面向切面编程的基本原理

2020/10/29 37

在软件开发中,散布于应用中多出的功能被称为横切关注点(crosscutting concern)。通常来讲,这些横切关注点是从概念上与应用的业务逻辑是相分离的(但是往往会直接嵌入到应用的业务逻辑中)。把这些横切关注点与业务逻辑相分离——这就是面向切面编程(AOP)所要解决的问题。

切面能帮助我们模块化横切专注点。简而言之,横切关注点可以被描述为影响应用多出的功能。例如,安全就是一个横切关注点,应用中的许多方法都会涉及到安全规则。图 1 直观呈现了横切关注点的概念。

切面实现了横切关注点(跨多个应用对象的逻辑)的模块化

图 1 切面实现了横切关注点(跨多个应用对象的逻辑)的模块化

上图展示了一个被划分为模块的典型应用。每个模块的核心功能都是给特定业务领域提供服务,但是这些模块都需要类似的辅助功能,例如安全和事务管理。

如果要重用通用功能的话,最常见的面向对象中的继承或委托。但是,如果整个应用中都使用相同的基类,继承往往会导致一个脆弱的对象体系;而使用委托则可能加重对象的复杂性。

这也就是为什么合成聚合原则大于继承,继承一定要合理,不合理的继承关系会造成类过于膨胀,混乱,违背面向对象的初衷。而且,伴随着混乱的继承,由于里氏替换,导致系统过于脆弱。最后,在不合理的继承下,继承树会变得很深,在一定程度上影响了性能。

切面提供了取代继承和委托的另一种可选方案,而且在很多场景下更清晰简明。在使用面向切面编程时,我们仍然在一个地方定义通用功能,但是可以通过声明的方式定义这个要以何种方式在何处应用,而无需修改受影响的类。横切关注点可以被模块化为特殊类,这些类被称为切面(aspect)。这样做有两个好处:

定义 AOP 术语

与大多数技术一样,AOP 已经形成了自己的术语。描述切面的常用术语有:

在一个或多个连接点上,可以把切面的功能织入到程序的执行过程中

遗憾的是,大多数用于描述 AOP 功能的术语并不直观,但仍然称为 AOP 行话组成部分了,为了理解 AOP,我们必须了解这些术语。在我们进入某个领域之前,必须学会在这个领域该如何说话。

通知 Advice

在 AOP 术语中,切面的工作被称为通知。通知定义了切面是什么以及何时使用。除了描述切面要完成的工作,通知还解决了何时执行这个工作的问题。它应该应用在某个方法调用之前?之后?之前之后都调用?还是只在方法抛出异常时调用?

Spring 切面可以应用 5 中类型的通知:

连接点 Join point

我们的应用可能有数以千计的时机去应用通知,这些时机被称为连接点。连接点是在应用执行过程中能够插入切面的一个点。这个点可以是调用方法时、抛出异常时、甚至修改一个字段时。切面代码可以利用这些点插入到应用的正常流程之中,并添加新的行为。

切点 Pointcut

如果说通知定义了切面的“什么”和“何时”的话,那么切点就定义了“何处”。切点的定义会匹配通知所要织入的一个或多个连接点。我们通常使用明确的类和方法名称,或是利用正则表达式定义所匹配的类和方法名称来指定这些切点。有些 AOP 框架允许我们创建动态的切点,可以根据运行时的决策来决定是否应用通知。

切面 Aspect

切面是通知和切点的结合。通知和切点共同定义了切面的全部内容——它是什么,在何时和何处完成其功能。

引入 Introduction

引入允许我们向现有的类添加新方法或属性。例如,我们可以创建一个 Auditable 通知类,该类记录了对象最后一次修改时的状态。这很简单,只需要一个方法,setLastModified(Date),和一个示例变量来保存这个状态。然后,这个新方法和实例变量就可以被引入到现有类中,从而可以在无需修改这些现有的类的情况下,让它们具有新的行为和状态。

织入 Weaving

织入是把切面应用到目标对象并创建新的代理对象的过程。切面在指定的连接点被织入到目标对象中。在目标对象的生命周期里有多个点可以进行织入: