What is AspectJ
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級別: 初級
王海龍
(buaawhl@sina.com),
2003 年 7 月 01 日
網上出現了很多講解AspectJ的資料，但大多是從講解AspectJ語法開始,本文從另一個角度講解AspectJ，作者著重介紹了AspectJ的設計思路和運行原理。
1. 序
Aspect Oriented Programming (AOP)是近來一個比較熱門的話題。
AspectJ是AOP的Java語言的實現，獲得了Java程序員的廣泛關注。
關于AspectJ和AOP的具體資料，請從下列鏈接中查找：
http://www.eclipse.org/aspectj/
http://www.parc.com/research/csl/projects/aspectj/
http://aosd.net/
網上出現了很多講解AspectJ的資料，但大多是從講解AspectJ語法開始，然后講解如何應用AspectJ，如何分離軟件開發過程的不同方面（Aspect）--Log，Session，Authentication and Authorization，Transaction，等等。
初次接觸AspectJ的讀者看到這些資料（或者語法手冊），會感到AspectJ有些神秘。他們想知道，AspectJ是如何做到這些的？AspectJ是怎樣工作的？AspectJ需要特殊的運行環境嗎？
本文從另一個角度講解AspectJ，本文從講解AspectJ的設計思路、運行原理入手，回答上述問題。
本文講解的主要內容，按照概念的重要程度，排列如下：
- AspectJ是一個代碼生成工具（Code Generator）。
- AspectJ語法就是用來定義代碼生成規則的語法。您如果使用過Java Compiler Compiler (JavaCC)，您會發現，兩者的代碼生成規則的理念驚人相似。
- AspectJ有自己的語法編譯工具，編譯的結果是Java Class文件，運行的時候，classpath需要包含AspectJ的一個jar文件（Runtime lib）。
- AspectJ和xDoclet的比較。AspectJ和EJB Descriptor的比較。
本文的原則是，只細講其他資料沒有講到的東西，其他資料講過的東西，不講或略講。以節省網絡資源，更為了節省大家寶貴的時間。J
2．Aspect Oriented Programming (AOP)
本節簡單介紹AOP的概念，解釋我們為什么需要AOP。
AOP是Object Oriented Programming（OOP）的補充。
OOP能夠很好地解決對象的數據和封裝的問題，卻不能很好的解決Aspect（"方面"）分離的問題。下面舉例具體說明。
比如，我們有一個Bank（銀行）類。Bank有兩個方法，deposit（存錢）和withdraw（取錢）。
類和方法的定義如下：
Code 2.1 Bank.java
class Bank{
public float deposit(AccountInfo account, float money){
// 增加account賬戶的錢數，返回賬戶里當前的錢數
}
public float withdraw(AccountInfo account, float money){
// 減少account賬戶的錢數，返回取出的錢數
}
};
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這兩個方法涉及到用戶的賬戶資金等重要信息，必須要非常小心，所以編寫完上面的商業邏輯之后，項目負責人又提出了新的要求--給Bank類的每個重要方法加上安全認證特性。
于是，我們不得不分別在上面的兩個方法中加入安全認證的代碼。
類和方法的定義如下：（新增加的代碼用不同的背景標出）
Code 2.2 Bank.java
class Bank{
public float deposit(AccountInfo account, float money){
// 驗證account是否為合法用戶
// 增加account賬戶的錢數，返回賬戶里當前的錢數
}
public float withdraw(AccountInfo account, float money){
// 驗證account是否為合法用戶
// 減少account賬戶的錢數，返回取出的錢數
}
};
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這兩個方法都需要操作數據庫，為了保持數據完整性，項目負責人又提出了新的要求--給Bank類的每個操作數據庫的方法加上事務控制。
于是，我們不得不分別在上面的兩個方法中加入安全認證的代碼。
類和方法的定義如下：（新增加的代碼用不同的背景標出）
Code 2.3 Bank.java
class Bank{
public float deposit(AccountInfo account, float money){
// 驗證account是否為合法用戶
// Begin Transaction
// 增加account賬戶的錢數，返回賬戶里當前的錢數
// End Transaction
}
public float withdraw(AccountInfo account, float money){
// 驗證account是否為合法用戶
// Begin Transaction
// 減少account賬戶的錢數，返回取出的錢數
// End Transaction
}
};
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我們看到，這些與商業邏輯無關的重復代碼遍布在整個程序中。實際的工程項目中涉及到的類和函數，遠遠不止兩個。如何解決這種問題？
我們首先來看看OOP能否解決這個問題。
我們利用Design Pattern的Template Pattern，可以抽出一個框架，改變上面的例子的整個設計結構。
類和方法的定義如下：
Code 2.4 Base.java
abstract class Base{
public float importantMethod(AccountInfo account, float money){
// 驗證account是否為合法用戶
// Begin Transaction
float result = yourBusiness(account, money)
// End Transaction
return result;
}
protected abstract float yourBusiness(AccountInfo account, float money);
};
Code 2.5 BankDeposit.java
class BankDeposit extends Base{
protected float yourBusiness(AccountInfo account, float money){
// 增加account賬戶的錢數，返回賬戶里當前的錢數
}
};
Code 2.6 BankWithdraw.java
class BankWithdraw extends Base{
protected float yourBusiness(AccountInfo account, float money){
// 減少account賬戶的錢數，返回取出的錢數
}
};
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這里我們用一種很勉強的方法實現了認證和事務代碼的重用。而且，有心的讀者可能會注意到，這種方法的前提是，強制所有的方法都遵守同樣的signature。
如果有一個轉賬方法transfer(AccountInfo giver, AccountInfo receiver, float money)，由于transfer方法的signature不同于yourBusiness的signature，這個方法無法使用上面的框架。
這個例子中提到的認證，事務等方面，就是AOP所關心的Aspect。
AOP就是為了解決這種問題而出現的。AOP的目的就是--Separation of Aspects (or Separation of Concerns).
