面向方面编程(AOP)

简介

如果你很熟悉面向方面编程(AOP)，你就会知道给代码增加“切面”可以使代码更清晰并且具有可维护性。但是AOP通常都依赖于第三方类库或者硬编码的.net特性来工作。虽然这些实现方式的好处大于它们的复杂程度，但是我仍然在寻找一种实现AOP的更为简单的方式，来试我的代码更为清晰。我将它们单独移出来，并命名为AspectF。

Aspect Oriented Programming (AOP)的背景

“切面”指的是那些在你写的代码中在项目的不同部分且有相同共性的东西。它可能是你代码中处理异常、记录方法调用、时间处理、重新执行一些方法等等的一些特殊方式。如果你没有使用任何面向切面编程的类库来做这些事情，那么在你的整个项目中将会遗留一些很简单而又重复的代码，它将使你的代码很难维护。例如，在你的业务逻辑层有些方法需要被记录，有些异常需要被处理，有些执行需要计时，数据库操作需要重试等等。所以，也许你会写出下面这样的代码。

1. public bool InsertCustomer(string firstName, string lastName, int age,
2. Dictionary<string, string> attributes)
3. {
4. if (string.IsNullOrEmpty(firstName))
5. throw new ApplicationException("first name cannot be empty");
6. if (string.IsNullOrEmpty(lastName))
7. throw new ApplicationException("last name cannot be empty");
8. if (age < 0)
9. throw new ApplicationException("Age must be non-zero");
10. if (null == attributes)
11. throw new ApplicationException("Attributes must not be null");
12. // Log customer inserts and time the execution
13. Logger.Writer.WriteLine("Inserting customer data...");
14. DateTime start = DateTime.Now;
15. try
16. {
17. CustomerData data = new CustomerData();
18. bool result = data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
19. if (result == true)
20. {
21. Logger.Writer.Write("Successfully inserted customer data in "
22. + (DateTime.Now-start).TotalSeconds + " seconds");
23. }
24. return result;
25. }
26. catch (Exception x)
27. {
28. // Try once more, may be it was a network blip or some temporary downtime
29. try
30. {
31. CustomerData data = new CustomerData();
32. if (result == true)
33. {
34. Logger.Writer.Write("Successfully inserted customer data in "
35. + (DateTime.Now-start).TotalSeconds + " seconds");
36. }
37. return result;
38. }
39. catch
40. {
41. // Failed on retry, safe to assume permanent failure.
42. // Log the exceptions produced
43. Exception current = x;
44. int indent = 0;
45. while (current != null)
46. {
47. string message = new string(Enumerable.Repeat('\t', indent).ToArray())
48. + current.Message;
49. Debug.WriteLine(message);
50. Logger.Writer.WriteLine(message);
51. current = current.InnerException;
52. indent++;
53. }
54. Debug.WriteLine(x.StackTrace);
55. Logger.Writer.WriteLine(x.StackTrace);
56. return false;
57. }
58. }
59. }

你会看到上面只有两行关键代码，它调用了CustomerData实例的一个方法插入了一个Customer。但去实现这样的业务逻辑，你真的很难去照顾所有的细节(日志记录、重试、异常处理、操作计时)。项目越成熟，在你的代码中需要维护的这些“边边角角”就更多了。所以你肯定经常会到处拷贝这些“样板”代码，但只在这些样板内写少了真是的东西。这多不值！你不得不对每个业务逻辑层的方法都这么做。比如现在你想在你的业务逻辑层中增加一个UpdateCustomer方法。你不得不再次拷贝所有的这些“样板”，然后将两行关键代码加入其中。

思考这样的场景，你需要做出一个项目级别的改变——针对如何处理异常。你不得不处理你写的这“上百”的方法，然后一个一个地修改它们。如果你想修改计时的逻辑，做法同样如此。

面向切面编程就可以很好地处理这些问题。当你采用AOP，你会以一种很酷的方式来实现它：

1. [EnsureNonNullParameters]
2. [Log]
3. [TimeExecution]
4. [RetryOnceOnFailure]
5. public void InsertCustomerTheCoolway(string firstName, string lastName, int age,
6. Dictionary<string, string> attributes)
7. {
8. CustomerData data = new CustomerData();
9. data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
10. }

这里你需要区分这些通用的东西，像日志记录、计时、重试、验证等这些通常被称为“边边角角”的东西，最重要的是完全与你的“真实”代码无关。这可以使方法将会变得美观而清晰。所有的这些细节都在方法外被处理，并且只是在代码外加上了一些属性。这里，每一个属性代表一个Aspect(切面)。例如，你可以增加“日志记录”切面到任何代码中，只需要增加一个Log属性。无论你使用何种AOP的类库，该类库都能够确保这些“切面”被有效地加入到代码中，当然时机不一，可能是在编译时，也可能是在运行时。

