元素进行声明。
抛出异常后通知(After throwing advice) : 在方法抛出异常退出时执行的通知。 ApplicationContext中在里面使用元素进行声明。

切入点表达式 :如execution(* com.spring.service.*.*(..))

特点

1、降低模块之间的耦合度

2、使系统容易扩展

3、更好的代码复用。

动态AOP使用示例

由于在之前的博客,已经介绍过spring源码剖析(五)利用AOP实现自定义Spring注解 里面有介绍到AOP 的简单使用,相信大家要看这个AOP的原理的也对AOP的使用比较熟悉了,所以在这里也不再重复展示了。

动态AOP自定义标签

我之前的博客中有说到,如何自定义Spring标签的,以及自定义Spring标签的大概解析流程,其实这里的AOP的标签的定义也和之前的逻辑类似,先上时序图把:

时序图

20191102100716\_1.png

流程说明

1)AOP标签的定义解析刘彻骨肯定是从NamespaceHandlerSupport的实现类开始解析的,这个实现类就是AopNamespaceHandler。至于为什么会是从NamespaceHandlerSupport的实现类开始解析的,这个的话我想读者可以去在回去看看Spring自定义标签的解析流程,里面说的比较详细。

2)要启用AOP,我们一般会在Spring里面配置 ,所以在配置文件中在遇到aspectj-autoproxy标签的时候我们会采用AspectJAutoProxyBeanDefinitionParser解析器

3)进入AspectJAutoProxyBeanDefinitionParser解析器后,调用AspectJAutoProxyBeanDefinitionParser已覆盖BeanDefinitionParser的parser方法,然后parser方法把请求转交给了AopNamespaceUtils的registerAspectJAnnotationAutoProxyCreatorIfNecessary去处理

4)进入AopNamespaceUtils的registerAspectJAnnotationAutoProxyCreatorIfNecessary方法后,先调用AopConfigUtils的registerAspectJAnnotationAutoProxyCreatorIfNecessary方法,里面在转发调用给registerOrEscalateApcAsRequired,注册或者升级AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator类。对于AOP的实现,基本是靠AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator去完成的,它可以根据@point注解定义的切点来代理相匹配的bean。

5)AopConfigUtils的registerAspectJAnnotationAutoProxyCreatorIfNecessary方法处理完成之后,接下来会调用useClassProxyingIfNecessary() 处理proxy-target-class以及expose-proxy属性。如果将proxy-target-class设置为true的话,那么会强制使用CGLIB代理,否则使用jdk动态代理,expose-proxy属性是为了解决有时候目标对象内部的自我调用无法实现切面增强。

6)最后的调用registerComponentIfNecessary 方法,注册组建并且通知便于监听器做进一步处理。

创建AOP代理

上面说到AOP的核心逻辑是在AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator类里面实现,那么我们先来看看这个类的层次关系

20191102100716\_2.png

我们可以看到这个类实现了BeanPostProcessor接口,那就意味着这个类在spring加载实例化前会调用postProcessAfterInitialization方法,对于AOP的逻辑也是由此开始的。

时序图

20191102100716\_3.png

流程说明

1)spring 容器启动,每个bean的实例化之前都会先经过AbstractAutoProxyCreator类的postProcessAfterInitialization()这个方法,然后接下来是调用wrapIfNecessary方法。

        /**
         * Create a proxy with the configured interceptors if the bean is
         * identified as one to proxy by the subclass.
         * @see #getAdvicesAndAdvisorsForBean
         */
        public Object <strong>postProcessAfterInitialization</strong>(Object bean, String beanName) throws BeansException {
            if (bean != null) {
                Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
                if (!this.earlyProxyReferences.containsKey(cacheKey)) {
                    return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
                }
            }
            return bean;
        }

2)进入wrapIfNecessary方法后,我们直接看重点实现逻辑的方法getAdvicesAndAdvisorsForBean,这个方法会提取当前bean 的所有增强方法,然后获取到适合的当前bean 的增强方法,然后对增强方法进行排序,最后返回。

    /**
         * Wrap the given bean if necessary, i.e. if it is eligible for being proxied.
         * @param bean the raw bean instance
         * @param beanName the name of the bean
         * @param cacheKey the cache key for metadata access
         * @return a proxy wrapping the bean, or the raw bean instance as-is
         */
        protected Object wrapIfNecessary(Object bean, String beanName, Object cacheKey) {
            if (beanName != null && this.targetSourcedBeans.containsKey(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;
            }

            // Create proxy if we have advice.  
            Object[] specificInterceptors = <strong>getAdvicesAndAdvisorsForBean</strong>(bean.getClass(), beanName, null);
            if (specificInterceptors != DO_NOT_PROXY) {
                this.advisedBeans.put(cacheKey, Boolean.TRUE);
                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;
        }

3)获取到当前bean的增强方法后,便调用createProxy方法,创建代理。先创建代理工厂proxyFactory,然后获取当前bean 的增强器advisors,把当前获取到的增强器添加到代理工厂proxyFactory,然后设置当前的代理工的代理目标对象为当前bean,最后根据配置创建JDK的动态代理工厂,或者CGLIB的动态代理工厂,然后返回proxyFactory

    /**
         * Create an AOP proxy for the given bean.
         * @param beanClass the class of the bean
         * @param beanName the name of the bean
         * @param specificInterceptors the set of interceptors that is
         * specific to this bean (may be empty, but not null)
         * @param targetSource the TargetSource for the proxy,
         * already pre-configured to access the bean
         * @return the AOP proxy for the bean
         * @see #buildAdvisors
         */
        protected Object createProxy(
                Class<?> beanClass, String beanName, Object[] specificInterceptors, TargetSource targetSource) {

            ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();
            // Copy our properties (proxyTargetClass etc) inherited from ProxyConfig.
            proxyFactory.copyFrom(this);

            if (!shouldProxyTargetClass(beanClass, beanName)) {
                // Must allow for introductions; can't just set interfaces to
                // the target's interfaces only.
                Class<?>[] targetInterfaces = ClassUtils.getAllInterfacesForClass(beanClass, this.proxyClassLoader);
                for (Class<?> targetInterface : targetInterfaces) {
                    proxyFactory.addInterface(targetInterface);
                }
            }

            Advisor[] advisors = buildAdvisors(beanName, specificInterceptors);
            for (Advisor advisor : advisors) {
                proxyFactory.addAdvisor(advisor);
            }

            proxyFactory.<strong>setTargetSource</strong>(targetSource);
            customizeProxyFactory(proxyFactory);

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

            return proxyFactory.getProxy(this.proxyClassLoader);
        }

AOP动态代理执行

关于AOP的动态代理执行,有两种主要的方式JDK的动态代理和CGLIB的动态代理,如果对这两种代理不是很熟悉的话,建议先去看看我之前写的一篇博客
java代理(静态代理和jdk动态代理以及cglib代理) 里面有介绍这两种代理的使用和实现方式。

接下来,我们先来看看AOP动态代理的实现选择方式,先上核心实现代码:

        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 CglibProxyFactory.createCglibProxy(config);
            }
            else {
                return new JdkDynamicAopProxy(config);
            }
        }

Spring JDK动态代理实现

在上面的第三步骤说道或根据用户的配置(例如是否配置了
proxyTargetClass属性为true),选择创建的代理类型,这个的代理类型分两种实现,都是比较高效的,下面根据JDK的动态代理来说明AOP的执行,也是先上JdkDynamicAopProxy的核心代码invoke方法:

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throwsThrowable {
           MethodInvocation invocation = null;
           Object oldProxy = null;
           boolean setProxyContext = false;

           TargetSource targetSource = this.advised.targetSource;
           Class targetClass = null;
           Object target = null;

           try {
               //eqauls()方法,具目标对象未实现此方法
               if (!this.equalsDefined && AopUtils.isEqualsMethod(method)){
                    return (equals(args[0])? Boolean.TRUE : Boolean.FALSE);
               }

