本文轉載自張逸:晴窗筆記

AOP技術本質

2.2.1 技術概覽

AOP（Aspect-Oriented Programming，面向方面編程），可以說是OOP（Object-Oriented Programing，面向對象編程）的補充和完善。OOP引入封裝、繼承和多態性等概念來建立一種對象層次結構，用以模擬公共行為的一個集合。當我們需要為分散的對象引入公共行為的時候，OOP則顯得無能為力。也就是說，OOP允許你定義從上到下的關系，但并不適合定義從左到右的關系。例如日志功能。日志代碼往往水平地散布在所有對象層次中，而與它所散布到的對象的核心功能毫無關系。對于其他類型的代碼，如安全性、異常處理和透明的持續性也是如此。這種散布在各處的無關的代碼被稱為橫切（cross-cutting）代碼，在OOP設計中，它導致了大量代碼的重復，而不利于各個模塊的重用。

而AOP技術則恰恰相反，它利用一種稱為“橫切”的技術，剖解開封裝的對象內部，并將那些影響了多個類的公共行為封裝到一個可重用模塊，并將其名為“Aspect”，即方面。所謂“方面”，簡單地說，就是將那些與業務無關，卻為業務模塊所共同調用的邏輯或責任封裝起來，便于減少系統的重復代碼，降低模塊間的耦合度，并有利于未來的可操作性和可維護性。AOP代表的是一個橫向的關系，如果說“對象”是一個空心的圓柱體，其中封裝的是對象的屬性和行為；那么面向方面編程的方法，就仿佛一把利刃，將這些空心圓柱體剖開，以獲得其內部的消息。而剖開的切面，也就是所謂的“方面”了。然后它又以巧奪天功的妙手將這些剖開的切面復原，不留痕跡。

使用“橫切”技術，AOP把軟件系統分為兩個部分：核心關注點和橫切關注點。業務處理的主要流程是核心關注點，與之關系不大的部分是橫切關注點。橫切關注點的一個特點是，他們經常發生在核心關注點的多處，而各處都基本相似。比如權限認證、日志、事務處理。Aop 的作用在于分離系統中的各種關注點，將核心關注點和橫切關注點分離開來。正如Avanade公司的高級方案構架師Adam Magee所說，AOP的核心思想就是“將應用程序中的商業邏輯同對其提供支持的通用服務進行分離。”

實現AOP的技術，主要分為兩大類：一是采用動態代理技術，利用截取消息的方式，對該消息進行裝飾，以取代原有對象行為的執行；二是采用靜態織入的方式，引入特定的語法創建“方面”，從而使得編譯器可以在編譯期間織入有關“方面”的代碼。然而殊途同歸，實現AOP的技術特性卻是相同的，分別為：

1、join point（連接點）：是程序執行中的一個精確執行點，例如類中的一個方法。它是一個抽象的概念，在實現AOP時，并不需要去定義一個join point。
2、point cut（切入點）：本質上是一個捕獲連接點的結構。在AOP中，可以定義一個point cut，來捕獲相關方法的調用。
3、advice（通知）：是point cut的執行代碼，是執行“方面”的具體邏輯。
4、aspect（方面）：point cut和advice結合起來就是aspect，它類似于OOP中定義的一個類，但它代表的更多是對象間橫向的關系。
5、introduce（引入）：為對象引入附加的方法或屬性，從而達到修改對象結構的目的。有的AOP工具又將其稱為mixin。

上述的技術特性組成了基本的AOP技術，大多數AOP工具均實現了這些技術。它們也可以是研究AOP技術的基本術語。

2.2.2 橫切技術

“橫切”是AOP的專有名詞。它是一種蘊含強大力量的相對簡單的設計和編程技術，尤其是用于建立松散耦合的、可擴展的企業系統時。橫切技術可以使得AOP在一個給定的編程模型中穿越既定的職責部分（比如日志記錄和性能優化）的操作。

如果不使用橫切技術，軟件開發是怎樣的情形呢？在傳統的程序中，由于橫切行為的實現是分散的，開發人員很難對這些行為進行邏輯上的實現或更改。例如，用于日志記錄的代碼和主要用于其它職責的代碼纏繞在一起。根據所解決的問題的復雜程度和作用域的不同，所引起的混亂可大可小。更改一個應用程序的日志記錄策略可能涉及數百次編輯——即使可行，這也是個令人頭疼的任務。

在AOP中，我們將這些具有公共邏輯的，與其他模塊的核心邏輯糾纏在一起的行為稱為“橫切關注點（Crosscutting Concern）”，因為它跨越了給定編程模型中的典型職責界限。

2.2.2.1 橫切關注點

一個關注點（concern）就是一個特定的目的，一塊我們感興趣的區域，一段我們需要的邏輯行為。從技術的角度來說，一個典型的軟件系統包含一些核心的關注點和系統級的關注點。舉個例子來說，一個信用卡處理系統的核心關注點是借貸/存入處理，而系統級的關注點則是日志、事務完整性、授權、安全及性能問題等，許多關注點——即橫切關注點（crosscutting concerns）——會在多個模塊中出現。如果使用現有的編程方法，橫切關注點會橫越多個模塊，結果是使系統難以設計、理解、實現和演進。AOP能夠比上述方法更好地分離系統關注點，從而提供模塊化的橫切關注點。

例如一個復雜的系統，它由許多關注點組合實現，如業務邏輯、性能，數據存儲、日志和調度信息、授權、安全、線程、錯誤檢查等，還有開發過程中的關注點，如易懂、易維護、易追查、易擴展等，圖2.1演示了由不同模塊實現的一批關注點組成一個系統。

圖2.1 把模塊作為一批關注點來實現

通過對系統需求和實現的識別，我們可以將模塊中的這些關注點分為：核心關注點和橫切關注點。對于核心關注點而言，通常來說，實現這些關注點的模塊是相互獨立的，他們分別完成了系統需要的商業邏輯，這些邏輯與具體的業務需求有關。而對于日志、安全、持久化等關注點而言，他們卻是商業邏輯模塊所共同需要的，這些邏輯分布于核心關注點的各處。在AOP中，諸如這些模塊，都稱為橫切關注點。應用AOP的橫切技術，關鍵就是要實現對關注點的識別。

如果將整個模塊比喻為一個圓柱體，那么關注點識別過程可以用三棱鏡法則來形容，穿越三棱鏡的光束（指需求），照射到圓柱體各處，獲得不同顏色的光束，最后識別出不同的關注點。如圖2.2所示：

圖2.2 關注點識別：三棱鏡法則

上圖識別出來的關注點中，Business Logic屬于核心關注點，它會調用到Security，Logging，Persistence等橫切關注點。

public class BusinessLogic
{
??? public void SomeOperation()
??? {
?????? //驗證安全性；Securtity關注點；
?????? //執行前記錄日志；Logging關注點；

?????? DoSomething();

?????? //保存邏輯運算后的數據；Persistence關注點；
?????? //執行結束記錄日志；Logging關注點；
??? }
}

AOP的目的，就是要將諸如Logging之類的橫切關注點從BusinessLogic類中分離出來。利用AOP技術，可以對相關的橫切關注點封裝，形成單獨的“aspect”。這就保證了橫切關注點的復用。由于BusinessLogic類中不再包含橫切關注點的邏輯代碼，為達到調用橫切關注點的目的，可以利用橫切技術，截取BusinessLogic類中相關方法的消息，例如SomeOperation()方法，然后將這些“aspect”織入到該方法中。例如圖2.3：

圖2.3 將橫切關注點織入到核心關注點中

通過利用AOP技術，改變了整個系統的設計方式。在分析系統需求之初，利用AOP的思想，分離出核心關注點和橫切關注點。在實現了諸如日志、事務管理、權限控制等橫切關注點的通用邏輯后，開發人員就可以專注于核心關注點，將精力投入到解決企業的商業邏輯上來。同時，這些封裝好了的橫切關注點提供的功能，可以最大限度地復用于商業邏輯的各個部分，既不需要開發人員作特殊的編碼，也不會因為修改橫切關注點的功能而影響具體的業務功能。

為了建立松散耦合的、可擴展的企業系統，AOP應用到的橫切技術，通常分為兩種類型：動態橫切和靜態橫切。

2.2.2.2 動態橫切

動態橫切是通過切入點和連接點在一個方面中創建行為的過程，連接點可以在執行時橫向地應用于現有對象。動態橫切通常用于幫助向對象層次中的各種方法添加日志記錄或身份認證。在很多應用場景中，動態橫切技術基本上代表了AOP。

動態橫切技術的核心主要包括join point（連接點），point cut（切入點），advice（通知）和aspect（方面）。在前面，我已經概要地介紹了這些術語分別代表的含義。接下來，我將以一個具體的實例來進一步闡述它們在AOP動態橫切中實現的意義。

考慮一個電子商務系統，需要對訂單進行添加、刪除等管理操作。毫無疑問，在實際的應用場景中，這些行為應與權限管理結合，只有獲得授權的用戶方能夠實施這些行為。采用傳統的設計方法，其偽代碼如下：
public class OrderManager
{
??? private ArrayList m_Orders;
??? public OrderManager()
??? {
?????? m_Orders = new ArrayList();
??? }
??? public void AddOrder(Order order)
??? {
??????? if (permissions.Verify(Permission.ADMIN))
??????? {

??????????? m_Orders.Add(order);
??????? }
??? }

??? public void RemoveOrder(Order order)
??? {
??????? if (permissions.Verify(Permission.ADMIN))
??????? {
??????????? m_Orders.Remove(order);
??????? }
??? }
}

同樣的，在該電子商務系統中，還需要對商品進行管理，它采用了同樣的授權機制：
public class ProductManager
{
??? private ArrayList m_Products;
??? public ProductManager()
??? {
??????? m_Products = new ArrayList();
??? }
??? public void AddProduct(Product product)
??? {
??????? if (permissions.Verify(Permission.ADMIN))
??????? {
???????????? m_Products.Add(product);
??????? }
??? }
??? public void RemoveProduct(Product product)
??? {
??????? if (permissions.Verify(Permission.ADMIN))
??????? {
???????????? m_Products.Remove(product);
??????? }
??? }
}

如此以來，在整個電子商務系統中，核心業務包括訂單管理和商品管理，它們都需要相同的權限管理，如圖2.4所示：

圖2.4 電子商務系統的權限驗證實現

毫無疑問，利用AOP技術，我們可以分離出系統的核心關注點和橫切關注點，從橫向的角度，截取業務管理行為的內部消息，以達到織入權限管理邏輯的目的。當執行AddOrder()等方法時，系統將驗證用戶的權限，調用橫切關注點邏輯，因此該方法即為AOP的join point。對于電子商務系統而言，每個需要權限驗證的方法都是一個單獨的join point。由于權限驗證將在每個方法執行前執行，所以對于這一系列join point，只需要定義一個point cut。當系統執行到join point處時，將根據定義去查找對應的point cut，然后執行這個橫切關注點需要實現的邏輯，即advice。而point cut和advice，就組合成了一個權限管理aspect。

圖2.5 AOP動態橫切的技術實現

由于aspect是一個封裝的對象，我們可以定義這樣一個aspect：
private static aspect AuthorizationAspect{……}

然后在這個aspect中定義point cut，在point cut中，定義了需要截取上下文消息的方法，例如：
private pointcut authorizationExecution():
execution(public void OrderManager.AddOrder(Order)) ||
execution(public void OrderManager.DeleteOrder(Order)) ||
execution(public void ProductManager.AddProduct(Product)) ||
execution(public void ProductManager.DeleteProduct(Product));

由于權限驗證是在訂單管理方法執行之前完成，因此在before advice中，定義權限檢查：
before(): authorizationExecution()
{
??? if !(permissions.Verify(Permission.ADMIN))
??? {
??????? throw new UnauthorizedException();
??? }
}

通過定義了這樣一個完整的aspect，當系統調用OrderManager或ProductManager的相關方法時，就觸發了point cut，然后調用相應的advice邏輯。如此以來，OrderManager和ProductManager模塊就與權限管理模塊完全解除了依賴關系，同時也消除了傳統設計中不可避免的權限判斷的重復代碼。這對于建立一個松散耦合、可擴展的系統軟件是非常有利的。

2.2.2.3 靜態橫切

靜態橫切和動態橫切的區別在于它不修改一個給定對象的執行行為。相反，它允許通過引入附加的方法字段和屬性來修改對象的結構。此外，靜態橫切可以把擴展和實現附加到對象的基本結構中。在AOP實現中，通常將靜態橫切稱為introduce或者mixin。

靜態橫切在AOP技術中，受到的關注相對較少。事實上，這一技術蘊含的潛力是巨大的。使用靜態橫切，架構師和設計者能用一種真正面向對象的方法有效地建立復雜系統的模型。靜態橫切允許您不用創建很深的層次結構，以一種本質上更優雅、更逼真于現實結構的方式，插入跨越整個系統的公共行為。尤其是當開發應用系統時，如果需要在不修改原有代碼的前提下，引入第三方產品和API庫，則靜態橫切技術將發揮巨大的作用。

舉例來說，當前已經實現了一個郵件收發系統，其中類Mail完成了收發郵件的功能。但在產品交付后，發現該系統存在缺陷，在收發郵件時，未曾實現郵件地址的驗證功能。現在，第三方產品已經提供了驗證功能的接口IValidatable：
public interface IValidatable
{
??? bool ValidateAddress();
}

