AOP静态代理解析2-代码织入

当我们完成了所有的AspectJ的准备工作后便可以进行织入分析了，首先还是从LoadTimeWeaverAwareProcessor开始。

LoadTimeWeaverAwareProcessor实现BeanPostProcessor方法，那么对于BeanPostProcessor接口来讲，postProcessBeforeInitialization与postProcessAfterInitialization有着其特殊意义，也就是说在所有bean的初始化之前与之后都会分别调用对应的方法，那么在LoadTimeWeaverAwareProcessor中的postProcessBeforeInitialization函数中完成了什么样的逻辑呢？

    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        if (bean instanceof LoadTimeWeaverAware) {
            LoadTimeWeaver ltw = this.loadTimeWeaver;//DefaultContextLoadTimeWeaver
            if (ltw == null) {
                Assert.state(this.beanFactory != null,
                        "BeanFactory required if no LoadTimeWeaver explicitly specified");
                ltw = this.beanFactory.getBean(
                        ConfigurableApplicationContext.LOAD_TIME_WEAVER_BEAN_NAME, LoadTimeWeaver.class);
            }
            ((LoadTimeWeaverAware) bean).setLoadTimeWeaver(ltw);
        }
        return bean;
    }

在LoadTimeWeaverAwareProcessor中的postProcessBeforeInitialization函数中，因为最开始的if判断注定这个后处理器只对LoadTimeWeaverAware类型的bean起作用，而纵观所有的bean，实现LoadTimeWeaver接口的类只有AspectJWeavingEnabler。

当在Spring中调用AspectJWeavingEnabler时，this.loadTimeWeaver尚未被初始化，那么，会直接调用beanFactory.getBean方法获取对应的DefaultContextLoadTimeWeaver类型的bean，并将其设置为AspectJWeavingEnabler类型bean的loadTimeWeaver属性中。

AspectJWeavingEnabler实现了BeanClassLoaderAware以及Ordered接口，实现BeanClassLoaderAware接口保证了在bean初始化的时候调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的invokeAwareMethods的时候将beanClassLoader赋值给当前类。而实现Ordered接口则保证在实例化bean时当前bean会被最先初始化。

DefaultContextLoadTimeWeaver类又同时实现了LoadTimeWeaver、BeanClassLoaderAware以及DisposableBean。其中DisposableBean接口保证在bean销毁时会调用destroy方法进行bean的清理，而BeanClassLoaderAware接口则保证在bean的初始化调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的invokeAwareMethods时调用setBeanClassLoader方法。

    @Override
    public void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader) {
        LoadTimeWeaver serverSpecificLoadTimeWeaver = createServerSpecificLoadTimeWeaver(classLoader);
        if (serverSpecificLoadTimeWeaver != null) {
            if (logger.isInfoEnabled()) {
                logger.info("Determined server-specific load-time weaver: " +
                        serverSpecificLoadTimeWeaver.getClass().getName());
            }
            this.loadTimeWeaver = serverSpecificLoadTimeWeaver;
        }
        else if (InstrumentationLoadTimeWeaver.isInstrumentationAvailable()) {
　　　　　　　//检查当前虚拟机中的Instrumentation实例是否可用
            logger.info("Found Spring's JVM agent for instrumentation");
            this.loadTimeWeaver = new InstrumentationLoadTimeWeaver(classLoader);
        }
        else {
            try {
                this.loadTimeWeaver = new ReflectiveLoadTimeWeaver(classLoader);
                logger.info("Using a reflective load-time weaver for class loader: " +
                        this.loadTimeWeaver.getInstrumentableClassLoader().getClass().getName());
            }
            catch (IllegalStateException ex) {
                throw new IllegalStateException(ex.getMessage() + " Specify a custom LoadTimeWeaver or start your " +
                        "Java virtual machine with Spring's agent: -javaagent:org.springframework.instrument.jar");
            }
        }
    }

也就是经过以上程序setBeanClassLoader和postProcessBeforeInitialization的处理后，在Spring中的bean之间的关系如下：

