Java中基于Aspectwerkz的AOP開發(fā)
一、AOP編程概覽
面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)進入軟件開發(fā)的主流對軟件的開發(fā)方式產(chǎn)生了極大的影響，開發(fā)者可以用一組實體以及這些實體之間的關(guān)系將系統(tǒng)形象地表示出來，這使得他們能夠設(shè)計出規(guī)模更大、更復(fù)雜的系統(tǒng)，開發(fā)周期也比以前更短。OO開發(fā)的唯一問題是，它本質(zhì)上是靜態(tài)的，需求的細微變化就可能對開發(fā)進度造成重大影響。
Aspect-Oriented Programming（AOP）是對OO技術(shù)的補充和完善，它允許開發(fā)者動態(tài)地修改靜態(tài)的OO模型，構(gòu)造出一個能夠不斷增長以滿足新增需求的系統(tǒng)，就象現(xiàn)實世界中的對象會在其生命周期中不斷改變自身，應(yīng)用程序也可以在發(fā)展中擁有新的功能。
例如，許多人想必有過在開發(fā)簡單的Web應(yīng)用時將Servlet作為入口點的經(jīng)驗，即用Servlet接收HTML表單的輸入，經(jīng)過處理后返回給用戶。開始時的Servlet可能是非常簡單的，只有剛好滿足用戶需求的最少量的代碼。然而，隨著“第二需求”的實現(xiàn)，例如實現(xiàn)異常處理、安全、日志等功能，代碼的體積就會增加到原來的三、四倍——之所以稱之為“第二需求”，是因為Servlet的基本功能是接受和處理用戶的請求，對于這個目標(biāo)來說，日志、安全之類的機制并不是必不可少的。
AOP允許動態(tài)地改變OO的靜態(tài)模型，不必修改原來的靜態(tài)模型也可以加入滿足第二需求所需的代碼（實際上，甚至連原來的源代碼也不需要）。更令人稱奇的是，后來加入的代碼往往可以集中在一個地方，而不必象單純使用OO時那樣將后來加入的代碼分散到整個模型。
二、基本術(shù)語
在介紹AOP開發(fā)實例之前，我們先來了解幾個標(biāo)準(zhǔn)的AOP術(shù)語，以便更好地掌握相關(guān)的概念。
Cross-cutting concern
在OO模型中，雖然大部份的類只有單一的、特定的功能，但它們通常會與其他類有著共同的第二需求。例如，當(dāng)線程進入或離開某個方法時，我們可能既要在數(shù)據(jù)訪問層的類中記錄日志，又要在UI層的類中記錄日志。雖然每個類的基本功能極然不同，但用來滿足第二需求的代碼卻基本相同。
Advice
它是指想要應(yīng)用到現(xiàn)有模型的附加代碼。在本例中，它是指線程進入或退出某個方法時要運行的日志代碼。
Point-cut
這個術(shù)語是指應(yīng)用程序中的一個執(zhí)行點，在這個執(zhí)行點上需要采用前面的cross-cutting concern。在本例中，當(dāng)線程進入一個方法時出現(xiàn)一個Point-cut，當(dāng)線程離開方法時又出現(xiàn)另一個Point-cut。
Aspect
Point-cut和advice結(jié)合在一起就叫做aspect。在下面的例子中，我們通過定義一個point-cut并給予適當(dāng)?shù)腶dvice加入了一個日志（logging）aspect。
AOP還有其它許多特性和術(shù)語，例如引入（Introduction），即把接口/方法/域引入到現(xiàn)有的類——它極大地拓寬了開發(fā)者的想象力。不過本文只介紹一些最基本的持性，熟悉這里介紹的概念后，你再深入一步研究AOP的其它特性，看看如何在自己的開發(fā)環(huán)境中使用它們。
三、現(xiàn)有的框架
目前最成熟、功能最豐富的AOP框架當(dāng)數(shù)AspectJ，AspectJ已成為大多數(shù)其它框架跟從的標(biāo)準(zhǔn)。但是，AspectJ也走出了非同尋常的一步，它的實現(xiàn)為Java語言增添了新的關(guān)鍵詞。雖然新的語法并不難學(xué)，但卻意味著我們必須換一個編譯器，還要重新配制編輯器，只有這樣才能適應(yīng)新的語法。在規(guī)模較大的開發(fā)組中，這些要求可能難以辦到，因為整個開發(fā)小組都會受到影響。由于語言本身的變化，開發(fā)小組把AOP技術(shù)引入到現(xiàn)有項目的學(xué)習(xí)周期隨之延長。
