AOP 技術基礎__AOP

1. AOP技術起源

AOP技術的誕生並不算晚，早在1990年開始，來自Xerox Palo Alto Research Lab（即PARC）的研究人員就對物件導向思想的局限性進行了分析。他們研究出了一種新的編程思想，藉助這一思想或許可以通過減少代碼重複模組從而協助開發人員提高工作效率。隨著研究的逐漸深入，AOP也逐漸發展成一套完整的程式設計思想，各種應用AOP的技術也應運而生。

AOP技術在Java平台下是最先得到應用的。就在PARC對於面向方面編程進行研究的同時，美國Northeastern University的博士生Cristina Lopes和其同事也開始了類似的思考。最終，美國國防先進技術研究計劃署（Defense Advanced Research Projects Agency即DARPA）注意到了這項工作，並提供了科研經費，鼓勵將二者的工作成果結合起來。他們通過定義一套Java語言的擴充系統，使開發人員可以方便的進行面向方面的開發，這套擴充系統被稱為AspectJ。之後，AspectJ在2002年被轉讓給Eclipse Foundation，從而成為在開源社區中AOP技術的先鋒，也是目前最為流行的AOP工具。

AspectWerkz則是基於Java的動態、輕量級AOP架構。AspectWerkz仍然是開源社區中的產品，由BEA System提供贊助，開發人員則是BEA的兩名員工Jonas Bonér和Alexandre Vasseur。最近版本是AspectWerkz 2.0。2005年1月，AspectJ和AspectWerkz達成協議，同意將二者的成果綜合到一起，取其精華建立一個單一的工具。他們合作的第一個發布版本為AspectJ 5，它擴充了AspectJ語言，以支援基於Annotation開發風格而又支援類似AspectJ代碼風格。AspectJ 5也為Java 5的語言特性提供完全的AOP支援。

在Java陣營中，商用軟體製造商JBoss在其2004年推出的JBoss 4.0中，引入了AOP架構和組件。在JBoss 4.0中，使用者可以在JBoss應用伺服器外部單獨使用JBoss AOP，該版本為JBoss AOP 1.0，是在2004年10月發布的。在2005年，JBoss AOP架構又發布了1.3.0版本，新版本對載入期織入（Weev）和切點（point cut）匹配的效能做了很大的最佳化，使應用程式的啟動時間大大縮短。

作為輕型的Framework，Spring在開發輕量級的J2EE時，應用是非常廣泛的。它通過IoC模式（Inversion of Control，控制反轉模式）來實現AOP，通常被稱為Spring AOP。在2004年，被作為Spring架構的擴充而發布，目前版本已更新到1.1.3。Spring AOP作為一種非侵略性的，輕型的AOP架構，開發人員無需使用先行編譯器或其他的元標籤，在Java程式中應用AOP。目前，AOP的功能完全整合到了Spring交易管理、日誌和其他各種特性的上下文中。

在.Net的陣營中，AOP技術的應用遠不如Java陣營對AOP的關注。2005年1月，微軟發布的Enterprise Library提供了7種不同的“應用程式塊（application blocks）”。有個別專家認為，這些組件可以被認為是方面。但該觀點並未得到一致的認同。事實上，在.Net平台下，推動AOP技術發展的原動力並非微軟，而是開源社區。雖然，微軟的技術專家們亦然聽到了在.Net Framework中增加AOP技術的群眾呼聲，但作為如此巨大的軟體公司，要讓它靈活地轉變戰略方向，顯然是不太現實的。正因為此，才賜予了開源社區在AOP技術的研究與探索上一個巨大的發展空間。

與Java陣營中的AOP技術不同，目前在.Net平台下的各種AOP工具，基本上還停留在實驗室階段。但一些在技術上領先且逐漸成熟的AOP產品，也在開源社區中漸露崢嶸。這其中主要包括Aspect#，AspectDNG，Eos AOP等。

Aspect#是基於Castle動態代理技術來實現的。Castle源於Apache Avalon項目，其目的在於實現一個輕量級的IoC容器。Aspect#於2005年6月被收錄為Castle的其中一個子項目。它是針對CLI（.Net和Mono）實現的AOP架構，利用了反射、代理等機制。目前的Aspect#版本為2.1.1。

AspectDNG目前的版本為0.7，仍然處於beta版的階段。它的實現技術是基於rail的靜態織入。Rail屬於IL層級下的代碼織入，它自訂的一套xml格式的ILML語言，能夠將原有的程式集拆散成ILML格式，以便於對靜態程式集進行修改和擴充，從而達到靜態織入的目的。因為AspectDNG是屬於IL層級下的代碼織入，因此在.Net平台下，並不受具體的程式設計語言限制。