1. AspectJWeavingEnabler类型的bean中的loadTimeWeaver属性被初始化为DefaultContextLoadTimeWeaver类型的bean；
2. DefaultContextLoadTimeWeaver类型的bean中的loadTimeWeaver属性被初始化为InstrumentationLoadTimeWeaver。

上面的函数中有一句很容易被忽略但是很关键的代码：

this.loadTimeWeaver = new InstrumentationLoadTimeWeaver(classLoader);

这句代码不仅仅是实例化了一个InstrumentationLoadTimeWeaver类型的实例，而且在实例化过程中还做了一些额外的操作。在实例化过程中判断了当前是否存在Instrumentation实例，最终会取InstrumentationSavingAgent类中的instrumentation的静态属性，判断这个属性是否是null，InstrumentationSavingAgent这个类是spring-instrument-3.2.9.RELEASE.jar的代理入口类，当应用程序启动时启动了spring-instrument-3.2.9.RELEASE.jar代理时，即在虚拟机参数中设置了-javaagent参数，虚拟机会创建Instrumentation实例并传递给premain方法，InstrumentationSavingAgent会把这个类保存在instrumentation静态属性中。所以在程序启动时启动了代理时InstrumentationLoadTimeWeaver.isInstrumentationAvailable()这个方法是返回true的，所以loadTimeWeaver属性会设置成InstrumentationLoadTimeWeaver对象。对于注册转换器，如addTransformer函数等，便可以直接使用此属性(instrumentation)进行操作了。

public class InstrumentationSavingAgent {
    private static volatile Instrumentation instrumentation;
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
        instrumentation = inst;
    }
    public static Instrumentation getInstrumentation() {
        return instrumentation;
    }  

}  

因为AspectJWeavingEnabler类同样实现了BeanFactoryPostProcessor，所以当所有bean解析结束后会调用其postProcessBeanFactory方法。看下AspectJWeavingEnabler类的enableAspectJWeaving方法,

    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
        enableAspectJWeaving(this.loadTimeWeaver, this.beanClassLoader);
    }
    public static void enableAspectJWeaving(LoadTimeWeaver weaverToUse, ClassLoader beanClassLoader) {
        if (weaverToUse == null) {
　　　　　　　//此时已经被初始化为DefaultContextLoadTimeWeaver
            if (InstrumentationLoadTimeWeaver.isInstrumentationAvailable()) {
                weaverToUse = new InstrumentationLoadTimeWeaver(beanClassLoader);
            }
            else {
                throw new IllegalStateException("No LoadTimeWeaver available");
            }
        }
　　　　　//使用DefaultContextLoadTimeWeaver类型的bean中的loadTimeWeaver属性注册转换器
        weaverToUse.addTransformer(new AspectJClassBypassingClassFileTransformer(
                    new ClassPreProcessorAgentAdapter()));
    }

AspectJClassBypassingClassFileTransformer类和ClassPreProcessorAgentAdapter类都实现了字节码转换接口ClassFileTransformer

    private static class AspectJClassBypassingClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {
        private final ClassFileTransformer delegate;
        public AspectJClassBypassingClassFileTransformer(ClassFileTransformer delegate) {
            this.delegate = delegate;
        }
        @Override
        public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
                ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {

            if (className.startsWith("org.aspectj") || className.startsWith("org/aspectj")) {
                return classfileBuffer;
            }
　　　　　　　//委托给AspectJ代理继续处理
            return this.delegate.transform(loader, className, classBeingRedefined, protectionDomain, classfileBuffer);
        }
    }

这也是一个修饰器模式，最终会调用ClassPreProcessorAgentAdapter的transform方法执行字节码转换逻辑，在类加载器定义类时（即调用defineClass方法）会调用此类的transform方法来进行字节码转换替换原始类。

1. AspectJClassBypassingClassFileTransformer的作用仅仅是告诉AspectJ以org.aspectj开头的或者org/aspectj开头的类不进行处理。
2. ClassPreProcessorAgentAdapter类中的代码比较多，它的主要工作是解析aop.xml文件，解析类中的Aspect注解，并且根据解析结果来生成转换后的字节码。