現(xiàn)在我們需要的是這樣一個框架，它可以方便地引入，且不會對原來的開發(fā)和構(gòu)造過程產(chǎn)生任何影響。滿足這些要求的框架不止一個，例如JBoss AOP、Nanning、Aspectwerkz（AW）。本文選用的是Aspectwerkz，因為它可能是最容易學(xué)習(xí)的框架，也是最容易集成到現(xiàn)有項目的框架。
Aspectwerkz由Jonas Boner和Alexandre Vasseur創(chuàng)建，它是目前最快速、功能最豐富的框架之一。雖然它還缺乏AspectJ的某些功能，但己足以滿足大多數(shù)開發(fā)者在許多情形下的需要。
Aspectwerkz最令人感興趣的特性之一是它能夠以兩種不同的模式運行：聯(lián)機模式和脫機模式。在聯(lián)機模式下，AW直接干預(yù)屬于JVM的底層類裝入機制，截取所有的類裝入請求，對字節(jié)碼實施即時轉(zhuǎn)換。AW提供了干預(yù)類裝入過程的許多選項，另外還有一個替代bin/java命令的封裝腳本，這個腳本能夠根據(jù)Java版本和JVM能力自動生成一組可運行的配制。對于開發(fā)者，聯(lián)機模式有許多優(yōu)點，它能插入到任何類裝入器并在類裝入期間生成新的類。也就是說，我們不必手工修改應(yīng)用程序的類，只要按通常的方式部署即可。不過，聯(lián)機模式要求對應(yīng)用服務(wù)器進行額外的配制，有時這一要求可能很難滿足。
在脫機模式下，生成類需要二個步驟。第一步是用標(biāo)準(zhǔn)的編譯器編譯，第二步是重點——以脫機模式運行AWcompiler編譯器，讓它處理新生成的類。編譯器將修改這些類的字節(jié)碼，根據(jù)一個XML文件的定義，在適當(dāng)?shù)膒oint-cut插入advice。脫機模式的優(yōu)點是AWcompiler生成的類能夠在任何JVM 1.3以上的虛擬機運行，本文下面要用的就是這種模式，因為它不需要對Tomcat作任何修改，只要對構(gòu)造過程稍作修改就可以照搬到大多數(shù)現(xiàn)有的項目。
四、安裝
本文將以一個簡單的Web應(yīng)用程序為例，它用Ant編譯，部署在Tomcat 4+ Servlet容器上。下面我們假定讀者己準(zhǔn)備好上述環(huán)境，包括JVM 1.3+，同時Tomcat被設(shè)置成從webapps文件夾自動部署應(yīng)用，自動將WAR擴展到目錄（這是Tomcat默認的操作方式，因此只要你尚未修改Tomcat的運行方式，下面的范例可直接運行）。我們將把Tomcat的安裝位置稱為%TOMCAT_HOME%。
⑴ 從http://apectwerkz.codehaus.org/下載Aspectwerkz，解開壓縮到適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｎ覀儗堰@個位置稱為%ASPECTWERKZ_HOME%。
⑵ 設(shè)置%ASPECTWERKZ_HOME%環(huán)境變量。
⑶ 將Aspectwerkz加入到PATH環(huán)境變量，即設(shè)置set PATH=%PATH%;%ASPECTWERKZ_HOME%inaspectwerkz
⑷ 下載本文的示范程序，將它放入%TOMCAT_HOME%webapps文件夾。
⑸ 將Aspectwerkz的運行時類加入到Tomcat的classpath。你可以將它的JAR文件放入示例應(yīng)用的WEB-INFlib文件夾，或放入%TOMCAT_HOME%commonlib。
五、編譯示例應(yīng)用
如果你想深入研究一下本文的示例應(yīng)用，可以解開WAR文件提取它的內(nèi)容。你會發(fā)現(xiàn)根目錄下有一個aspectwerkz.xml文件，構(gòu)造應(yīng)用時它會被復(fù)制到WEB-INF/classes目錄。Servlet和advice的源文件在WEB-INF/src目錄下，另外還有一個構(gòu)建這些類的ANT腳本。
在運行這個示例程序之前，你還要對它進行后期編譯。下面是具體的操作步驟：
⑴ 在命令行窗口中，轉(zhuǎn)到解開WAR文件的目錄。
⑵ 輸入下面的命令調(diào)用AW編譯器:aspectwerkz -offline aspectwerkz.xml WEB-INF/classes -cp %TOMCAT_HOME%commonlibservlet.jar。如后期編譯順利通過，應(yīng)看到下面的輸出：
( 1 s )
