Spring AOP 的实现机制

作者：大名Dean鼎

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AOP（Aspect Orient Programming），一般称为面向切面编程，作为面向对象的一种补充，用于处理系统中分布于各个模块的横切关注点，比如事务管理、日志、缓存等等。AOP实现的关键在于AOP框架自动创建的AOP代理，AOP代理主要分为静态代理和动态代理，静态代理的代表为AspectJ；而动态代理则以Spring AOP为代表。静态代理是编译期实现，动态代理是运行期实现，可想而知前者拥有更好的性能。

本文主要介绍Spring AOP的两种代理实现机制，JDK动态代理和CGLIB动态代理。

静态代理是编译阶段生成AOP代理类，也就是说生成的字节码就织入了增强后的AOP对象；动态代理则不会修改字节码，而是在内存中临时生成一个AOP对象，这个AOP对象包含了目标对象的全部方法，并且在特定的切点做了增强处理，并回调原对象的方法。

Spring AOP中的动态代理主要有两种方式，JDK动态代理和CGLIB动态代理。JDK动态代理通过反射来接收被代理的类，并且要求被代理的类必须实现一个接口。JDK动态代理的核心是InvocationHandler接口和Proxy类。

如果目标类没有实现接口，那么Spring AOP会选择使用CGLIB来动态代理目标类。CGLIB（Code Generation Library），是一个代码生成的类库，可以在运行时动态的生成某个类的子类，注意，CGLIB是通过继承的方式做的动态代理，因此如果某个类被标记为final，那么它是无法使用CGLIB做动态代理的，诸如private的方法也是不可以作为切面的。

我们分别通过实例来研究AOP的具体实现。

直接使用Spring AOP

首先定义需要切入的接口和实现。为了简单起见，定义一个Speakable接口和一个具体的实现类，只有两个方法sayHi()和sayBye()。

public interface Speakable {
    void sayHi();
    void sayBye();
}

@Service
public class PersonSpring implements Speakable {
    @Override
    public void sayHi() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(30);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Hi!!");
    }
    @Override
    public void sayBye() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Bye!!");
    }
}

接下来我们希望实现一个记录sayHi()和sayBye()执行时间的功能。

定义一个MethodMonitor类用来记录Method执行时间

public class MethodMonitor {
    private long start;
    private String method;
    public MethodMonitor(String method) {
        this.method = method;
        System.out.println("begin monitor..");
        this.start = System.currentTimeMillis();
    }
    public void log() {
        long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("end monitor..");
        System.out.println("Method: " + method + ", execution time: " + elapsedTime + " milliseconds.");
    }
}

光有这个类还是不够的，希望有个静态方法用起来更顺手，像这样

MonitorSession.begin();
doWork();
MonitorSession.end();

说干就干，定义一个MonitorSession

public class MonitorSession {
    private static ThreadLocal<MethodMonitor> monitorThreadLocal = new ThreadLocal<>();
    public static void begin(String method) {
        MethodMonitor logger = new MethodMonitor(method);
        monitorThreadLocal.set(logger);
    }
    public static void end() {
        MethodMonitor logger = monitorThreadLocal.get();
        logger.log();
    }
}

万事具备，接下来只需要我们做好切面的编码，

@Aspect
@Component
public class MonitorAdvice {
    @Pointcut("execution (* com.deanwangpro.aop.service.Speakable.*(..))")
    public void pointcut() {
    }
    @Around("pointcut()")
    public void around(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        MonitorSession.begin(pjp.getSignature().getName());
        pjp.proceed();
        MonitorSession.end();
    }
}

如何使用？我用了spring boot，写一个启动函数吧。

@SpringBootApplication
public class Application {
    @Autowired
    private Speakable personSpring;
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
    @Bean
    public CommandLineRunner commandLineRunner(ApplicationContext ctx) {
        return args -> {
            // spring aop
            System.out.println("******** spring aop ******** ");
            personSpring.sayHi();
            personSpring.sayBye();
            System.exit(0);
        };
    }
}

运行后输出:

jdk dynamic proxy 
begin monitor..
Hi!!
end monitor..
Method: sayHi, execution time: 32 milliseconds.
begin monitor..
Bye!!
end monitor..
Method: sayBye, execution time: 22 milliseconds.

