Spring AOP与静态代理/动态代理

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简介: 我们一开始简单的初步认识了下代理模式,其中常见的实现方式有静态代理与动态代理,同时写了打印机🖨️的调用时机代码。接着我们思考🤔代理模式和我们使用spring aop有什么联系?简单的了解aop 与spring aop的实现方式。 最后我们比较了jdk 与cglib 的代理模式 ,接着简单过一遍Spring aop 的原理与执行流程。
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@TOC


一、代理模式

代理模式是一种结构型设计模式,它允许对象提供替代品或占位符,以控制对这个对象的访问。代理对象通常充当客户端和实际服务对象之间的中介,以实现对服务对象的间接访问。
代理模式的实现有许多种方式,其中最常见的方式是静态代理和动态代理。

静态代理

静态代理是指,在编译期间就已经确定了代理类和目标类的关系,代理类和目标类的关系在程序运行之前就已经确定。下面是一个简单的静态代理模式示例:

假设有一个接口 IPrinter 表示打印机,它有一个 print 方法:

public interface IPrinter {
   
    void print(String document);
}

现在有一个实现了 IPrinter 接口的类 Printer

public class Printer implements IPrinter {
   
    @Override
    public void print(String document) {
   
        System.out.println("打印机正在打印:" + document);
    }
}

现在我们想通过代理来记录打印机打印了哪些文件,我们可以创建一个代理类 PrinterProxy

public class PrinterProxy implements IPrinter {
   
    private IPrinter printer;

    public PrinterProxy(IPrinter printer) {
   
        this.printer = printer;
    }

    @Override
    public void print(String document) {
   
        System.out.println("打印机开始工作,正在打印:" + document);
        printer.print(document);
        System.out.println("打印机打印完成。");
    }
}

PrinterProxy 类实现了 IPrinter 接口,并在 print 方法中调用真正的打印机的 print 方法,同时在这个方法之前和之后打印一些信息来记录打印机工作的情况。

现在我们可以使用以下代码来测试代理类的工作:

IPrinter printer = new Printer();
IPrinter printerProxy = new PrinterProxy(printer);

printerProxy.print("茶叶蛋的前端简历");

运行程序后,输出的结果将是:

打印机开始工作,正在打印:茶叶蛋的前端简历
打印机正在打印:茶叶蛋的前端简历
打印机打印完成。

从输出结果可以看出,代理类 PrinterProxy 确实在调用真正的打印机类 Printerprint 方法之前和之后打印了一些信息。这是静态代理模式的基本实现方式。

结合我们生活来理解的话:最常见就是在大城市里租房了,房源太多,你忙于工作,此时你找了个代理人(上面👆的代理类) ,帮你处理找房子这个事(你的业务逻辑)。这里时候代理人就可以在找房子🏠这个事的前前后后(@defore @after @around 等)做文章了。例如,在找房子之前给你索取代理费(织入的逻辑)。找到房子帮你办理入住手续。

动态代理

Java提供了动态代理的支持,通过Java反射机制可以实现动态代理。我们可以使用Java自带的 java.lang.reflect.Proxy 类来实现动态代理。

以静态代理的打印机为例,我们可以使用动态代理来生成代理类。需要实现一个 InvocationHandler 接口,该接口包含一个 invoke 方法,我们可以在这个方法中实现代理的逻辑。

示例代码如下:

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

interface IPrinter {
   
    void print(String document);
}

class Printer implements IPrinter {
   
    @Override
    public void print(String document) {
   
        System.out.println("打印机正在打印:" + document);
    }
}

class PrinterHandler implements InvocationHandler {
   
    private Object target;

    public PrinterHandler(Object target) {
   
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
   
        System.out.println("打印机开始工作,正在打印:" + args[0]);
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("打印机打印完成。");
        return result;
    }
}

public class Main {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        Printer printer = new Printer();
        PrinterHandler handler = new PrinterHandler(printer);
        IPrinter printerProxy = (IPrinter) Proxy.newProxyInstance(
                printer.getClass().getClassLoader(),
                printer.getClass().getInterfaces(),
                handler);
        printerProxy.print("茶叶蛋的简历");
    }
}

在此示例中,我们实现了 InvocationHandler 接口,并在 invoke 方法中实现了代理逻辑。在 main 方法中,我们首先创建了一个真正的打印机类 Printer 的实例,然后创建了一个 PrinterHandler 对象并将其传递给 Proxy.newProxyInstance 方法,该方法返回一个实现了 IPrinter 接口的代理类的实例。

在运行过程中,当使用代理类的 print 方法时,它将被拦截并调用 PrinterHandlerinvoke 方法,该方法将在真实的打印机类 Printerprint 方法之前和之后执行一些逻辑。

