彻底征服 Spring AOP 之 实战篇

摘要：接上一小节彻底征服之理论篇实战看了上面这么多的理论知识不知道大家有没有觉得枯燥哈不过不要急俗话说理论是实践的基础对有了基本的理论认识后我们来看一下下面几个具体的例子吧下面的几个例子是我在工作中所遇见的比较常用的的使用场景我精简了很多有干扰我

接上一小节彻底征服 Spring AOP 之 理论篇

看了上面这么多的理论知识, 不知道大家有没有觉得枯燥哈. 不过不要急, 俗话说理论是实践的基础, 对 Spring AOP 有了基本的理论认识后, 我们来看一下下面几个具体的例子吧.
下面的几个例子是我在工作中所遇见的比较常用的 Spring AOP 的使用场景, 我精简了很多有干扰我们学习的注意力的细枝末节, 以力求整个例子的简洁性.

下面几个 Demo 的源码都可以在我的 Github 上下载到.

首先让我们来想象一下如下场景: 我们需要提供的 HTTP RESTful 服务, 这个服务会提供一些比较敏感的信息, 因此对于某些接口的调用会进行调用方权限的校验, 而某些不太敏感的接口则不设置权限, 或所需要的权限比较低(例如某些监控接口, 服务状态接口等).
实现这样的需求的方法有很多, 例如我们可以在每个 HTTP 接口方法中对服务请求的调用方进行权限的检查, 当调用方权限不符时, 方法返回错误. 当然这样做并无不可, 不过如果我们的 api 接口很多, 每个接口都进行这样的判断, 无疑有很多冗余的代码, 并且很有可能有某个粗心的家伙忘记了对调用者的权限进行验证, 这样就会造成潜在的 bug.
那么除了上面的所说的方法外, 还有没有别的比较优雅的方式来实现呢? 当然有啦, 不然我在这啰嗦半天干嘛呢, 它就是我们今天的主角: AOP.

让我们来提炼一下我们的需求:

可以定制地为某些指定的 HTTP RESTful api 提供权限验证功能.

当调用方的权限不符时, 返回错误.

根据上面所提出的需求, 我们可以进行如下设计:

提供一个特殊的注解 AuthChecker, 这个是一个方法注解, 有此注解所标注的 Controller 需要进行调用方权限的认证.

利用 Spring AOP, 以 @annotation 切点标志符来匹配有注解 AuthChecker 所标注的 joinpoint.

在 advice 中, 简单地检查调用者请求中的 Cookie 中是否有我们指定的 token, 如果有, 则认为此调用者权限合法, 允许调用, 反之权限不合法, 范围错误.

根据上面的设计, 我们来看一下具体的源码吧.
首先是 AuthChecker 注解的定义:
AuthChecker.java:

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AuthChecker {
}

AuthChecker 注解是一个方法注解, 它用于注解 RequestMapping 方法.

有了注解的定义, 那我们再来看一下 aspect 的实现吧:
HttpAopAdviseDefine.java:

@Component
@Aspect
public class HttpAopAdviseDefine {

    // 定义一个 Pointcut, 使用 切点表达式函数 来描述对哪些 Join point 使用 advise.
    @Pointcut("@annotation(com.xys.demo1.AuthChecker)")
    public void pointcut() {
    }

    // 定义 advise
    @Around("pointcut()")
    public Object checkAuth(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes())
                .getRequest();

        // 检查用户所传递的 token 是否合法
        String token = getUserToken(request);
        if (!token.equalsIgnoreCase("123456")) {
            return "错误, 权限不合法!";
        }

        return joinPoint.proceed();
    }

    private String getUserToken(HttpServletRequest request) {
        Cookie[] cookies = request.getCookies();
        if (cookies == null) {
            return "";
        }
        for (Cookie cookie : cookies) {
            if (cookie.getName().equalsIgnoreCase("user_token")) {
                return cookie.getValue();
            }
        }
        return "";
    }
}

在这个 aspect 中, 我们首先定义了一个 pointcut, 以 @annotation 切点标志符来匹配有注解 AuthChecker 所标注的 joinpoint, 即:

// 定义一个 Pointcut, 使用 切点表达式函数 来描述对哪些 Join point 使用 advise.
@Pointcut("@annotation(com.xys.demo1.AuthChecker)")
public void pointcut() {
}

然后再定义一个 advice:

// 定义 advise
@Around("pointcut()")
public Object checkAuth(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
    HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes())
            .getRequest();

    // 检查用户所传递的 token 是否合法
    String token = getUserToken(request);
    if (!token.equalsIgnoreCase("123456")) {
        return "错误, 权限不合法!";
    }

    return joinPoint.proceed();
}

当被 AuthChecker 注解所标注的方法调用前, 会执行我们的这个 advice, 而这个 advice 的处理逻辑很简单, 即从 HTTP 请求中获取名为 user_token 的 cookie 的值, 如果它的值是 123456, 则我们认为此 HTTP 请求合法, 进而调用 joinPoint.proceed() 将 HTTP 请求转交给相应的控制器处理; 而如果user_token cookie 的值不是 123456, 或为空, 则认为此 HTTP 请求非法, 返回错误.