Eos AOP與AspectDNG一樣，仍然採用靜態織入的方式，但從文法定義上，它更近似於AspectJ關於AOP的實現。它擴充了C#文法，引入了aspect、introduce、before、after等關鍵字，並且提供了專用的Eos編譯器。Eos項目是於2004年9月開始啟動，2005年6月推出的0.3.3版本為最新版本，主要的開發人員為Hridesh Rajan和Kevin Sullivan。前者為Virginia大學電腦系的研究生，Eos項目最初是由Hridesh Rajan提出的；而後者則為該電腦系的副教授（Associate Professor）。所以自Eos誕生之初，就帶有濃厚的學院派特色。

從AOP技術的整體發展來看，高效能、穩定、可擴充、易用的AOP架構是其趨勢與目標。從上述對各種AOP技術的分析來看，AOP技術無疑是具有共同特點的，而各種實現技術就是圍繞著這些共性深入與延伸。接下來，我將概要地介紹AOP的本質，以及它的技術要素。 2.  AOP技術本質 2.1 技術概覽

AOP（Aspect-Oriented Programming，面向方面編程），可以說是OOP（Object-Oriented Programing，物件導向編程）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階層，用以類比公用行為的一個集合。當我們需要為分散的對象引入公用行為的時候，OOP則顯得無能為力。也就是說，OOP允許你定義從上到下的關係，但並不適合定義從左至右的關係。例如日誌功能。日誌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係。對於其他類型的代碼，如安全性、異常處理和透明的持久性也是如此。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複，而不利於各個模組的重用。

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，並將那些影響了多個類的公用行為封裝到一個可重用模組，並將其名為“Aspect”，即方面。所謂“方面”，簡單地說，就是將那些與業務無關，卻為業務模組所共同調用的邏輯或責任封裝起來，便於減少系統的重複代碼，降低模組間的耦合度，並有利於未來的可操作性和可維護性。AOP代表的是一個橫向的關係，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；那麼面向方面編程的方法，就彷彿一把利刃，將這些空心圓柱體剖開，以獲得其內部的訊息。而剖開的切面，也就是所謂的“方面”了。然後它又以巧奪天功的妙手將這些剖開的切面複原，不留痕迹。

使用“橫切”技術，AOP把軟體系統分為兩個部分：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，與之關係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。比如許可權認證、日誌、交易處理。Aop 的作用在於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公司的進階方案構架師Adam Magee所說，AOP的核心思想就是“將應用程式中的商業邏輯同對其提供支援的泛型服務進行分離。”

實現AOP的技術，主要分為兩大類：一是採用動態代理技術，利用截取訊息的方式，對該訊息進行裝飾，以取代原有對象行為的執行；二是採用靜態織入的方式，引入特定的文法建立“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）：是程式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，並不需要去定義一個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，它類似於OOP中定義的一個類，但它代表的更多是對象間橫向的關係。
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 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，尤其是用於建立鬆散耦合的、可擴充的企業系統時。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（比如日誌記錄和效能最佳化）的操作。

如果不使用橫切技術，軟體開發是怎樣的情形呢。在傳統的程式中，由於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，用於日誌記錄的代碼和主要用於其它職責的代碼纏繞在一起。根據所解決的問題的複雜程度和範圍的不同，所引起的混亂可大可小。更改一個應用程式的日誌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，我們將這些具有公用邏輯的，與其他模組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。 2.2.1 橫切關注點

一個關注點（concern）就是一個特定的目的，一塊我們感興趣的地區，一段我們需要的邏輯行為。從技術的角度來說，一個典型的軟體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誌、事務完整性、授權、安全及效能問題等，許多關注點——即橫切關注點（crosscutting concerns）——會在多個模組中出現。如果使用現有的編程方法，橫切關注點會橫越多個模組，結果是使系統難以設計、理解、實現和演化。AOP能夠比上述方法更好地分離系統關注點，從而提供模組化的橫切關注點。

例如一個複雜的系統，它由許多關注點組合實現，如商務邏輯、效能，資料存放區、日誌和調度資訊、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、易擴充等，圖2.1示範了由不同模組實現的一批關注點組成一個系統。

通過對系統需求和實現的識別，我們可以將模組中的這些關注點分為：核心關注點和橫切關注點。對於核心關注點而言，通常來說，實現這些關注點的模組是相互獨立的，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。而對於日誌、安全、持久化等關注點而言，他們卻是商業邏輯模組所共同需要的，這些邏輯分佈於核心關注點的各處。在AOP中，諸如這些模組，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。

如果將整個模組比喻為一個圓柱體，那麼關注點識別過程可以用三稜鏡法則來形容，穿越三稜鏡的光束（指需求），照射到圓柱體各處，獲得不同顏色的光束，最後識別出不同的關注點。如圖2.2所示：