下面的章節，解釋EJB Descriptor，AspectJ，xDoclet等工具如何解決Separation of Aspects的問題。
3．EJB Descriptor
如果我們使用EJB實現上面的例子，Bank類可以作為一個Stateless Session Bean實現。
在Bank的代碼中只用考慮商業邏輯，不用考慮認證和事務等方面。
認證和事務等方面在EJB Descriptor中定義，由EJB Container提供這些方面的實現。
我們來看一下，如何使用EJB Descriptor描述上面的例子。
EJB Descriptor包括一個ejb-jar.xml文件。ejb-jar.xml文件包含兩大部分，enterprise-beans和assembly-descriptor部分。enterprise-beans部分包含EJB的定義--JNDI Name，EJB Home, Interface, Bean Class Path等；assembly-descriptor部分包括配置信息的定義--安全角色，事務控制等等。
下面給出上面例子對應的模擬EJB Descriptor。
<ejb-jar>
<enterprise-beans>
<session>
<ejb-name>Bank</ejb-name>
…
<ejb-class>example.Bank</ejb-class>
<session-type>Stateless</session-type>
<transaction-type>Container</transaction-type>
<security-role-ref>
<role-name>bank-account</role-name>
</security-role-ref>
</session>
</enterprise-beans>
<assembly-descriptor>
<security-role>
<role-name>bank-account</role-name>
</security-role>
<method-permission>
<role-name>employee</role-name>
<method>
<ejb-name>Bank</ejb-name>
<method-name>deposit</method-name>
</method>
<method>
<ejb-name>Bank</ejb-name>
<method-name>withdraw</method-name>
</method>
</method-permission>
<container-transaction>
<method>
<ejb-name>Bank</ejb-name>
<method-name>deposit</method-name>
</method>
<method>
<ejb-name>Bank</ejb-name>
<method-name>withdraw</method-name>
</method>
<trans-attribute>Required</trans-attribute>
</container-transaction>
</assembly-descriptor>
</ejb-jar>
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本文后面會講到如何用AspectJ實現上例中的Separation of Aspects。
讀者可以比較一下AspectJ語法和EJB Descriptor定義之間的對應關系。
兩者都提供了類名、方法名的匹配規則，能夠把類的方法映射到認證，事務等Aspect（方面）。
4．AspectJ
這一節我們來看看AspectJ如何實現上例中的Separation of Aspects。
使用AspectJ，我們不用對原有的代碼做任何修改，就可以為代碼提供不同的Aspect（方面）--比如，認證，事務等。
我們只需要提供兩個不同的Aspect--認證Aspect和事務Aspect。
Code 4.1 AuthAspect.java
aspect AuthAspect{
pointcut bankMethods() : execution (* Bank.deposit(…)) || execution (* Bank. withdraw (…));
Object around(): bankMethods(){
// 驗證account是否為合法用戶
return proceed();
}
};
Code 4.2 TransactionAspect.java
aspect TransactionAspect{
pointcut bankMethods() : execution(* Bank.deposit(…)) || execution (* Bank. withdraw (…));
Object around(): bankMethods(){
// Begin Transaction
Object result = proceed();
// End Transaction
return result;
}
};
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如果您暫時不能理解這段代碼，沒有關系，后面會講到，這些aspect的定義，不過是定義了一些代碼生成規則。
我們用AspectJ編譯器編譯Bank文件和含有aspect的這個文件，出來的結果就是帶有安全認證和事務處理的Bank類。編譯出來的這個Bank類調用了AspectJ Runtime Lib，所以，如果你要運行這個Bank類，你需要把AspectJ Runtime Lib設置在你的classpath里面。
我們來看看，AspectJ編譯器為我們做了什么事情。
- 首先，AspectJ從文件列表里取出所有的文件名，然后讀取這些文件，進行分析。
- AspectJ發現一些文件含有aspect的定義，在這個例子里，就是AuthAspect和TransactionAspect的定義；這些aspect就是代碼生成規則。
