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Spring功能介绍加载时织入机制的Aspectj和LoadTimeWeaving技术

IT知识功能介绍aspectj

实践是知识的母亲，知识是生活的明灯。这篇文章主要讲述Spring功能介绍加载时织入机制的Aspectj和LoadTimeWeaving技术相关的知识，希望能为你提供帮助。
前提介绍当我们聊到Spring框架的项目实际开发中，用的强大的功能之一就是（面向切面编程）的这门AOP技术。如果使用得当，它的最大的作用就是侵入性比较少并且简化我们的工作任务（节省大量的重复性编码），最为重要的一点是，它可以让我们在不改变原有代码的情况下，织入我们的逻辑，尤其是在我们没有源代码的时候，而且当我们恢复之前的逻辑的时候，只需要去掉代理就可以了。
AOP的动态代理Spring AOP的常规的实现方式为cglib和jdk动态代理。两者均可实现，只是性能上略有差异，此处不再详述。

  1. 无论是JDK的动态代理和Cglib实现的Spring代理机制都有一些的局限性，那就是生成的代理对象在内部调用方法时，AOP功能无效，因为毕竟不是代理对象的调用而是this的调用。
  2. 他们都只能对public、protected类型的成员方法生效。
当然，也是有变通的方案解决，比如将bean当做属性注入到自身，然后所有方法调用都通过这个属性来调用。或者通过AopContext.currentProxy的方式去获取代理对象。但是这些解决方案，在开发过程中开发者很容易因为疏忽导致出现问题。
所以，如果需要一种更加强大和易用的aop实现方案，那就是字节码编织技术aspectj。通过修改字节码，可以实现对所有方法进行切面，包括(final、private、static类型的方法)，功能强大。并且spring支持aspectj方式的aop。
AOP技术类型
  • 编译时：使用特殊的编译器在编译期将切面织入目标类,这种比较少见,因为需要特殊的编译器的支持。例如，AspectJ编译器，很少有到，目前我还没有用到。
  • 加载时：通过字节码编辑技术在类加载期将切面织入目标类中,它的核心思想是：在目标类的class文件被JVM加载前,通过自定义类加载器或者类文件转换器将横切逻辑织入到目标类的class文件中，然后将修改后class文件交给JVM加载。这种织入方式可以简称为LTW(LoadTimeWeaving)，AspectJ的LoadTimeWeaving (LTW)
  • 运行时：运行期通过为目标类生成动态代理的方式实现AOP就属于运行期织入，这也是Spring AOP中的默认实现,并且提供了两种创建动态代理的方式：JDK自带的针对接口的动态代理和使用CGLib动态创建子类的方式创建动态代理。
LTW可以解决的问题
  • 非spring管理的类依赖注入和切面不生效的问题。
  • 调用类内方法切面不生效的问题。
  • AOP 切面织入方式
LTW的原理
类加载期通过字节码编辑技术将切面织入目标类，这种方式叫做LTW（Load Time Weaving）。
使用JDK5 新增的 java.lang.instrument包，在类加载时对字节码进行转换，从而实现 AOP功能。
JDK的代理功能让代理器访问到JVM的底层组件,借此向JVM注册类文件转换器，在类加载时对类文件的字节码进行转换ClassFileTransformer接口。具体方向可以研究一下java agent技术即可。
Spring中实现LTW
  • Spring中默认通过运行期生成动态代理的方式实现切面的织入，实现AOP功能，但是Spring也可以使用LTW技术来实现AOP，并且提供了细粒度的控制，单个ClassLoader范围内实施类文件转换。
  • Spring中的org.springframework.instrument.classloading.LoadTimeWeaver接口定义了为类加载器添加ClassFileTransfomer的抽象
  • Spring的LTW支持AspectJ定义的切面，既可以是直接使用AspectJ语法定义的切面，也可以是使用@AspectJ注解，通过java类定义的切面。
  • Spring LTW通过读取classpath下META-INF/aop.xml文件,获取切面类和要被切面织入的目标类的相关信息,通过LoadTimeWeaver在ClassLoader加载类文件时将切面织入目标类中。
Spring功能介绍加载时织入机制的Aspectj和LoadTimeWeaving技术

文章图片

  1. Spring中可以通过LoadTimeWeaver将Spring提供的ClassFileTransformer注册到ClassLoader中。
  2. 在类加载期,注册的ClassFileTransformer读取类路径下META-INF/aop.xml文件中定义的切面类和目标类信息，在目标类的class文件真正被VM加载前织入切面信息,生成新的Class文件字节码,然后交给VM加载。
  3. 因而之后创建的目标类的实例,就已经实现了AOP功能。
maven依赖和插件spring-AOP 和 aspectJ
spring的maven配置
< dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-core< /artifactId> < version> 5.2.5< /version> < /dependency> < dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-context< /artifactId> < version> 5.2.5< /version> < /dependency> < dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-aop< /artifactId> < version> 5.2.5< /version> < /dependency> < dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-aspects< /artifactId> < version> 5.2.5< /version> < /dependency> < dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-instrument< /artifactId> < version> 5.2.5< /version> < /dependency>

springboot的配置
< dependencies> < dependency> < groupId> org.springframework.boot< /groupId> < artifactId> spring-boot-starter-aop< /artifactId> < version> 2.3.1.RELEASE< /version> < /dependency> < dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-aspects< /artifactId> < version> 5.2.7.RELEASE< /version> < /dependency> < dependency> < groupId> org.springframework< /groupId> < artifactId> spring-instrument< /artifactId> < version> 5.2.7.RELEASE< /version> < /dependency> < /dependencies>