有许多AOP类库通过使用编译事件和IL操作允许你在编译时“处理”这些方面，例如PostSharp；而某些类库使用DynamicProxy在运行时处理；某些要求你的类继承自ContextBoundObject使用C#内建特性来supportAspects。所有的这些都有某些“不便”。你不得不使用某些外部库，做足够的性能测试来那些类库可扩展等等。而你需要的只是一个非常简单的方式来实现“隔离”，可能并不是想要完全实现AOP。记住，你的目的是隔离那些并不重要的核心代码，来让一切变得简单并且清晰！

AspectF如何来让这一切变得简单！

让我展示一种简答的方式来实现这种隔离，仅仅使用标准的C#代码，类和代理的简单调用，没有用到“特性”或者“IL操作”这些东西。它提供了可重用性和可维护性。最好的一点是它的“轻量级”——仅仅一个很小得类。

1. public void InsertCustomerTheEasyWay(string firstName, string lastName, int age,
2. Dictionary<string, string> attributes)
3. {
4. AspectF.Define
5. .Log(Logger.Writer, "Inserting customer the easy way")
6. .HowLong(Logger.Writer, "Starting customer insert",
7. "Inserted customer in {1} seconds")
8. .Retry()
9. .Do(() =>
10. {
11. CustomerData data = new CustomerData();
12. data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
13. });
14. }

让我们看看它与通常的AOP类库有何不同：

(1)     不在方法的外面定义“切面”，而是在方法的内部直接定义。

(2)     取代将“切面”做成类，而是将其构建成方法

现在，看看它有什么优势：

(1)     没有很“深奥”的要求(Attributes, ContextBoundObject, Post build event, IL Manipulation,DynamicProxy)

(2)     没有对其他依赖的性能担忧

(3)     直接随意组合你要的“切面”。例如，你可以只对日志记录一次，但尝试很多次操作。

(4)     你可以传递参数，局部变量等到“切面”中，而你在使用第三方类库的时候，通常不能这么做

(5)     这不是一个完整的框架或类库，而仅仅是一个叫做AspectF的类

(6)     可能以在代码的任何地方定义方面，例如你可以将一个for 循环包裹成一个“切面”

让我们看看使用这种方案构建一个“切面”有多简单！这个方案中“切面”都是以方法来定义的。AspectExtensions类包含了所有的这些“预构建”的切面，比如：Log、Retry、TrapLog、TrapLogThrow等。例如，这里展示一下Retry是如何工作的：

1. [DebuggerStepThrough]
2. public static AspectF Retry(this AspectF aspects)
3. {
4. return aspects.Combine((work) =>
5. Retry(1000, 1, (error) => DoNothing(error), DoNothing, work));
6. }
7. [DebuggerStepThrough]
8. public static void Retry(int retryDuration, int retryCount,
9. Action<Exception> errorHandler, Action retryFailed, Action work)
10. {
11. do
12. {
13. try
14. {
15. work();
16. }
17. catch (Exception x)
18. {
19. errorHandler(x);
20. System.Threading.Thread.Sleep(retryDuration);
21. }
22. } while (retryCount-- > 0);
23. retryFailed();
24. }

你可以让“切面”调用你的代码任意多次。很容易在Retry切面中包裹对数据库、文件IO、网络IO、Web Service的调用，因为它们经常由于各种基础设施问题而失败，并且有时重试一次就可以解决问题。我有个习惯是总是去尝试数据库插入，更新，删除、web service调用，处理文件等等。而这样的“切面”无疑让我对处理这样的问题时轻松了许多。

下面展示了一下它是如何工作的，它创建了一个代理的组合。而结果就像如下这段代码：

1. Log(() =>
2. {
3. HowLong(() =>
4. {
5. Retry(() =>
6. {
7. Do(() =>
8. {
9. CustomerData data = new CustomerData();
10. data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
11. });
12. });
13. });
14. });

AspectF类除了压缩这样的代码之外，其他什么都没有。

下面展示，你怎样创建你自己的“切面”。首先为AspectF类创建一个扩展方法。比如说，我们创建一个Log：

1. [DebuggerStepThrough]
2. public static AspectF Log(this AspectF aspect, TextWriter logWriter,
3. string beforeMessage, string afterMessage)
4. {
5. return aspect.Combine((work) =>
6. {
7. logWriter.Write(DateTime.Now.ToUniversalTime().ToString());
8. logWriter.Write('\t');
9. logWriter.Write(beforeMessage);
10. logWriter.Write(Environment.NewLine);
11. work();
12. logWriter.Write(DateTime.Now.ToUniversalTime().ToString());
13. logWriter.Write('\t');
14. logWriter.Write(afterMessage);
15. logWriter.Write(Environment.NewLine);
16. });
17. }