- AspectJ根據這些aspect代碼生成規則，修改添加你的源代碼。在這個例子里，就是修改添加Bank文件。
- AspectJ讀取AuthAspect的定義，發現了一個pointcut--bankMethods()；這個pointcut的定義是execution(* Bank.deposit(…)) || execution(* Bank. withdraw (…))，表示所有對Bank類的deposit和withdraw方法的執行點。
- AspectJ繼續讀取AuthAspect的定義，發現了一個around()，這在AspectJ中叫做Advice，我不明白為什么叫這個名字，不過沒關系，我們只要知道它是干什么的就行了。Advice允許你在某個類的方法的調用之前或調用之后，加入另外的代碼。Code 4.1所示代碼中的around()的" // 驗證account是否為合法用戶"部分，就是要加入的代碼。這段代碼要加在哪里呢？around()后面跟了一個pointcut--bankMethods()。根據這個pointcut，AspectJ會把這段代碼加入到Bank.deposit和Bank.withdraw兩個方法的執行之前。達到的效果就如同Code 2.2所示。
- AspectJ讀取TransactionAspect的定義，象第（4）步一樣，發現了發現了一個pointcut--bankMethods()。
- AspectJ繼續讀取AuthAspect的定義，發現了一個around()。這次AspectJ把"Begin Transaction"和"End Transaction"兩段代碼加在Bank.deposit和Bank. withdraw兩個方法的執行前后。達到的效果就如同Code 2.3所示。
如何驗證這一點？您可以到 http://www.eclipse.org/aspectj/下載安裝AspectJ，編譯里面的Sample，把編譯結果反編譯一下，就可以看到AspetJ自動生成的代碼。
我們看到，AspectJ是一種代碼自動生成工具。你編寫一段通用的代碼，比如認證方面的代碼，事務方面的代碼，然后根據AspectJ語法定義一套代碼生成規則（aspect定義），AspectJ就會幫助你自動把這段通用代碼分布到對應的代碼里面去，簡單快捷，算無遺策。
無獨有偶，一個著名的編譯器生成工具--Java Compiler Compiler (JavaCC)，也采用了非常相似的代碼生成機制。JavaCC允許你在語法定義規則文件中，加入你自己的Java代碼，用來處理讀入的各種語法元素。
AspectJ令你的代碼更精簡，結構更良好。AspectJ的好處，我就不多說了，網上很多精彩的文章探討AspectJ的各種用途。
下面介紹一個著名的代碼自動生成器--xDoclet，和EJB Descriptor，AspectJ之間的聯系和比較。
5．xDoclet
我們知道，Doclet用來生成Javadoc，xDoclet是Doclet的擴展，不僅僅能生成Javadoc，還能夠生成源代碼和配置信息等。
Doclet和xDoclet的工作原理，就是處理源代碼中的注釋中的tag，生成相應的信息。這些tag都以@開頭，你可以自己定義tag和對tag的處理，生成自定義的信息。
（這里提一下Apache Maven Project。Maven是一種Project Build工具。用Maven進行管理的項目，能夠同時生成Javadoc和XRef。XRef是Source Code Cross Reference。)
JBoss就利用xDoclet為EJB自動生成EJB Home和EJB Object Interface源文件，和EJB Descriptor文件。
在Sourceforge.net上看到一個叫做Barter的開源項目，利用xDoclet為類方法生成AspectJ代碼。
請注意，EJB Descriptor和AspectJ都是把方方面面的Aspects集中在一處進行管理，而xDoclet的思想是處理散布在源代碼中的各種tag。
xDoclet在生成EJB Descriptor和AspectJ等方面的應用，正應了中國的一句古話--分久必合，合久必分。
6．總結
開源項目的出現，打破了軟件技術領域的眾多壁壘，推動軟件技術進程的日新月異。
同時，一些新名詞，新概念也層出不窮，令人眼花繚亂，無所適從。其實，很多東西都是換湯不換藥，我們理解應用這些新技術的時候，要抓住本質，要破除迷信，破除任何人為的神秘感。
舉個例子，現在炒作的很熱的一些概念，"Web Service"，還有"Grid Computation"（網格計算），都是基于原有的各種技術發展出來的。媒體和技術文章不應該人為地制造任何神秘感。
互聯網時代的權威，不是說出來的，而是做出來的。
另外，圍繞著一些有前途的新技術，總會出現大量的"快速入門手冊"，有些簡直就是對該技術幫助文檔的翻譯，而且，有難度的地方沒有翻譯出來，大家都明白的地方翻譯得非常詳盡，詳盡到了沒有必要的地步。這種因為市場需求而產生的應景時文，大量地出現在技術文章領域。
筆者對本文的期望是，決不迷信，決不重復。并試圖引入一種潔凈的，毫無廢話的文風。筆者期待一針見血的駁斥和批評。
Enjoy it. J
Thanks.
關于作者
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王海龍 普通程序員。
Powered by Open Source。致力于做一個Architect，Solution Provider，Best Practice Provider。
希望有一天，有足夠的時間，精力和能力的時候，將把自己有限的一身所學的一點東西全部貢獻給Open Source Project。
你可以通過 buaawhl@sina.com與他聯系。
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posted on 2007-03-07 19:01
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