面向方面編程（Aspect Oriented Programming，簡(jiǎn)稱(chēng)AOP）是一種聲明式編程（Declarative Programming）。聲明式編程是和命令式編程（Imperative Programming）相對的概念。我們平時(shí)使用的編程語(yǔ)言，比如C++、Java、Ruby、Python等，都屬命令式編程。命令式編程的意思是，程序員需要一步步寫(xiě)清楚程序需要如何做什么（How to do What）。聲明式編程的意思是，程序員不需要一步步告訴程序如何做，只需要告訴程序在哪些地方做什么（Where to do What）。比起命令式編程來(lái)，聲明式編程是在一個(gè)更高的層次上編程。聲明式編程語(yǔ)言是更高級的語(yǔ)言。聲明式編程通常處理一些總結性、總覽性的工作，不適合做順序相關(guān)的細節相關(guān)的底層工作。
如果說(shuō)命令式編程是拼殺在第一線(xiàn)的基層工作人員，聲明式編程就是總設計師、規則制定者。聲明式編程語(yǔ)言的概念，和領(lǐng)域專(zhuān)用語(yǔ)言（Domain Specific Language，簡(jiǎn)稱(chēng)DSL）的概念有相通之處。DSL主要是指一些對應專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域的高層編程語(yǔ)言，和通用編程語(yǔ)言的概念相對。DSL對應的專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域（Domain）一般比較狹窄，或者對應于某個(gè)行業(yè)，或者對應于某一類(lèi)具體應用程序，比如數據庫等。
最常見(jiàn)的DSL就是關(guān)系數據庫的結構化數據查詢(xún)語(yǔ)言SQL。同時(shí)，SQL也是一門(mén)聲明式語(yǔ)言。SQL只需要告訴數據庫，處理符合一定條件的數據，而不需要自己一步步判斷每一條數據是否符合條件。SQL的形式一般是 select … where …，update … where …，delete … where …。當然，這樣一來(lái)，很多基層工作，SQL做不了。因此，大部分數據庫都提供了另外的命令式編程語(yǔ)言，用來(lái)編寫(xiě)存儲過(guò)程等，以便處理一些更加細節的工作。
常見(jiàn)的DSL還有規則引擎（Rule Engine）語(yǔ)言、工作流（Workflow）語(yǔ)言等。規則引擎和工作流同時(shí)帶有命令式編程和聲明式編程的特點(diǎn)。規則引擎允許用戶(hù)按照優(yōu)先級定義一系列條件組合，并定義對滿(mǎn)足條件的數據的處理過(guò)程。工作流也大致類(lèi)似。工作流把最基本的條件判斷和循環(huán)語(yǔ)句的常見(jiàn)組合，定義為更加高級復雜的常用程序流程邏輯塊。用戶(hù)可以用這些高級流程塊組合更加復雜的流程塊，從而定義更加復雜的流程跳轉條件。用戶(hù)也可以定義當程序運行上下文滿(mǎn)足一定條件的時(shí)候，應該做什么樣的處理工作。規則引擎和工作流的語(yǔ)言形式有可能是XML格式，也有可能是Ruby、Python、Javascript等腳本格式。我個(gè)人比較傾向于腳本格式，因為XML適合表達結構化數據，而不擅長(cháng)表達邏輯流程。當然，XML格式的好處也是顯而易見(jiàn)的。解析器可以很容易分析XML文件的結構，XML定義的條件或者程序流程都可以很方便地作為數據來(lái)處理。
介紹了聲明式編程和DSL之后，我們來(lái)看本章題目表達的內容——AOP。AOP是聲明式編程，AOP語(yǔ)言也可以看作是DSL。AOP語(yǔ)言對應的專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域（Domain）就是程序結構的方方面面（Aspect），比如程序的類(lèi)、方法、成員變量等結構，以及針對這些程序結構的通用工作處理，比如日志管理、權限管理、事務(wù)管理等。
AOP處理的工作內容一般都是這樣的一些總結性工作：“我想讓所有的數據庫類(lèi)都自動(dòng)進(jìn)行數據庫映射”、“我想打印出所有業(yè)務(wù)類(lèi)的工作流程日志”、“我想給所有關(guān)鍵業(yè)務(wù)方法都加上事務(wù)管理功能”、“我想給所有敏感數據處理方法都加上安全管理授權機制”等等。
下面我們介紹AOP的實(shí)現原理和使用方法。
AOP實(shí)現原理
AOP的實(shí)現原理可以看作是Proxy/Decorator設計模式的泛化。我們先來(lái)看Proxy模式的簡(jiǎn)單例子。
- Proxy {
- innerObject; // 真正的對象
- f1() {
- // 做一些額外的事情