从输出结果可以看出,动态代理确实实现了和静态代理相同的代理逻辑。

打印机开始工作,正在打印:茶叶蛋的简历
打印机正在打印:茶叶蛋的简历
打印机打印完成。

代理模式与AOP

代理模式和AOP(面向切面编程)是两个不同的概念,但在某些方面存在相似之处。

代理模式是一种结构型设计模式,用于为其他对象提供一个替代或协助的代理对象,控制对原始对象的访问。代理对象通常具有与原始对象相同的接口,因此可以无缝地替换原始对象,但在访问原始对象时,代理对象可以执行额外的逻辑或限制,比如缓存对象或限制访问。

AOP是一种编程范式,用于将通用功能与应用程序的业务逻辑相分离。AOP通过在程序中定义切面(横切关注点)并在运行时将它们与各种连接点(方法调用、异常处理等)连接起来,实现了针对具体业务逻辑之外的通用功能的重用。

虽然代理模式可以在一定程度上实现AOP,但AOP是更高级别的概念,涵盖了更广泛的应用,包括动态代理、依赖注入、解耦等方面。因此,代理模式只是AOP的一种实现方式,而AOP更多地考虑了程序的整体结构和可维护性。

切面理解:

image.png

二、Spring AOP

2)使用AOP需要的一些概念。

1.通知(Advice)

通知定义了在切入点代码执行时间点附近需要做的工作。支持五种类型的通知:

Before(前) org.apringframework.aop.MethodBeforeAdvice
After-returning(返回后) org.springframework.aop.AfterReturningAdvice
After-throwing(抛出后) org.springframework.aop.ThrowsAdvice
Arround(周围) org.aopaliance.intercept.MethodInterceptor
Introduction(引入) org.springframework.aop.IntroductionInterceptor

2.连接点(Joinpoint)
程序能够应用通知的一个“时机”,这些“时机”就是连接点,例如方法调用时、异常抛出时、方法返回后等等。

3.切入点(Pointcut)

通知定义了切面要发生的“故事”,连接点定义了“故事”发生的时机,那么切入点就定义了“故事”发生的地点,例如某个类或方法的名称,Spring中允许我们方便的用正则表达式来指定。

4.切面(Aspect)

通知、连接点、切入点共同组成了切面:时间、地点和要发生的“故事”。

5.引入(Introduction)

引入允许我们向现有的类添加新的方法和属性(Spring提供了一个方法注入的功能)。

6.目标(Target)

即被通知的对象,如果没有AOP,那么通知的逻辑就要写在目标对象中,有了AOP之后它可以只关注自己要做的事,解耦合

7.代理(proxy)
应用通知的对象,详细内容参见设计模式里面的动态代理模式。

8.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,织入一般发生在如下几个时机:

(1)编译时:当一个类文件被编译时进行织入,这需要特殊的编译器才可以做的到,例如AspectJ的织入编译器;

(2)类加载时:使用特殊的ClassLoader在目标类被加载到程序之前增强类的字节代码;

(3)运行时:切面在运行的某个时刻被织入,SpringAOP就是以这种方式织入切面的,原理应该是使用了JDK的动态代理技术。

Sping AOP用来处理什么场景

下面是一个简单的基于Spring AOP的例子:

首先,定义一个接口UserService和实现类UserServiceImpl

public interface UserService {
   
    void addUser(User user);
    User getUser(int id);
}

@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
   
    private Map<Integer, User> users = new HashMap<>();

    @Override
    public void addUser(User user) {
   
        users.put(user.getId(), user);
    }

    @Override
    public User getUser(int id) {
   
        return users.get(id);
    }
}

然后,定义一个切面LoggingAspect来记录方法的执行时间:

@Aspect
@Component
public class LoggingAspect {
   
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    @Around("execution(* com.example.demo.UserService.*(..))")
    public Object logExecutionTime(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
   
        long start = System.currentTimeMillis();
        Object proceed = joinPoint.proceed();
        long executionTime = System.currentTimeMillis() - start;
        logger.info(joinPoint.getSignature() + " executed in " + executionTime + " ms");
        return proceed;
    }
}

在这个切面中,我们定义了一个@Around通知,用于环绕目标方法的执行。在执行方法前记录当前时间,执行方法后计算时间差,并将结果输出到日志中。

最后,在Spring配置文件中开启AOP:

<beans>
    <context:component-scan base-package="com.example.demo"/>

    <aop:aspectj-autoproxy/>
</beans>

使用<aop:aspectj-autoproxy>标签,Spring会自动查找所有被@Aspect注解标记的切面,并为它们创建代理对象。

现在,我们可以注入UserService并调用它的方法,来测试AOP是否生效:

@Controller
public class UserController {
   
    @Autowired
    private UserService userService;

    @GetMapping("/user/{id}")
    @ResponseBody
    public String getUser(@PathVariable int id) {
   
        userService.getUser(id);
        return "User retrieved";
    }

    @PostMapping("/user")
    @ResponseBody
    public String addUser(@RequestBody User user) {
   
        userService.addUser(user);
        return "User added";
    }
}

当我们访问/user/{id}/user时,控制台会输出类似于下面的日志:

com.example.demo.UserServiceImpl@xxxx executed in 10 ms

jdk 动态代理

JDK动态代理是一种在运行时动态生成代理类的机制,所以也被称为运行时代理。它主要涉及到以下两个核心类:

  1. java.lang.reflect.Proxy:该类是实现动态代理的关键类,它提供了构造代理类实例所需的方法。
  2. java.lang.reflect.InvocationHandler:该接口是实际处理代理对象方法调用的地方,通过调用它的 invoke() 方法实现代理对象的方法调用。

JDK动态代理的实现原理:

  • 定义一个接口或者抽象类,指定了需要被代理的方法。
  • 创建一个实现 InvocationHandler 接口的类,它需要实现 invoke() 方法,该方法是代理类的调用处理器,负责处理被代理对象的方法调用。
  • 通过 Proxy 类的静态方法 newProxyInstance() 获取代理对象实例,该方法接收三个参数:ClassLoader、Class[] 和 InvocationHandler。其中,ClassLoader 是代理类的 ClassLoader,Class[] 是指定被代理类实现的接口列表,InvocationHandler 是实现了 invoke() 方法的调用处理器对象。
  • 当代理对象的方法被调用时,代理对象会调用 InvocationHandler 实例的 invoke() 方法。该方法使用 Method 对象来调用实际的被代理对象的方法,并返回结果。

总体来说,JDK动态代理的实现过程涉及到反射和动态生成类的机制,它可以在运行时创建代理对象,并将代理对象的方法调用转发给 InvocationHandler 接口的实现类处理。

cglib 动态代理

CGLIB(Code Generation Library)是一个基于ASM(一个 Java 字节码操作框架)的代码生成库,它可以在运行时动态生成字节码,从而实现动态代理、AOP 等功能。

相比于 Java 中的 JDK 动态代理,CGLIB 动态代理具有以下特点:

  1. JDK 动态代理只能代理接口,而 CGLIB 可以代理普通类;
  2. JDK 动态代理调用代理方法时需要通过反射调用,而 CGLIB 利用字节码技术直接调用方法,性能更高。

CGLIB 动态代理的基本原理是继承原始类或实现接口,并在子类中重写原始类或接口的方法,在方法中添加前置、后置等代理逻辑。CGLIB 动态代理一般使用 Enhancer 类来实现,其核心 API 包括:

  1. setSuperclass:设置被代理类的父类;
  2. setCallback:设置回调对象;
  3. create:创建代理对象。

使用 CGLIB 动态代理可以实现更加灵活的代理逻辑,但是代理对象的创建和调用会消耗更多的资源,需要根据实际情况进行使用。

面试题:讲讲Spring AOP的原理与执行流程

Spring AOP(面向切面编程)是一种通过动态代理或字节码增强等技术,在程序运行期间对指定方法进行增强的技术。Spring AOP的原理是基于动态代理技术,利用Java的反射机制,在不改变原有代码的情况下,对指定方法进行增强。它提供了一种使程序横向通用化的能力,比如事务管理、日志记录等功能。在Spring AOP中,切面是应用横向关注点的一种特殊对象,而横向关注点是指跨越应用程序多个接口的功能或行为,比如安全,事务,日志等。

执行流程如下:

首先,程序通过配置文件或注解,定义好需要被增强的方法,以及增强的方式。Spring AOP提供了五个增强类型,分别是前置增强(Before Advice),后置增强(After Advice),环绕增强(Around Advice),异常抛出增强(After-Throwing Advice)和最终增强(After-Finally Advice

然后,Spring框架在程序运行期间,根据这些定义,动态生成一个代理对象

当程序调用被增强的方法时,代理对象会先调用相应的增强方法,然后再执行被增强的方法。

在增强方法中,可以进行一些额外的处理,例如记录日志、验证权限、性能统计等。

最后,程序返回执行结果。


总结

我们一开始简单的初步认识了下代理模式,其中常见的实现方式有静态代理与动态代理,同时写了打印机🖨️的调用时机代码。接着我们思考🤔代理模式和我们使用spring aop有什么联系?简单的了解aop 与spring aop的实现方式。 最后我们比较了jdk 与cglib 的代理模式 ,接着简单过一遍Spring aop 的原理与执行流程。

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