其中都会有maven aspectjWeaver包
< dependency> < groupId> aspectj< /groupId> < artifactId> aspectjweaver< /artifactId> < version> 1.5.3< /version> < /dependency>

spring全注解方式
@Configuration //开启Aspectj运行时编织 @EnableLoadTimeWeaving(aspectjWeaving = AspectJWeaving.ENABLED) //开启非spring容器bean的依赖注入支持 @EnableSpringConfigured @ComponentScan(basePackages = "demo") public class AppConfig extends WebMvcConfigurationSupport {}

springboot全注解方式
@SpringBootApplication @EnableLoadTimeWeaving @EnableSpringConfigured @EnableAsync(mode = AdviceMode.ASPECTJ)

切面类
@Aspect //让spring可以将依赖注入到切面对象中 @Configurable public class SampleAspectj { @Autowired private RestBean rbean; @Around(value = "https://www.songbingjia.com/android/@annotation(rpc)") public void aop(ProceedingJoinPoint joinPoint,Rpc rpc) { rbean.rwar(); } }

对象切点类
@Configurable public class TestOriginObject {// 依赖注入 @Autowired public TestService testService; // spring 的切面 @Async public void print() { System.out.println("TestOriginObject print thread " + Thread.currentThread().toString()); }// 自定义的切面 @Rpc public void print1() { System.out.println("TestOriginObject print1"); } }

@Component public class TestService {@Async @Profile public void asyncPrint() { System.out.println("TestService print thread " + Thread.currentThread().toString()); }public void print() { asyncPrint(); }private static void test04() { log.info("------------test04-----------"); }private void test03() { log.info("------------test03-----------"); }public void test02() { log.info("------------test02-----------"); } }

aop.xml配置
< !DOCTYPE aspectj PUBLIC "-//AspectJ//DTD//EN" "https://www.eclipse.org/aspectj/dtd/aspectj.dtd"> < aspectj> < weaver options="-showWeaveInfo -XnoInline -Xset:weaveJavaxPackages=true -Xlint:ignore -verbose -XmessageHandlerClass:org.springframework.aop.aspectj.AspectJWeaverMessageHandler"> < !-- 只对指定包下的类进行编织 --> < include within="demo..*"/> < /weaver> < aspects> < !-- 使用指定的切面类进行编织 --> < aspect name="test.SampleAspectj"/> < /aspects> < /aspectj>

@SpringBootApplication @EnableLoadTimeWeaving @EnableSpringConfigured @EnableAsync(mode = AdviceMode.ASPECTJ) public class AppApplication { public static void main(String[] args) { // 初始化 spring context ApplicationContext context = SpringApplication.run(AppApplication.class, args); // 创建 POJO，此时 TestService 会被注入到 POJO 中 TestOriginObject pojo = new TestOriginObject(); System.out.println("inject bean " + pojo.testService); TestService testService = context.getBean(TestService.class); // 正常调用切面 testService.asyncPrint(); // 切面的内部调用 testService.print(); // 非 spring 管理的类切面调用，spring 定义的切面 pojo.print(); // 非 spring 管理的类切面调用，自定义的切面 pojo.print1(); testService.test02(); testService.test03(); testService.test04(); } }

说明
  • @EnableLoadTimeWeaving 为开启 LTW，或使用 < context:load-time-weaver/>
  • @Configurable 必须和 @EnableSpringConfigured （或 < context:spring-configured/> ） 配合使用
  • @Configurable 可指明在构造函数前或后注入
  • @EnableAsync 或 @EnableCaching 必须使用 ASPECTJ 模式
启动 VM 参数
-javaagent:path\\spring-instrument-5.1.6.RELEASE.jar -javaagent:path\\aspectjweaver-1.9.2.jar

< build> < plugins> < plugin> < groupId> org.apache.maven.plugins< /groupId> < artifactId> maven-surefire-plugin< /artifactId> < configuration> < argLine> -javaagent:"${settings.localRepository}/org/aspectj/aspectjweaver/${aspectj.version}/aspectjweaver-${aspectj.version}.jar" -javaagent:"${settings.localRepository}/org/springframework/spring-instrument/${spring.version}/spring-instrument-${spring.version}.jar" < !-- -Dspring.profiles.active=test--> < /argLine> < /configuration> < /plugin> < plugin> < groupId> org.springframework.boot< /groupId> < artifactId> spring-boot-maven-plugin< /artifactId> < configuration> < agent> ${settings.localRepository}/org/aspectj/aspectjweaver/${aspectj.version}/aspectjweaver-${aspectj.version}.jar < /agent> < agent> ${settings.localRepository}/org/springframework/spring-instrument/${spring.version}/spring-instrument-${spring.version}.jar < /agent> < /configuration> < /plugin> < /plugins> < /build>

LTW 官方文档
  • 【Spring功能介绍加载时织入机制的Aspectj和LoadTimeWeaving技术】AspectJ:https://www.eclipse.org/aspectj/doc/released/devguide/index.html
  • Spring AOP using AspectJ: (5.10.4)：https://docs.spring.io/spring-framework/docs/current/spring-framework-reference/core.html#aop-using-aspectj
public class Run { public static void main(String[] args) { //关键代码，用于在程序中开启agent //通过bytebuddy拿到当前jvm的Instrumentation实例 Instrumentation instrumentation = ByteBuddyAgent.install(); //激活Aspectj的代理对象 Agent.agentmain("", instrumentation); //激活spring代理对象 InstrumentationSavingAgent.agentmain("", instrumentation); //启动spring容器 //... } }


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