面向切面编程

面向切面编程 Aspect Oriented Programming 

本译文同步发表在译言“软件设计与开发”小组（http://www.yeeyan.com/groups/show/3056）。“软件设计与开发”小组关注软件设计思想，软件开发模式等最新前沿文章的翻译，有兴趣的请加入。

原文出处：http://www.developer.com/design/article.php/3308941
作者：Yasser EL-Manzalawy

 

面向切面编程（AOP）被认为是一项有前途的新技术，它通过对交叉业务的分隔来实现，而这在面向对象编程里很难做到。本文通过一个新的范例介绍AOP的基本概念。

 

面向对象编程 Object Oriented Programming

 

今天，面向对象编程已经成为主流的编程模式，在这里，现实问题被分解为一个个的包含数据和行为的对象。

OOP通过设计和语言本身提供的模块化、封装、继承、多态来实现软件复用。尽管OOP在建模以及实现复杂软件方面非常成功，它仍然有一些问题。在大型工程实践中，程序员发现在模块中越来越难以分离交叉业务，他们的代码也变得更加难维护。对程序设计的一丝改动都会引发大量不相关模块的改动。

交叉业务 Crosscutting Concerns

一个交叉业务的例子是“日志”，日志在分布式系统中经常被用来记录方法调用，以辅助调试。假设我们在每个函数开始前和结束后都写日志，这会使我们对所有包含方法的类做“横切”(crosscutting)。其他典型的交叉业务包括：上下文敏感的错误处理，性能优化，以及设计模式。

交叉业务可能出现在某些程序中，尤其是那些大型程序中。然而另一方面，对系统的重新设计可以将交叉业务转换成对象。AOP假定交叉业务会出现在程序中，并无法从重构中被剔除出去。

面向切面编程 Aspect Oriented Programming

AOP是一项新的技术，它将交叉业务分离出来，作为独立单元——切面——处理。切面即是交叉业务的模块化实现，它封装了对各个类都有影响的行为，作为新的可重用的模块。利用AOP，我们可以用OO编程语言（如Java）开始项目，然后我们单独使用切面处理交叉业务。最后，代码和切面一起通过编织器(aspect weaver)组织成最终可执行文件。图1说明了"编织器"工作过程。注意，原始的代码不需要知道切面的任何功能；只要除去切面代码并重新编译，就能得到初始代码的功能。

 

Figure 1: Aspect Weaver

AOP以这种方式加强了OO编程，而并非取代它。它将广泛被关注的交叉业务以模块方式组织为另外单元，这些单元被称为切面，因此叫它面向切面编程。

面向切面编程和Java

AOP是一种编程概念，因此它并未绑定到任何特定的语言。事实上，它对所有单独的、垂直分解式（译注：AOP通常被认为是横向分解）的语言（不仅是OO语言）都有帮助。AOP在不同语言都有实现（如 C++, Smalltalk, C#, C, Java).

当然，受益最大的还是Java语言。下面是一些支持Java AOP的工具：

• AspectJ
• AspectWerkz
• Hyper/J
• JAC
• JMangler
• MixJuice
• PROSE
• ArchJava

由Xerox PARC所创建的AspectJ被认为是Java语言在AOP方面的一个扩展。本文下面部分主要涉及AspectJ.

 

连接点，切入点，通知和引入 Join points, Pointcut, Advice, and Introduction

就如OOP的概念包含继承、封装、多态一样，组成AOP的概念是连接点，切入点，通知和引入（Join points, Pointcut, Advice, and Introduction）。为更好的理解这些术语，我们看一下下面的例子。

public class TestClass {
  public void sayHello () {
    System.out.println ("Hello, AOP");
  }

  public void sayAnyThing (String s) {
    System.out.println (s);
  }

  public static void main (String[] args) {

    sayHello ();
    sayAnyThing ("ok");
  }
}

Listing 1: TestClass.java

我们的Java代码保存在TestClass.java，假设我们想用切面做如下修改：

1. 在对TestClass.sayHello()方法调用之前和之后，都打印一行信息
2. 检查TestClass.sayAnyThing() 方法的参数，至少3个字符才能执行

下面就是AspectJ 的实现。

 

1: public aspect MyAspect {
2:   public pointcut sayMethodCall (): call (public void
                                             TestClass.say*() );
3:   public pointcut sayMethodCallArg (String str): call
                     (public void TestClass.sayAnyThing (String))
                     && args(str);

4:   before(): sayMethodCall() {
5:   System.out.println("\n TestClass." +
       thisJoinPointStaticPart.getSignature().getName() +
       "start..." );
6:   }

7:   after(): sayMethodCall() {
8:   System.out.println("\n TestClass." +
       thisJoinPointStaticPart.getSignature().getName() +
       " end...");
9:   }

10:   before(String str): sayMethodCallArg(str) {
11:     if (str .length() < 3) {
12:     System.out.println ("Error: I can't say words less than 3
                             characters");
13:     return;
14:     }
15:   }
16: }

Listing 2: MyAspect.aj

 

Line 1 定义了一个aspect，就像我们定义Java 类。跟任何Java类一样，aspect也可以拥有成员变量和方法，另外它还可以包含切入点(pointcuts)，通知(advices)和引入(introductions).

Lines 2和Line 3指定我们的修改在TestClass什么地方起作用。按AspectJ术语，我们定义了2个切入点（pointcuts）。为了弄清楚切入点（pointcut）是什么意思，我们需要先定义连接点（join points）.

连接点（join points）表示在程序执行过程中预先定义的“点”，AspectJ 中典型的连接点包括：方法或构造器的调用，方法或构造器的执行，字段的读取，异常处理，以及静态或动态的初始化。本文例子中，我们定义了2处连接点：对TestClass.sayHello方法的调用及对TestClass.sayAnyThing方法的调用。

切入点（Pointcut）是符合预定义规范的连接点（a set of join points）的集合，这是一个语言上的构造概念。 规范可以是明确的的函数名，也可以是包含通配符的函数名。

public pointcut sayMethodCall (): call (public void
                                        TestClass.say*() );

上面一行，我们定义了一个切入点（pointcut），叫做 sayMethodCall，它会检查所有对TestClass.sayHello方法的调用。另外，它同样会检查TestClass 类里所有以"say"开头，参数为空的公共方法(举个例子：TestClass.sayBye).

切入点（Pointcuts）用来定义“通知” (advice). AspectJ 的advice用来定义在连接点执行之前、之中、之后的额外代码。在我们的例子中，line 4-6 和line7-9 分别定义了对第一个切入点执行之前和之后的通知。Lines10-15定义了对第二个切入点的通知，即设置TestClass.sayAnyThing 方法执行的一个前置条件。

切入点pointcuts和通知advice能让你影响程序的动态执行部分，与此不同，引入（introduction）允许切面修改程序中静态的部分。通过引入(introduction)， 切面可以为类添加新的方法及变量，声明类实现的接口，或将捕获的异常转为未捕获的异常。 Introduction和一个更为实用的AOP的例子是我未来一篇文章的主题。

 

AspectJ 编译器

回到开头，你需要从AspectJ 的官方网站上下载它的最新版本并安装它(免费的)，编译和运行我们的例子非常简单：

ajc MyAspect.aj TestClass.java
java TestClass

值得注意的是，Java源代码TestClass.java 没有任何改动。你只要使用Java编译器重新编译它就能得到最初的原始程序功能。