JDK动态代理

刚刚的例子其实内部实现机制就是JDK动态代理，因为Person实现了一个接口。

为了不和第一个例子冲突，我们再定义一个Person来实现Speakable, 这个实现是不带Spring Annotation的，所以他不会被Spring托管。

public class PersonImpl implements Speakable {
    @Override
    public void sayHi() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(30);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Hi!!");
    }
    @Override
    public void sayBye() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Bye!!");
    }
}

重头戏来了，我们需要利用InvocationHandler实现一个代理，让它去包含Person这个对象。那么再运行期实际上是执行这个代理的方法，然后代理再去执行真正的方法。所以我们得以在执行真正方法的前后做一些手脚。JDK动态代理是利用反射实现，直接看代码。

public class DynamicProxy implements InvocationHandler {
    private Object target;
    public DynamicProxy(Object object) {
        this.target = object;
    }
    @Override
    public Object invoke(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2)
            throws Throwable {
        MonitorSession.begin(arg1.getName());
        Object obj = arg1.invoke(target, arg2);
        MonitorSession.end();
        return obj;
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T getProxy() {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(
                target.getClass().getClassLoader(),
                target.getClass().getInterfaces(),
                this
        );
    }
}

通过getProxy可以得到这个代理对象，invoke就是具体的执行方法，可以看到我们在执行每个真正的方法前后都加了Monitor。

我实现了一个工厂类来获取Person代理对象

public class PersonProxyFactory {
    public static Speakable newJdkProxy() {
            // 代理PersonImpl
        DynamicProxy dynamicProxy = new DynamicProxy(new PersonImpl());
        Speakable proxy = dynamicProxy.getProxy();
        return proxy;
    }
}

具体使用

// jdk dynamic proxy
System.out.println("******** jdk dynamic proxy ******** ");
Speakable jdkProxy = PersonProxyFactory.newJdkProxy();
jdkProxy.sayHi();
jdkProxy.sayBye();

输出结果:

******** jdk dynamic proxy ******** 
begin monitor..
Hi!!
end monitor..
Method: sayHi, execution time: 32 milliseconds.
begin monitor..
Bye!!
end monitor..
Method: sayBye, execution time: 22 milliseconds.

CGLib动态代理

我们再新建一个Person来，这次不实现任何接口。

public class Person {
    public void sayHi() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(30);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Hi!!");
    }
    public void sayBye() {
        try {
            Thread.currentThread().sleep(10);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("Bye!!");
    }
}

如果Spring识别到所代理的类没有实现Interface，那么就会使用CGLib来创建动态代理，原理实际上成为所代理类的子类。

public class CGLibProxy implements MethodInterceptor {
    private static CGLibProxy instance = new CGLibProxy();
    private CGLibProxy() {
    }
    public static CGLibProxy getInstance() {
        return instance;
    }
    private Enhancer enhancer = new Enhancer();
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public  <T> T getProxy(Class<T> clazz) {
        enhancer.setSuperclass(clazz);
        enhancer.setCallback(this);
        return (T) enhancer.create();
    }
    @Override
    public Object intercept(Object arg0, Method arg1, Object[] arg2,
                            MethodProxy arg3) throws Throwable {
        MonitorSession.begin(arg1.getName());
        Object obj = arg3.invokeSuper(arg0, arg2);
        MonitorSession.end();
        return obj;
    }
}

类似的通过getProxy可以得到这个代理对象，intercept就是具体的执行方法，可以看到我们在执行每个真正的方法前后都加了Monitor。

在工厂类中增加获得Person代理类的方法,

public static Person newCglibProxy() {
    CGLibProxy cglibProxy = CGLibProxy.getInstance();
    Person proxy = cglibProxy.getProxy(Person.class);
    return proxy;
}

具体使用

// cglib dynamic proxy
System.out.println("******** cglib proxy ******** ");
Person cglibProxy = PersonProxyFactory.newCglibProxy();
cglibProxy.sayHi();
cglibProxy.sayBye();

输出结果：

begin monitor..
Hi!!
end monitor..
Method: sayHi, execution time: 53 milliseconds.
begin monitor..
Bye!!
end monitor..
Method: sayBye, execution time: 14 milliseconds.

小结

对比JDK动态代理和CGLib代理，在实际使用中发现CGLib在创建代理对象时所花费的时间却比JDK动态代理要长，实测数据

Method: newJdkProxy, execution time: 5 milliseconds.
Method: newCglibProxy, execution time: 18 milliseconds.

所以CGLib更适合代理不需要频繁实例化的类。

在具体方法执行效率方面，理应是不通过反射的CGlib更快一些，然后测试结果并非如此，还需要高手指教。

JDK
Method: sayHi, execution time: 32 milliseconds.
CGLib
Method: sayHi, execution time: 53 milliseconds.

文中代码：https://github.com/deanwong/aop-study