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AOP和AspectJ-扫盲(转)

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原贴:http://www.jdon.com/AOPdesign/aspectJ.htm

需求和问题

  以上篇《AOP是什么》中并发访问应用为例子:

  多个访问类同时访问一个共享数据对象时,每个访问类在访问这个数据对象时,需要将数据对象上锁,访问完成后,再实行解锁,供其它并发线程访问,这是我们处理并发访问资源的方式。

  为了实现这个需求,先实现传统的编程,这里我们假定有一个写锁,对数据对象实行写之前,首先对这个对象进行上写锁,写操作完毕后,必须释放写锁。

  首先,我们需要一个锁,这个锁可以是数据对象中一个字段或其它,这里使用Doug Lea的ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock作为我们的锁资源。

import EDU.oswego.cs.dl.util.concurrent.*;

public class Worker extends Thread {

  Data data;

  ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock rwl = 
    new ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock();

  public boolean createData() {
   try {
    rwl.writeLock().acquire(); //上锁

    //对data实行写逻辑操作 
       
   }catch() {
     return false;
   }finally{
     rwl.writeLock().release();  //解锁
   }
   return true;
  }

  public boolean updateData() {
   try {
    rwl.writeLock().acquire();//上锁

    //对data实行写逻辑操作 
       
   }catch() {
     return false;
   }finally{
     rwl.writeLock().release(); //解锁
   }
   return true;
  }

  public void run() {
    //执行createData()或updateData()
  }
}

假设可能存在另外一个访问类,也将对数据对象实现写操作,代码如下:

import EDU.oswego.cs.dl.util.concurrent.*;

public class AnotherWorker extends Thread {

  Data data;

  ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock rwl = 
    new ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock();
  
  public boolean updateData() {
   try {
    rwl.writeLock().acquire();//上锁

    //对data实行写逻辑操作 
       
   }catch() {
     return false;
   }finally{
     rwl.writeLock().release(); //解锁
   }
   return true;
  }

  public void run() {
    //执行updateData()
  }
}

  以上是Java传统编程的实现,这种锁的实现方式是在每个具体类中实现,如下图:

这种实现方式的缺点很多:

  • 冗余:有很多重复的编码,如rwl.writeLock().acquire()等;
  • 减少重用:worker的updateData()方法重用性几乎为零。
  • "数据对象写操作必须使用锁控制这个设计目的"不容易显现,如果更换了一个新的程序员,他可能编写一段不使用锁机制就对这个数据对象写操作的代码。
  • 如果上述代码有读功能,那么我们需要在代码中实现先上读锁,当需要写时,解读锁,再上写锁等等,如果稍微不小心,上锁解锁次序搞错,系统就隐含大的BUG,这种可能性会随着这个数据对象永远存在下去,系统设计大大的隐患啊!

  那么我们使用AOP概念来重新实现上述需求,AOP并没有什么新花招,只是提供了观察问题的一个新视角度。

  这里我们可以抛开新技术迷人雾障,真正核心还是新思维、新视点,人类很多问题如果换一个脑筋看待理解,也许结果真的是翻天覆地不一样啊,所以,作为人自身,首先要重视和你世界观和思维方式不一样的人进行交流和沟通。

  现实生活中有很多"不公平",例如某个小学毕业生成了千万富翁,你就怀疑知识无用,也许你认为他的机会好,其实你可能不知道,他的观察问题的视角比你独特,或者他可能会经常换不同的角度来看待问题和解决问题,而你由于过分陷入一个视角的具体实现细节中,迷失了真正的方向,要不说是读书人脑子僵化呢?

  言归正传,我们看看AOP是如何从一个新的视角解决上述问题的。

  如果说上面代码在每个类中实现上锁或解锁,类似横向解决方式,那么AOP是从纵向方面来解决上述问题,纵向解决之道示意图如下:

  AOP把这个纵向切面cross-cuts称为Aspect(方面),其实我认为AOP翻译成面向切面编程比较好,不知哪个糊涂者因为先行一步,翻译成“面向方面编程”如此抽象,故弄玄虚。

AspectJ实现

  下面我们使用AOP的实现之一AspectJ来对上述需求改写。AspectJ是AOP最早成熟的Java实现,它稍微扩展了一下Java语言,增加了一些Keyword等,pointcut的语法如下:

public pointcut 方法名:call(XXXX)

  AspectJ增加了pointcut, call是pointcut类型,有关AspectJ更多基本语法见这里。因为AspectJ使用了一些特别语法,所以Java编译器就不能用SUN公司提供javac了,必须使用其专门的编译器,也许SUN在以后JDK版本中会引入AOP。