               //hashCode()方法,具目标对象未实现此方法
               if (!this.hashCodeDefined && AopUtils.isHashCodeMethod(method)){
                    return newInteger(hashCode());
               }

               //Advised接口或者其父接口中定义的方法,直接反射调用,不应用通知
               if (!this.advised.opaque &&method.getDeclaringClass().isInterface()
                        &&method.getDeclaringClass().isAssignableFrom(Advised.class)) {
                    // Service invocations onProxyConfig with the proxy config...
                    return AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(this.advised,method, args);
               }

               Object retVal = null;

               if (this.advised.exposeProxy) {
                    // Make invocation available ifnecessary.
                    oldProxy = AopContext.setCurrentProxy(proxy);
                    setProxyContext = true;
               }

               //获得目标对象的类
               target = targetSource.getTarget();
               if (target != null) {
                    targetClass = target.getClass();
               }

               //获取可以应用到此方法上的Interceptor列表
               List chain = this.advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method,targetClass);

               //如果没有可以应用到此方法的通知(Interceptor),此直接反射调用 method.invoke(target, args)
               if (chain.isEmpty()) {
                    retVal = AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(target,method, args);
               } else {
                    //创建MethodInvocation
                    invocation = newReflectiveMethodInvocation(proxy, target, method, args, targetClass, chain);
                    retVal = invocation.proceed();
               }

               // Massage return value if necessary.
               if (retVal != null && retVal == target &&method.getReturnType().isInstance(proxy)
                        &&!RawTargetAccess.class.isAssignableFrom(method.getDeclaringClass())) {
                    // Special case: it returned"this" and the return type of the method
                    // is type-compatible. Notethat we can't help if the target sets
                    // a reference to itself inanother returned object.
                    retVal = proxy;
               }
               return retVal;
           } finally {
               if (target != null && !targetSource.isStatic()) {
                    // Must have come fromTargetSource.
                   targetSource.releaseTarget(target);
               }
               if (setProxyContext) {
                    // Restore old proxy.
                    AopContext.setCurrentProxy(oldProxy);
               }
           }
        }

其实上面的注释也说的比较清楚,各个步骤执行的说明: 1)获取拦截器 2)判断拦截器链是否为空,如果是空的话直接调用切点方法 3)如果拦截器不为空的话那么便创建ReflectiveMethodInvocation类,把拦截器方法都封装在里面,也就是执行
getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice方法

    public List<Object> getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(Method method, Class targetClass) {
                       MethodCacheKeycacheKey = new MethodCacheKey(method);
                       List<Object>cached = this.methodCache.get(cacheKey);
                       if(cached == null) {
                                cached= this.advisorChainFactory.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(
                                                   this,method, targetClass);
                                this.methodCache.put(cacheKey,cached);
                       }
                       returncached;
             }

4)其实实际的获取工作其实是由AdvisorChainFactory. getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice()这个方法来完成的,获取到的结果会被缓存,下面来分析下这个方法的实现:

    /**
        * 从提供的配置实例config中获取advisor列表,遍历处理这些advisor.如果是IntroductionAdvisor,
        * 则判断此Advisor能否应用到目标类targetClass上.如果是PointcutAdvisor,则判断
        * 此Advisor能否应用到目标方法method上.将满足条件的Advisor通过AdvisorAdaptor转化成Interceptor列表返回.
        */
        publicList getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(Advised config, Methodmethod, Class targetClass) {
           // This is somewhat tricky... we have to process introductions first,
           // but we need to preserve order in the ultimate list.
           List interceptorList = new ArrayList(config.getAdvisors().length);

           //查看是否包含IntroductionAdvisor
           boolean hasIntroductions = hasMatchingIntroductions(config,targetClass);

           //这里实际上注册一系列AdvisorAdapter,用于将Advisor转化成MethodInterceptor
           AdvisorAdapterRegistry registry = GlobalAdvisorAdapterRegistry.getInstance();

