Java AOP面向切面编程的概念和实现方式_Java

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。

二、aop 的核心概念与实现方式

核心概念

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）。
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）。
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。
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。
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。

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。

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

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。
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
配置类：启用spring aop自动代理和组件扫描
测试类：演示如何使用aop记录家务活动的用水量

五、aop 的常见应用场景

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。
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。
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。
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。
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。
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。