我們可以利用設計模式中的Adapter模式，來完成對第三方產品API的調用。我們可以定義一個新的類MailAdapter，該類實現了IValidatable接口，同時繼承了Mail類：
public class MailAdapter:Mail,IValidatable
{
???? public bool ValidateAddress()
???? {
???????? if(this.getToAddress() != null)
???????? {
???????????? return true;
???????? }
???????? else
???????? {
???????????? return false;
???????? }
???? }
}

通過引入MailAdapter類，原來Mail對象完成的操作，將全部被MailAdapter對象取代。然而，此種實現方式雖然能解決引入新接口的問題，但類似下面的代碼，卻是無法編譯通過的：
Mail mail = new Mail();
IValidatable validate = ((IValidatable)mail).ValidateAddress();

必須將第一行代碼作如下修改：
Mail mail = new MailAdapter();

利用AOP的靜態橫切技術，可以將IValidatable接口織入到原有的Mail類中，這是一種非常形象的introduce功能，其實現仍然是在aspect中完成：
import com.acme.validate.Validatable;

public aspect MailValidateAspect
{
??? declare parents: Mail implements IValidatable;

??? public boolean Mail.validateAddress()
??? {
???????? if(this.getToAddress() != null)
???????? {
????????????? return true;
???????? }
???????? else
???????? {
????????????? return false;
???????? }
??? }
}

靜態橫切的方法，并沒有引入類似MailAdapter的新類，而是通過定義的MailValidateAspect方面，利用橫切技術為Mail類introduce了新的方法ValidateAddress()，從而實現了Mail的擴展。因此如下的代碼完全可行。
Mail mail = new Mail();
IValidatable validate = ((IValidatable)mail).ValidateAddress();

2.3 AOP技術的優勢

AOP技術的優勢是顯而易見的。在面向對象的世界里，人們提出了各種方法和設計原則來保障系統的可復用性與可擴展性，以期建立一個松散耦合、便于擴展的軟件系統。例如GOF提出的“設計模式”，為我們提供了設計的典范與準則。設計模式通過最大程度的利用面向對象的特性，諸如利用繼承、多態，對責任進行分離、對依賴進行倒置，面向抽象，面向接口，最終設計出靈活、可擴展、可重用的類庫、組件，乃至于整個系統的架構。在設計的過程中，通過各種模式體現對象的行為、暴露的接口、對象間關系、以及對象分別在不同層次中表現出來的形態。然而鑒于對象封裝的特殊性，“設計模式”的觸角始終在接口與抽象中大做文章，而對于對象內部則無能為力。

通過“橫切”技術，AOP技術就能深入到對象內部翻云覆雨，截取方法之間傳遞的消息為我所用。由于將核心關注點與橫切關注點完全隔離，使得我們能夠獨立的對“方面”編程。它允許開發者動態地修改靜態的OO模型，構造出一個能夠不斷增長以滿足新增需求的系統，就象現實世界中的對象會在其生命周期中不斷改變自身，應用程序也可以在發展中擁有新的功能。

設計軟件系統時應用AOP技術，其優勢在于：

（一）在定義應用程序對某種服務（例如日志）的所有需求的時候。通過識別關注點，使得該服務能夠被更好的定義，更好的被編寫代碼，并獲得更多的功能。這種方式還能夠處理在代碼涉及到多個功能的時候所出現的問題，例如改變某一個功能可能會影響到其它的功能，在AOP中把這樣的麻煩稱之為“糾結（tangling）”。

（二）利用AOP技術對離散的方面進行的分析將有助于為開發團隊指定一位精于該項工作的專家。負責這項工作的最佳人選將可以有效利用自己的相關技能和經驗。

（三）持久性。標準的面向對象的項目開發中，不同的開發人員通常會為某項服務編寫相同的代碼，例如日志記錄。隨后他們會在自己的實施中分別對日志進行處理以滿足不同單個對象的需求。而通過創建一段單獨的代碼片段，AOP提供了解決這一問題的持久簡單的方案，這一方案強調了未來功能的重用性和易維護性：不需要在整個應用程序中一遍遍重新編寫日志代碼，AOP使得僅僅編寫日志方面（logging aspect）成為可能，并且可以在這之上為整個應用程序提供新的功能。

總而言之，AOP技術的優勢使得需要編寫的代碼量大大縮減，節省了時間，控制了開發成本。同時也使得開發人員可以集中關注于系統的核心商業邏輯。此外，它更利于創建松散耦合、可復用與可擴展的大型軟件系統。

轉載于:https://www.cnblogs.com/abc8023/p/3620493.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的面向侧面的程序设计AOP-------《二》本质的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。