           Advisor[] advisors = config.getAdvisors();
            for (int i = 0; i <advisors.length; i++) {
               Advisor advisor = advisors[i];
               if (advisor instanceof PointcutAdvisor) {
                    // Add it conditionally.
                    PointcutAdvisor pointcutAdvisor= (PointcutAdvisor) advisor;
                    if(config.isPreFiltered() ||pointcutAdvisor.getPointcut().getClassFilter().matches(targetClass)) {
                        //TODO: 这个地方这两个方法的位置可以互换下
                        //将Advisor转化成Interceptor
                        MethodInterceptor[]interceptors = registry.getInterceptors(advisor);

                        //检查当前advisor的pointcut是否可以匹配当前方法
                        MethodMatcher mm =pointcutAdvisor.getPointcut().getMethodMatcher();

                        if (MethodMatchers.matches(mm,method, targetClass, hasIntroductions)) {
                            if(mm.isRuntime()) {
                                // Creating a newobject instance in the getInterceptors() method
                                // isn't a problemas we normally cache created chains.
                                for (intj = 0; j < interceptors.length; j++) {
                                   interceptorList.add(new InterceptorAndDynamicMethodMatcher(interceptors[j],mm));
                                }
                            } else {
                                interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));
                            }
                        }
                    }
               } else if (advisor instanceof IntroductionAdvisor){
                    IntroductionAdvisor ia =(IntroductionAdvisor) advisor;
                    if(config.isPreFiltered() || ia.getClassFilter().matches(targetClass)) {
                        Interceptor[] interceptors= registry.getInterceptors(advisor);
                        interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));
                    }
               } else {
                    Interceptor[] interceptors =registry.getInterceptors(advisor);
                    interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));
               }
           }
           return interceptorList;
    }

5)这个方法执行完成后,Advised中配置能够应用到连接点或者目标类的Advisor全部被转化成了MethodInterceptor.

6)接下来货到invoke方法中的proceed方法 ,我们再看下得到的拦截器链是怎么起作用的,也就是proceed方法的执行过程

    public Object proceed() throws Throwable {
           //  We start with an index of -1and increment early.
           if (this.currentInterceptorIndex == this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.size()- 1) {
               //如果Interceptor执行完了,则执行joinPoint
               return invokeJoinpoint();
           }

           Object interceptorOrInterceptionAdvice =
               this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.get(++this.currentInterceptorIndex);

           //如果要动态匹配joinPoint
           if (interceptorOrInterceptionAdvice instanceof InterceptorAndDynamicMethodMatcher){
               // Evaluate dynamic method matcher here: static part will already have
               // been evaluated and found to match.
               InterceptorAndDynamicMethodMatcher dm =
                    (InterceptorAndDynamicMethodMatcher)interceptorOrInterceptionAdvice;
               //动态匹配:运行时参数是否满足匹配条件
               if (dm.methodMatcher.matches(this.method, this.targetClass,this.arguments)) {
                    //执行当前Intercetpor
                    returndm.interceptor.invoke(this);
               }
               else {
                    //动态匹配失败时,略过当前Intercetpor,调用下一个Interceptor
                    return proceed();
               }
           }
           else {
               // It's an interceptor, so we just invoke it: The pointcutwill have
               // been evaluated statically before this object was constructed.
               //执行当前Intercetpor
               return ((MethodInterceptor) interceptorOrInterceptionAdvice).invoke(this);
           }
    }

7)好了拦截器到这边就可以执行了,复杂的代理终于可以起到他的作用了

Spring CGLIB动态代理实现

由于CGLIB的动态代理代码量比较长,在这就不贴出来代码了,其实这两个代理的实现方式都差不多,都是创建方法调用链,不同的是jdk的动态代理创建的是
ReflectiveMethodInvocation调用链,而cglib创建的是Cglib
MethodInvocation。


来源:http://ddrv.cn

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