SUCCESS: WEB-INFclasses
在構(gòu)建文件中有一個名稱為war的ANT任務(wù)，你可以用它重新創(chuàng)建WAR文件。
六、運行示例應(yīng)用
首先啟動（或重新啟動）Tomcat，然后在瀏覽器中打開http://localhost:8080/demo/。
頁面打開后，可以看到一個帶二個輸入框的HTML表單，一個輸入名字，一個輸入郵件地址。輸入一些數(shù)據(jù)，然后點擊按鈕提交表單，出現(xiàn)一個頁面顯示出聯(lián)系人信息和一個指向聯(lián)系人清單的鏈接。
七、代碼分析
JSP頁面就不分析了，現(xiàn)在我們對它不感興趣。我們來看看AOPServlet的代碼。
package example;
import java.io.*;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
public class AOPServlet extends HttpServlet {
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
Person person = new Person();
if (request.getParameter("name") != null) {
person.setName(
request.getParameter("name"));
}
if (request.getParameter("email") != null) {
person.setEmail(
request.getParameter("email"));
}
request.setAttribute("person", person);
RequestDispatcher rd =request.getRequestDispatcher("/view.jsp");
rd.forward(request, response);
}
}
在這個例子中，Servlet的代碼己盡量精簡，只包含一些必不可少的代碼，如創(chuàng)建了一個綁定請求參數(shù)的對象等，但沒有持久化操作，不需要額外的imports，它只實現(xiàn)了作為Servlet必須實現(xiàn)的最基本的操作。
然而，根據(jù)說明文檔的要求，這個應(yīng)用程序必須將所有Person類型的對象特久化，所以要為這個應(yīng)用程序加入一個aspect。為創(chuàng)建這個aspect，我們首先要創(chuàng)建一個aspectwerkz.xml文件并將該文件放入classpath指定的目錄。本文示例提供了一個簡單的例子，你可以用編輯器打開查看。
aspectwerkz.xml的第一部份定義了可用的advice，我們可以根據(jù)需要加入任意數(shù)量的advice：
＜advice-def name="persist" class="example.PersistenceAdvice" deployment-model="perJVM"/＞
在這個片段中，我們定義了一個名稱為persist的advice，它的類型是example.PersistenceAdvice。最后一個屬性定義了該advice的排它性，在這里它的值是perJVM，表示在每一個JVM中只創(chuàng)建該advice的一個實例（有關(guān)部署模式的更多說明，請參見Aspectwerkz的文檔。
第二部份開始定義aspect，這里就是我們將advice映射到point-cut創(chuàng)建aspect的地方。
＜aspect name="servlet"＞
＜pointcut-def name="all" type="method"
pattern="* example.*Servlet.doGet(..)"/＞
＜bind-advice pointcut="all"＞
＜advice-ref name="persist"/＞
＜/bind-advice＞
＜/aspect＞
下面我們一行一行地分析這段代碼：
⑴ 我們創(chuàng)建了一個叫做servlet的aspect。如有必要，我們可以創(chuàng)建任意數(shù)量的aspect。
⑵ 在第二行，我們創(chuàng)建了一個叫做all的point-cut，它只適用于方法（type="method"）。
