java:AOP面向切面编程

一、AOP 是什么？

AOP（Aspect-Oriented Programming），即面向切面编程。它是一种编程范式，与我们所熟悉的OOP（面向对象编程）是互补的关系，而不是替代。

• OOP 的局限：OOP的核心是对象和类，它擅长将功能进行纵向的模块化划分（例如，UserService类负责用户相关所有逻辑）。但对于一些需要横向地散布 across 多个模块的功能，OOP就显得力不从心。

  • 例如：日志记录、性能监控、事务管理、安全校验。这些逻辑几乎需要出现在每一个业务方法中，但它们本质上又不属于核心业务逻辑。

• AOP 的解决方案：AOP将这些散布在各处的横切关注点（Cross-Cutting Concerns）从核心业务逻辑中分离出来，封装成一个独立的可重用的模块，称为切面（Aspect）。然后，在程序运行的合适时机，AOP会自动地将这些切面代码“织入”到需要它们的方法中。

看下面的例子：

面向对象编程OPP完成了穿衣、吃饭、洗碗等这些功能，但从另一个维度去控制这些功能，比如“查看穿衣服、吃饭的时间（性能监控）”、“保证吃饭、洗碗连在一起完成（事务管理）”、“记录洗碗、打扫消耗的用水量（日志记录）”这些就是面向切面编程AOP

• 没有AOP，就得在每个功能上添加相应控制，比如在穿衣服写一遍记录时间的代码，然后再再吃饭处写一遍记录时间的代码。这显然不合理。AOP让核心业务（穿衣、吃饭）和通用功能（记录时间）得以解耦。

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二、AOP 的核心概念与实现方式

核心概念

1. Aspect（切面）：封装横切关注点的模块。它是一个类，上面标注了 @Aspect 注解。例如：LoggingAspect（日志切面）、TransactionAspect（事务切面）。

2. Advice（通知）：切面中的具体方法。它定义了“做什么”以及“何时做”。

   • 何时做：@Before（方法前）、@After（方法后）、@AfterReturning（成功返回后）、@AfterThrowing（抛出异常后）、@Around（环绕，最强大）。

3. Pointcut（切点）：一个表达式，定义了“在何处做”，即匹配哪些类的哪些方法需要被增强。它决定了Advice的应用位置。

4. Join Point（连接点）：程序执行过程中能够插入切面的一个点，例如方法调用、异常抛出等。在Spring AOP中，连接点总是代表一个方法的执行。

5. Weaving（织入）：将切面代码应用到目标对象，从而创建代理对象的过程。Spring AOP在运行时通过动态代理完成织入。

实现方式

Spring AOP 的底层就是基于我们之前讨论过的动态代理：

• 如果目标对象实现了接口，默认使用 JDK 动态代理。

• 如果目标对象没有实现接口，则使用 CGLIB 库生成子类进行代理。

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三、Spring AOP 的关键注解

注解	说明
@Aspect	声明一个类是切面。
@Pointcut	声明一个切点表达式，可被通知方法引用，避免重复书写。
@Before	前置通知：在目标方法执行之前执行。
@AfterReturning	返回通知：在目标方法成功执行并返回后执行。
@AfterThrowing	异常通知：在目标方法抛出异常后执行。
@After	后置通知：在目标方法执行之后执行（无论成功还是异常，类似于finally）。
@Around	环绕通知：最强大的通知类型，可以手动控制目标方法的执行时机，可以在方法执行前后添加自定义行为。

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四、实际场景与代码示例

场景一：记录洗碗和打扫的用水量

1. 业务类（核心方法）

WashDish.java - 洗碗类

@Component
public class WashDish {
    private int water;
    
    public int fillWater(int amount) {
        this.water += amount;
        System.out.println("洗碗接水: " + amount + "升");
        return amount;
    }
    
    public void wash() {
        System.out.println("使用" + water + "升水洗碗");
        water = 0;
    }
}

CleanRoom.java - 打扫类

@Component
public class CleanRoom {
    private int water;
    
    public int fillWater(int amount) {
        this.water += amount;
        System.out.println("打扫接水: " + amount + "升");
        return amount;
    }
    
    public void clean() {
        System.out.println("使用" + water + "升水打扫房间");
        water = 0;
    }
}