上圖識別出來的關注點中，Business Logic屬於核心關注點，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；       //執行前記錄日誌；Logging關注點；       DoSomething();       //儲存邏輯運算後的資料；Persistence關注點；       //執行結束記錄日誌；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複用。由於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類中相關方法的訊息，例如SomeOperation()方法，然後將這些“aspect”織入到該方法中。例如圖2.3：

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。在實現了諸如日誌、交易管理、許可權控制等橫切關注點的通用邏輯後，開發人員就可以專註於核心關注點，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，可以最大限度地複用於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。

為了建立鬆散耦合的、可擴充的企業系統，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 動態橫切

動態橫切是通過切入點和連接點在一個方面中建立行為的過程，連接點可以在執行時橫向地應用於現有對象。動態橫切通常用於協助向對象層次中的各種方法添加日誌記錄或身份認證。在很多應用情境中，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，我將以一個具體的執行個體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，在實際的應用情境中，這些行為應與許可權管理結合，只有獲得授權的使用者方能夠實施這些行為。採用傳統的設計方法，其虛擬碼如下：

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，它採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，它們都需要相同的許可權管理，如圖2.4所示：

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訊息，以達到織入許可權管理邏輯的目的。當執行AddOrder()等方法時，系統將驗證使用者的許可權，調用橫切關注點邏輯，因此該方法即為AOP的join point。對於電子商務系統而言，每個需要許可權驗證的方法都是一個單獨的join point。由於許可權驗證將在每個方法執行前執行，所以對於這一系列join point，只需要定義一個point cut。當系統執行到join point處時，將根據定義去尋找對應的point cut，然後執行這個橫切關注點需要實現的邏輯，即advice。而point cut和advice，就組合成了一個許可權管理aspect。

由於aspect是一個封裝的對象，我們可以定義這樣一個aspect：

private static aspect AuthorizationAspect{……}

然後在這個aspect中定義point cut，在point cut中，定義了需要截取上下文訊息的方法，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));

由於許可權驗證是在訂單管理方法執行之前完成，因此在before advice中，定義許可權檢查：

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，然後調用相應的advice邏輯。如此以來，OrderManager和ProductManager模組就與許可權管理模組完全解除了依賴關係，同時也消除了傳統設計中不可避免的許可權判斷的重複代碼。這對於建立一個鬆散耦合、可擴充的系統軟體是非常有利的。 2.2.3 靜態橫切

靜態橫切和動態橫切的區別在於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欄位和屬性來修改對象的結構。此外，靜態橫切可以把擴充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物件導向的方法有效地建立複雜系統的模型。靜態橫切允許您不用建立很深的階層，以一種本質上更優雅、更逼真於現實結構的方式，插入跨越整個系統的公用行為。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。但在產品交付後，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介面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介面，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介面的問題，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介面織入到原有的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，並沒有引入類似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的擴充。因此如下的代碼完全可行。

Mail mail = new Mail();IValidatable validate = ((IValidatable)mail).ValidateAddress();

3 AOP技術的優勢

AOP技術的優勢是顯而易見的。在物件導向的世界裡，人們提出了各種方法和設計原則來保障系統的可複用性與可擴充性，以期建立一個鬆散耦合、便於擴充的軟體系統。例如GOF提出的“設計模式”，為我們提供了設計的典範與準則。設計模式通過最大程度的利用物件導向的特性，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，面向介面，最終設計出靈活、可擴充、可重用的類庫、組件，乃至於整個系統的架構。在設計的過程中，通過各種模式體現對象的行為、暴露的介面、對象間關係、以及對象分別在不同層次中表現出來的形態。然而鑒於對象封裝的特殊性，“設計模式”的觸角始終在介面與抽象中大做文章，而對於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雲覆雨，截取方法之間傳遞的訊息為我所用。由於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。它允許開發人員動態地修改靜態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週期中不斷改變自身，應用程式也可以在發展中擁有新的功能。

設計軟體系統時應用AOP技術，其優勢在於：

（一）在定義應用程式對某種服務（例如日誌）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，並獲得更多的功能。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於為Team Dev指定一位精於該項工作的專家。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。標準的物件導向的項目開發中，不同的開發人員通常會為某項服務編寫相同的代碼，例如日誌記錄。隨後他們會在自己的實施中分別對日誌進行處理以滿足不同單個對象的需求。而通過建立一段單獨的程式碼片段，AOP提供瞭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式中一遍遍重新編寫日誌代碼，AOP使得僅僅編寫日誌方面（logging aspect）成為可能，並且可以在這之上為整個應用程式提供新的功能。

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於系統的核心商業邏輯。此外，它更利於建立鬆散耦合、可複用與可擴充的大型軟體系統。

轉自： http://wayfarer.cnblogs.com/articles/241024.html