接下来就看看InstrumentationLoadTimeWeaver类的addTransformer方法代码：

public void addTransformer(ClassFileTransformer transformer) {
    Assert.notNull(transformer, "Transformer must not be null");
    FilteringClassFileTransformer actualTransformer =
            new FilteringClassFileTransformer(transformer, this.classLoader);
    synchronized (this.transformers) {
        if (this.instrumentation == null) {
            throw new IllegalStateException(
                    "Must start with Java agent to use InstrumentationLoadTimeWeaver. See Spring documentation.");
        }  
　　　　　//加入到jdk的instrumentation中加载class时自动调用
　　　　　this.instrumentation.addTransformer(actualTransformer);
        this.transformers.add(actualTransformer);
    }
}  

从代码中可以看到，这个方法中，把类转换器actualTransformer通过instrumentation实例注册给了虚拟机。这里采用了修饰器模式，actualTransformer对transformer进行修改封装，下面是FilteringClassFileTransformer这个内部类的代码：

private static class FilteringClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {
    private final ClassFileTransformer targetTransformer;
    private final ClassLoader targetClassLoader;
    public FilteringClassFileTransformer(ClassFileTransformer targetTransformer, ClassLoader targetClassLoader) {
        this.targetTransformer = targetTransformer;
        this.targetClassLoader = targetClassLoader;
    }
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
            ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
        if (!this.targetClassLoader.equals(loader)) {
            return null;
        }
        return this.targetTransformer.transform(
                loader, className, classBeingRedefined, protectionDomain, classfileBuffer);
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "FilteringClassFileTransformer for: " + this.targetTransformer.toString();
    }
} 

这里面的targetClassLoader就是容器的bean类加载，在进行类字节码转换之前先判断执行类加载的加载器是否是bean类加载器，如果不是的话跳过类装换逻辑直接返回null，返回null的意思就是不执行类转换还是使用原始的类字节码。什么情况下会有类加载不是bean的类加载器的情况？AbstractApplicationContext的prepareBeanFactory方法中有一行代码：

        // Detect a LoadTimeWeaver and prepare for weaving, if found.
        if (beanFactory.containsBean(LOAD_TIME_WEAVER_BEAN_NAME)) {
            beanFactory.addBeanPostProcessor(new LoadTimeWeaverAwareProcessor(beanFactory));
            // Set a temporary ClassLoader for type matching.
            beanFactory.setTempClassLoader(new ContextTypeMatchClassLoader(beanFactory.getBeanClassLoader()));
        }

当容器中注册了loadTimeWeaver之后会给容器设置一个ContextTypeMatchClassLoader类型的临时类加载器，在织入切面时只有在bean实例化时织入切面才有意义，在进行一些类型比较或者校验的时候，比如判断一个bean是否是FactoryBean、BPP、BFPP，这时候不涉及到实例化，所以做字节码转换没有任何意义，而且还会增加无谓的性能消耗，所以在进行这些类型比较时使用这个临时的类加载器执行类加载，这样在上面的transform方法就会因为类加载不匹配而跳过字节码转换，这里有一点非常关键的是，ContextTypeMatchClassLoader的父类加载就是容器bean类加载器，所以ContextTypeMatchClassLoader类加载器是不遵循“双亲委派”的，因为如果它遵循了“双亲委派”，那么它的类加载工作还是会委托给bean类加载器，这样的话if里面的条件就不会匹配，还是会执行类转换。ContextTypeMatchClassLoader的类加载工作会委托给ContextOverridingClassLoader类对象，有兴趣可以看看ContextOverridingClassLoader和OverridingClassLoader这两个类的代码。这个临时的类加载器会在容器初始化快结束时，容器bean实例化之前被清掉，代码在AbstractApplicationContext类的finishBeanFactoryInitialization方法：

protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    ...
    beanFactory.setTempClassLoader(null);
    // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes.
    beanFactory.freezeConfiguration();
    // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
    beanFactory.preInstantiateSingletons();
}