源码分析：Spring是如何实现AOP的？

喜欢ヅ旅行 2022-12-25 00:57 190阅读 0赞

### 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，关于Java的动态代理，

可以参考我的另外一篇文章[《Java动态代理原来是这么回事》][Java]

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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]AppUserService是实现了接口的类，使用的是JDK动态代理

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
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

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
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

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，我的另外一篇文章[《源码分析：Spring是如何获取容器中的Bean》][Spring_Bean]已经有详细的过程，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);
    	}

![在这里插入图片描述][20201129221046854.png_pic_center]

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

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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center_pic_center]

[Java]: https://blog.csdn.net/pzjtian/article/details/82732662
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221120/2293ad670e4c411c9127447ec805ba99.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129220719339.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3B6anRpYW4=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
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[Spring_Bean]: https://blog.csdn.net/pzjtian/article/details/109171548
[20201129221046854.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201129221046854.png#pic_center
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