  使用AspectJ如何实现上图所谓切面式的编程呢?首先,我们将上图纵向切面称为Aspect,那么我们建立一个类似Class的Aspect,Java中建立一个Class代码如下:

public class MyClass{
  //属性和方法 ...
}

  同样,建立一个Aspect的代码如下:

public aspect MyAspect{
  //属性和方法 ...
}

建立一个Aspect名为Lock,代码如下:

import EDU.oswego.cs.dl.util.concurrent.*;

public aspect Lock {

  ......
  ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock rwl = 
    new ReentrantWriterPreferenceReadWriteLock();

  public pointcut writeOperations():
    execution(public boolean Worker.createData()) ||
    execution(public boolean Worker.updateData()) ||
    execution(public boolean AnotherWorker.updateData()) ;


  before() : writeOperations() {
    rwl.writeLock().acquire();//上锁 advice body
  }

  after() : writeOperations() {
     rwl.writeLock().release(); //解锁 advice body
  }

  ......
}

  上述代码关键点是pointcut,意味切入点或触发点,那么在那些条件下该点会触发呢?是后面红字标识的一些情况,在执行Worker的createData()方法,Worker的update方法等时触发。

  before代表触发之前做什么事情?
  答案是上锁。

  after代表触发之后做什么事情?
  答案是上锁。

  通过引入上述aspect,那么Worker代码可以清洁如下:

public class Worker extends Thread {

  Data data;

  public boolean createData() {
   try {
    //对data实行写逻辑操作        
   }catch() {
     return false;
   }
   return true;
  }

  public boolean updateData() {
   try {
    //对data实行写逻辑操作        
   }catch() {
     return false;
   }finally{
   }
   return true;
  }

  public void run() {
    //执行createData()或updateData()
  }
}

  Worker中关于“锁”的代码都不见了,纯粹变成了数据操作的主要方法。

AOP术语

  通过上例已经知道AspectJ如何从切面crosscutting来解决并发访问应用需求的,其中最重要的是引入了一套类似事件触发机制。

  Pointcut类似触发器,是事件Event发生源,一旦pointcut被触发,将会产生相应的动作Action,这部分Action称为Advice。

  Advice在AspectJ有三种:before、 after、Around之分,上述aspect Lock代码中使用了Advice的两种before和after。

  所以AOP有两个基本的术语:Pointcut和Advice。你可以用事件机制的Event和Action来类比理解它们。上述并发访问应用中pointcut和advice如下图所示:

小结如下:
advice - 真正的执行代码,或者说关注的实现。 类似Action。
join point - 代码中激活advice被执行的触发点。
pointcut - 一系列的join point称为pointcut,pointcut有时代指join point

其中advice部分又有:
Interceptor - 解释器并没有在AspectJ出现,在使用JDK动态代理API实现的AOP框架中使用,解释有方法调用或对象构造或者字段访问等事件,是调用者和被调用者之间的纽带,综合了Decorator/代理模式甚至职责链等模式。

Introduction - 修改一个类,以增加字段、方法或构造或者执行新的接口,包括Mixin实现。

例如上述并发访问应用中,如果想为每个Data对象生成相应的aspect Lock,那么可以在aspect Lock中人为数据对象增加一个字段lock,如下:

aspect Lock {

  Data sharedDataInstance;
  Lock( Data d ) {
     sharedDataInstance = d;
  }

  introduce Lock Data.lock; //修改Data类,增加一字段lock

  advise Data() { //Data构造时触发
     static after {
       //当Data对象生成时,将Data中lock字段赋值为aspect Lock
       //为每个Data对象生成相应的aspect Lock
       thisObject.lock = new Lock( thisObject );
     }
   }
  ....

}

上述代码等于在Data类中加入一行:

public class Data{
  ......
  Lock lock = new Lock();
  ......
}

 

 

还有其它两个涉及AOP代码运行方式:

weaving - 将aspect代码插入到相应代码中的过程,一般是编译完成或在运行时动态完成。取决于具体AOP产品,例如AspectJ是使用特殊编译器在编译完成weaving,而nanning、JBoss AOP是使用动态代理API,因此在运行时动态完成weaving的。
instrumentor - 用来实现weaving功能的工具。

参考资料:

GOF23种模式在传统Java和AspectJ中的不同实现

http://today.java.net/pub/a/today/2003/12/26/ch3AspectJSyntaxBasics.html

http://www.theserverside.com/resources/article.jsp?l=AspectOrientedRefactoringPart1

http://www.voelter.de/data/articles/aop/aop.html

http://nanning.snipsnap.org/space/Interceptor

Jdon道友实际中碰到的一个只有AOP可优雅解决的问题

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