⑶ 第三行我們用一個正則表達式規(guī)定了把advice應(yīng)用到哪里。在這個例子中，我們指出應(yīng)用advice的條件是：不管返回值的類型是什么（第一個“*”），名稱以servlet結(jié)尾（*servlet）且包含一個帶任意參數(shù)的doGet方法（doGet(..)）的example包里面的類。
⑷ 在第四行，我們告訴Aspectwerkz編譯器要把后面的advice應(yīng)用到所有的point-cut。
⑸ 在這里我們聲明要使用的advice是persist。
現(xiàn)在我們知道了如何映射point-cut與advice創(chuàng)建出aspect，下面來看看一個提供advice的類的實例。在映射文件中，我們注冊了一個example.PersistenceAdvice類型的advice，下面是該類型的源代碼：
package example;
import javax.servlet.http.*;
import org.codehaus.aspectwerkz.advice.*;
import org.codehaus.aspectwerkz.joinpoint.*;
public class PersistenceAdvice extends AroundAdvice {
public PersistenceAdvice() {
super();
}
public Object execute(final JoinPoint joinPoint)
throws Throwable {
MethodJoinPoint jp =(MethodJoinPoint) joinPoint;
final Object result = joinPoint.proceed();
Object[] parameters = jp.getParameters();
if (parameters[0] instanceof HttpServletRequest) {
HttpServletRequest request =(HttpServletRequest) parameters[0];
if (request.getAttribute("person") != null) {
Person contact =(Person) request.getAttribute("person");
ContactManager persistent = new ContactManager();
String fileName =(request.getRealPath("/")+"contacts.txt");
persistent.save(contact, fileName);
}
}
return result;
}
}
execute()方法的第一行很容易理解，就是盡量把它定型成最具體的類型，第二行或許是最重要的：因為我們想要運行該方法并檢查結(jié)果，所以必須調(diào)用proceed()。在下一部份，我們捕獲HttpServletRequest，提取由Servlet放入的對象（記住，此時doGet（）方法己運行結(jié)束）。
最后，我們創(chuàng)建一個名稱為ContactManager的類，它的功能是把Person的數(shù)據(jù)保存到一個文本文件。實際上，要把數(shù)據(jù)保存到XML文件、數(shù)據(jù)庫或其它持久化存儲機制也很方便。
這里需要掌握的一點是，在設(shè)計應(yīng)用或建立原型的階段，Servlet并不知道未來會發(fā)生什么變化，第二階段的功能可以隨時加入，正因為如此，所以我們說應(yīng)用程序能夠在發(fā)展過程中學(xué)習(xí)新的能力，以后要添加新的功能非常方便。
【結(jié)束語】 我們在前面的例子中試驗了一個簡單的應(yīng)用，將它部署到Tomcat，并用瀏覽器運行和測試它的功能。雖然這個應(yīng)用本身并無任何實際用途，但它示范和證實了一些非常有用的概念。想象一下，你將可以快速地建立原型，完成后再引入安全、日志、持久化、緩沖之類的Cross-cutting concern。不管原始應(yīng)用的規(guī)模有多大，你將能夠在十分鐘之內(nèi)輕松地為整個應(yīng)用加入日志功能！
希望你能夠超越本文的簡單例子，去看看如何在自己的項目中采用AOP技術(shù)。熟悉AOP的概念當(dāng)然需要一定的時間，但肯定會得到回報，對于一個中等規(guī)模的項目，它會讓你省下數(shù)星期時間，或者少寫數(shù)千行重復(fù)的代碼。
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