- innerObject.f1(); // 調用真正的對象的對應方法
- // 做一些額外的事情
- }
- }
在Python、Ruby等動(dòng)態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言中，只要實(shí)現了f1()方法的類(lèi)，都可以被Proxy包裝。在Java等靜態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言中，則要求Proxy和被包裝對象實(shí)現相同的接口。動(dòng)態(tài)語(yǔ)言實(shí)現Proxy模式要比靜態(tài)語(yǔ)言容易得多，動(dòng)態(tài)語(yǔ)言實(shí)現AOP也要比靜態(tài)語(yǔ)言容易得多。假設我們用Proxy包裝了10個(gè)類(lèi)，我們通過(guò)調用Proxy的f1()方法來(lái)調用這10個(gè)類(lèi)的f1()方法，這樣，所有的f1()調用都會(huì )執行同樣的一段“額外的工作”，從而實(shí)現了“所有被Proxy包裝的類(lèi)，都執行一段同樣的額外工作”的任務(wù)。這段“額外的工作”可能是進(jìn)行日志記錄，權限檢查，事務(wù)管理等常見(jiàn)工作。
Proxy模式是可以疊加的。我們可以定義多種完成特定方面任務(wù)（Aspect），比如，我們可以定義LogProxy、SecurityProxy、TransactionProxy，分別進(jìn)行日志管理、權限管理、事務(wù)管理。
- LogProxy {
- f1(){
- // 記錄方法進(jìn)入信息
- innerObject.f1();// 調用真正的對象的對應方法
- // 記錄方法退出信息
- }
- }
- SecurityProxy {
- f1(){
- // 進(jìn)行權限驗證
- innerObject.f1();// 調用真正的對象的對應方法
- }
- }
- TransactonProxy {
- f1(){
- Open Transaction
- innerObject.f1();// 調用真正的對象的對應方法
- Close Transaction
- }
- }
根據AOP的慣用叫法，上述的這些Proxy也叫做Advice。這些Proxy（or Advice）可以按照一定的內外順序套起來(lái)，最外面的Proxy會(huì )最先執行。包裝f1（）方法，也叫做截獲（Intercept）f1()方法。Proxy/Advice有時(shí)候也叫做Interceptor。
看到這里，讀者可能會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題。
問(wèn)題一：上述代碼采用的Proxy模式只是面向對象的特性，怎么會(huì )扯上一個(gè)新概念“面向方面（AOP）”呢？
問(wèn)題二：Proxy模式雖然避免了重復“額外工作”代碼的問(wèn)題，但是，每個(gè)相關(guān)類(lèi)都要被Proxy包裝，這個(gè)工作也是很煩人。AOP Proxy如何能在應用程序中大規模使用呢？
下面我們來(lái)解答著(zhù)兩個(gè)問(wèn)題。
對于問(wèn)題一，我們來(lái)看一個(gè)復雜一點(diǎn)的例子。假設被包裝對象有f1()和f2()兩個(gè)方法都要被包裝。
- RealObject{
- f1() {…}
- f2() {…}
- }
這個(gè)時(shí)候，我們應該如何做？難道讓Proxy也定義f1()和f2()兩個(gè)方法？就象下面代碼這樣？
- Proxy {
- innerObject; // 真正的對象
- f1() {
- // 做一些額外的事情
- innerObject.f1(); // 調用真正的對象的對應方法
- // 做一些額外的事情
- }
- f2() {
- // 做一些額外的事情
- innerObject.f2(); // 調用真正的對象的對應方法
- // 做一些額外的事情
- }
- }
這樣做有幾個(gè)不利之處。一是會(huì )造成代碼重復，Proxy的f1()和f2()里面的“做一些額外的事情”代碼重復。二是難以擴展，被包裝對象可能有多個(gè)不同的方法，不同的被包裝對象需要被包裝的方法也可能不同?，F在的問(wèn)題就變成，“Proxy如何才能包裝截獲任何類(lèi)的任何方法？”
答案呼之欲出。對，就是Reflection。Java、Python、Ruby都支持Reflection，都支持Method（方法）對象。那么我們就利用Method Reflection編寫(xiě)一個(gè)能夠解惑任何類(lèi)的任何方法的Proxy/Advice/Interceptor。
- MethodInterceptor{
- around( method ){