你调用AspectF的Combine方法来压缩一个将要被放进委托链的委托。委托链在最后将会被Do方法调用。

1. public class AspectF
2. {
3. /// <summary>
4. /// Chain of aspects to invoke
5. /// </summary>
6. public Action<Action> Chain = null;
7. /// <summary>
8. /// Create a composition of function e.g. f(g(x))
9. /// </summary>
10. /// <param name="newAspectDelegate">A delegate that offers an aspect's behavior.
11. /// It's added into the aspect chain</param>
12. /// <returns></returns>
13. [DebuggerStepThrough]
14. public AspectF Combine(Action<Action> newAspectDelegate)
15. {
16. if (this.Chain == null)
17. {
18. this.Chain = newAspectDelegate;
19. }
20. else
21. {
22. Action<Action> existingChain = this.Chain;
23. Action<Action> callAnother = (work) =>
24. existingChain(() => newAspectDelegate(work));
25. this.Chain = callAnother;
26. }
27. return this;
28. }

这里Combine方法操作的是被“切面”扩展方法传递过来的委托，例如Log，然后它将该委托压入之前加入的一个“切面”的委托中，来保证第一个切面调用第二个，第二个调用第三个，知道最后一个调用真实的(你想要真正执行的)代码。

Do/Return方法做最后的执行操作。

1. /// <summary>
2. /// Execute your real code applying the aspects over it
3. /// </summary>
4. /// <param name="work">The actual code that needs to be run</param>
5. [DebuggerStepThrough]
6. public void Do(Action work)
7. {
8. if (this.Chain == null)
9. {
10. work();
11. }
12. else
13. {
14. this.Chain(work);
15. }
16. }

就是这些，现在你有一个非常简单的方式来分隔那些你不想过度关注的代码，并使用C#享受AOP风格的编程模式。

AspectF类还有其他几个方便的“切面”，大致如下（当然你完全可以DIY你自己的‘切面’）。

1. public static class AspectExtensions
2. {
3. [DebuggerStepThrough]
4. public static void DoNothing()
5. {
6. }
7. [DebuggerStepThrough]
8. public static void DoNothing(params object[] whatever)
9. {
10. }
11. [DebuggerStepThrough]
12. public static AspectF Delay(this AspectF aspect, int milliseconds)
13. {
14. return aspect.Combine((work) =>
15. {
16. System.Threading.Thread.Sleep(milliseconds);
17. work();
18. });
19. }
20. [DebuggerStepThrough]
21. public static AspectF MustBeNonNull(this AspectF aspect, params object[] args)
22. {
23. return aspect.Combine((work) =>
24. {
25. for (int i = 0; i < args.Length; i++)
26. {
27. object arg = args[i];
28. if (arg == null)
29. {
30. throw new ArgumentException(string.Format("Parameter at index {0} is null", i));
31. }
32. }
33. work();
34. });
35. }
36. [DebuggerStepThrough]
37. public static AspectF MustBeNonDefault<T>(this AspectF aspect, params T[] args) where T : IComparable
38. {
39. return aspect.Combine((work) =>
40. {
41. T defaultvalue = default(T);
42. for (int i = 0; i < args.Length; i++)
43. {
44. T arg = args[i];
45. if (arg == null || arg.Equals(defaultvalue))
46. {
47. throw new ArgumentException(string.Format("Parameter at index {0} is null", i));
48. }
49. }
50. work();
51. });
52. }
53. [DebuggerStepThrough]
54. public static AspectF WhenTrue(this AspectF aspect, params Func<bool>[] conditions)
55. {
56. return aspect.Combine((work) =>
57. {
58. foreach (Func<bool> condition in conditions)
59. {
60. if (!condition())
61. {
62. return;
63. }
64. }
65. work();
66. });
67. }
68. [DebuggerStepThrough]
69. public static AspectF RunAsync(this AspectF aspect, Action completeCallback)
70. {
71. return aspect.Combine((work) => work.BeginInvoke(asyncresult =>
72. {
73. work.EndInvoke(asyncresult); completeCallback();
74. }, null));
75. }
76. [DebuggerStepThrough]
77. public static AspectF RunAsync(this AspectF aspect)
78. {
79. return aspect.Combine((work) => work.BeginInvoke(asyncresult =>
80. {
81. work.EndInvoke(asyncresult);
82. }, null));
83. }
84. }

现在，你已经拥有了一个简洁的方式来隔离那些细枝末节的代码，去享受AOP形式的编程而无需使用任何“笨重”的框架。

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