2. 切面类（AOP实现）

WaterUsageLoggerAspect.java - 用水量记录切面

/**
* 切面类
*/
@Aspect
@Component
public class WaterUsageLoggerAspect {
    private Map<String, Integer> waterUsageRecords = new HashMap<>();
    
    /**
     * 切入点：规定哪些类被控制
     */
    @Pointcut("execution(* WashDish.fillWater(..)) || execution(* CleanRoom.fillWater(..))")
    public void waterUsagePointcut() {}
    
    /**
     * 通知
     */
    @AfterReturning(pointcut = "waterUsagePointcut()", returning = "waterAmount")
    public void logWaterUsage(int waterAmount) {
        String activity = "家务活动";
        waterUsageRecords.put(activity, waterUsageRecords.getOrDefault(activity, 0) + waterAmount);
        System.out.println("记录用水: " + waterAmount + "升，当前总用水量: " + waterUsageRecords.get(activity) + "升");
    }
    
    public int getTotalWaterUsage() {
        return waterUsageRecords.values().stream().mapToInt(Integer::intValue).sum();
    }
}

3. 配置类（Spring配置）

AppConfig.java - 应用配置

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy
@ComponentScan("com.example.aop")
public class AppConfig {
}

4. 测试类（演示代码）

HomeChoresTest.java - 家务测试

public class HomeChoresTest {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = 
            new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        
        WashDish washDish = context.getBean(WashDish.class);
        CleanRoom cleanRoom = context.getBean(CleanRoom.class);
        WaterUsageLoggerAspect waterLogger = context.getBean(WaterUsageLoggerAspect.class);
        
        System.out.println("=== 开始家务活动 ===");
        
        // 洗碗活动
        System.out.println("\n--- 洗碗 ---");
        washDish.fillWater(10);
        washDish.wash();
        
        // 打扫活动
        System.out.println("\n--- 打扫 ---");
        cleanRoom.fillWater(15);
        cleanRoom.clean();
        
        System.out.println("\n=== 家务完成 ===");
        System.out.println("总用水量: " + waterLogger.getTotalWaterUsage() + "升");
        
        context.close();
    }
}

5. 预期输出

运行测试类后，预期输出如下：

=== 开始家务活动 === 
--- 洗碗 --- 
洗碗接水: 10升 
记录用水: 10升，当前总用水量: 10升 
使用10升水洗碗 
--- 打扫 --- 
打扫接水: 15升 
记录用水: 15升，当前总用水量: 25升 
使用15升水打扫房间 
=== 家务完成 === 总用水量: 25升

代码说明

1. 业务类：包含核心的家务逻辑（洗碗和打扫），每个类都有一个fillWater方法用于接水。

2. 切面类：

   • 使用@Aspect注解标记为切面

   • 使用@Pointcut定义切入点，匹配所有接水操作

   • 使用@AfterReturning后置通知记录用水量

   • 维护用水记录并提供查询接口

3. 配置类：启用Spring AOP自动代理和组件扫描

4. 测试类：演示如何使用AOP记录家务活动的用水量

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五、AOP 的常见应用场景

1. 日志记录：如上例，记录方法入参、出参、执行耗时，用于调试和监控。

2. 事务管理：这是最经典的应用！ Spring的 @Transactional 注解就是基于AOP实现的。它在方法开始时开启事务，在方法成功执行后提交事务，在抛出异常时回滚事务。

3. 权限校验和安全控制：在方法执行前，判断当前用户是否有权限执行此操作。例如使用 @PreAuthorize 注解。

4. 性能监控：统计方法的执行时间，上报给监控系统，用于发现性能瓶颈。

5. 异常处理与统一返回：捕获服务层抛出的异常，将其转换为友好的错误信息格式返回给前端。

6. 缓存：在方法执行前检查缓存中是否有数据，如果有则直接返回，否则执行方法并将结果放入缓存。

总结

• AOP是什么：一种将横切关注点（日志、事务等）与核心业务逻辑分离的技术。

• 如何实现：Spring AOP通过动态代理在运行时将切面“织入”到目标方法中。

• 核心注解：@Aspect, @Pointcut, @Around, @Before, @After等。

• 为何需要：实现解耦、提高代码的可复用性和可维护性，让开发者能更专注于核心业务逻辑。

通过AOP，我们可以以一种非常优雅和非侵入式的方式，为应用程序添加强大的功能。