- // 做些額外的工作
- method.invoke(…); // 調用真正的對象方法
- // 做些額外的工作
- }
- }
上述的MethodInterceptor就可以分別包裝和截獲f1()和f2()兩個(gè)方法。
這里的method參數就是方法對象，在Java、Ruby等面向對象語(yǔ)言中，需要用Reflection獲取方法對象。這個(gè)方法對象就相當于函數式編程的函數對象。在函數式編程中，函數對象屬于“一等公民”，函數對象的獲取不需要經(jīng)過(guò)Reflection機制。所以，函數式編程對AOP的支持，比面向對象編程更好。由此我們看到，AOP對應的問(wèn)題領(lǐng)域確實(shí)超出了OOP的力所能及的范圍。OOP只能處理同一個(gè)類(lèi)體系內的同一個(gè)方法簽名的截獲和包裝工作，一旦涉及到一個(gè)類(lèi)的多個(gè)不同方法，或者多個(gè)不同類(lèi)體系的不同方法，OOP就黔驢技窮，無(wú)能為力了。
使用Method Reflection的方式截獲任何方法對象，是AOP的常用實(shí)現手段之一。另一個(gè)常見(jiàn)手段就是自動(dòng)代碼生成了。這也回答了前面提出的問(wèn)題二——如何在應用系統中大規模使用AOP。
Proxy Pattern + Method Reflection + 自動(dòng)代碼生成這樣一個(gè)三元組合，就是AOP的基本實(shí)現原理。Proxy Pattern 和 Method Reflection，前面已經(jīng)做了闡述，下面我們來(lái)講解自動(dòng)代碼生成。
首先，AOP需要定義一種Aspect描述的DSL。Aspect DSL主要用來(lái)描述這樣的內容：“用TransactionProxy包裝截獲business目錄下的所有類(lèi)的公共業(yè)務(wù)方法”、“ 用SecurityProxy包裝截獲所有Login/Logout開(kāi)頭的類(lèi)的所有公共方法”、“用LogProxy包裝截獲所有文件的所有方法”等等。Aspect DSL的形式有多種多樣。有的是一種類(lèi)似Java的語(yǔ)法，比如AspectJ；有的是XML格式或者各種腳本語(yǔ)言，比如，Spring AOP等。
有了Aspect DSL，AOP處理程序就可以生成代碼了。AOP生成代碼有三種可能方式：
（1）靜態(tài)編譯時(shí)期，源代碼生成。為每個(gè)符合條件的類(lèi)方法產(chǎn)生對應的Proxy對象。AspectJ以前就是這種方式。
（2）靜態(tài)編譯時(shí)期，處理編譯后的字節碼。Java、Python之類(lèi)的虛擬機語(yǔ)言都有一種中間代碼（Java的中間代碼叫做字節碼），AOP處理程序可以分析字節碼，并直接產(chǎn)生字節碼形式的Proxy。這種方式也叫做靜態(tài)字節碼增強。AspectJ也支持這種方式。Java有一些開(kāi)源項目，比如 ASM、Cglib等，可以分析并生成Java字節碼。這些開(kāi)源項目不僅可以靜態(tài)分析增強字節碼，還可以在程序運行期動(dòng)態(tài)分析增強字節碼。很多AOP項目,比如Spring AOP，都采用ASM/Cglib處理字節碼。
（3）動(dòng)態(tài)運行時(shí)期，即時(shí)處理裝載到虛擬機內部的類(lèi)結構字節碼。這也叫做動(dòng)態(tài)增強。比如，Spring AOP。如前所述，Spring AOP使用ASM/Cglib之類(lèi)的處理字節碼的開(kāi)源項目。Java運行庫本身也提供了類(lèi)似于A(yíng)SM/Cglib的簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)處理字節碼的API，叫做 Dynamic Proxy。
以上就是AOP的實(shí)現原理：Proxy Pattern + Method Reflection + Aspect DSL + 自動(dòng)代碼生成。
總體來(lái)說(shuō)，實(shí)現AOP的便利程度，函數式編程語(yǔ)言 > 動(dòng)態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言 > 靜態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言。當然，這個(gè)不等式并不是絕對的。有些動(dòng)態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言提供了豐富強大的語(yǔ)法特性，實(shí)現AOP的便利程度，可能要超過(guò)函數式編程語(yǔ)言。
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