接下来我们来写一个模拟的 HTTP 接口:
DemoController.java:

@RestController
public class DemoController {
    @RequestMapping("/aop/http/alive")
    public String alive() {
        return "服务一切正常";
    }

    @AuthChecker
    @RequestMapping("/aop/http/user_info")
    public String callSomeInterface() {
        return "调用了 user_info 接口.";
    }
}

注意到上面我们提供了两个 HTTP 接口, 其中 接口 /aop/http/alive 是没有 AuthChecker 标注的, 而 /aop/http/user_info 接口则用到了 @AuthChecker 标注. 那么自然地, 当请求了 /aop/http/user_info 接口时, 就会触发我们所设置的权限校验逻辑.

接下来我们来验证一下, 我们所实现的功能是否有效吧.
首先在 Postman 中, 调用 /aop/http/alive 接口, 请求头中不加任何参数:

可以看到, 我们的 HTTP 请求完全没问题.

那么再来看一下请求 /aop/http/user_info 接口会怎样呢:

当我们请求 /aop/http/user_info 接口时, 服务返回一个权限异常的错误, 为什么会这样呢? 自然就是我们的权限认证系统起了作为: 当一个方法被调用并且这个方法有 AuthChecker 标注时, 那么首先会执行到我们的 around advice, 在这个 advice 中, 我们会校验 HTTP 请求的 cookie 字段中是否有携带 user_token 字段时, 如果没有, 则返回权限错误.
那么为了能够正常地调用 /aop/http/user_info 接口, 我们可以在 Cookie 中添加 user_token=123456, 这样我们可以愉快的玩耍了:

注意, Postman 默认是不支持 Cookie 的, 所以为了实现添加 Cookie 的功能, 我们需要安装 Postman 的 interceptor 插件. 安装方法可以看官网的文章

HTTP 接口鉴权

第二个 AOP 实例是记录一个方法调用的log. 这应该是一个很常见的功能了.
首先假设我们有如下需求:

某个服务下的方法的调用需要有 log: 记录调用的参数以及返回结果.

当方法调用出异常时, 有特殊处理, 例如打印异常 log, 报警等.

根据上面的需求, 我们可以使用 before advice 来在调用方法前打印调用的参数, 使用 after returning advice 在方法返回打印返回的结果. 而当方法调用失败后, 可以使用 after throwing advice 来做相应的处理.
那么我们来看一下 aspect 的实现:

@Component
@Aspect
public class LogAopAdviseDefine {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    // 定义一个 Pointcut, 使用 切点表达式函数 来描述对哪些 Join point 使用 advise.
    @Pointcut("within(NeedLogService)")
    public void pointcut() {
    }

    // 定义 advise
    @Before("pointcut()")
    public void logMethodInvokeParam(JoinPoint joinPoint) {
        logger.info("---Before method {} invoke, param: {}---", joinPoint.getSignature().toShortString(), joinPoint.getArgs());
    }

    @AfterReturning(pointcut = "pointcut()", returning = "retVal")
    public void logMethodInvokeResult(JoinPoint joinPoint, Object retVal) {
        logger.info("---After method {} invoke, result: {}---", joinPoint.getSignature().toShortString(), joinPoint.getArgs());
    }

    @AfterThrowing(pointcut = "pointcut()", throwing = "exception")
    public void logMethodInvokeException(JoinPoint joinPoint, Exception exception) {
        logger.info("---method {} invoke exception: {}---", joinPoint.getSignature().toShortString(), exception.getMessage());
    }
}

第一步, 自然是定义一个 pointcut, 以 within 切点标志符来匹配类 NeedLogService 下的所有 joinpoint, 即:

@Pointcut("within(NeedLogService)")
public void pointcut() {
}

接下来根据我们前面的设计, 我们分别定义了三个 advice, 第一个是一个 before advice:

@Before("pointcut()")
public void logMethodInvokeParam(JoinPoint joinPoint) {
    logger.info("---Before method {} invoke, param: {}---", joinPoint.getSignature().toShortString(), joinPoint.getArgs());
}

它在一个符合要求的 joinpoint 方法调用前执行, 打印调用的方法名和调用的参数.

第二个是 after return advice:

@AfterReturning(pointcut = "pointcut()", returning = "retVal")
public void logMethodInvokeResult(JoinPoint joinPoint, Object retVal) {
    logger.info("---After method {} invoke, result: {}---", joinPoint.getSignature().toShortString(), joinPoint.getArgs());
}

这个 advice 会在方法调用成功后打印出方法名还反的参数.

最后一个是 after throw advice:

@AfterThrowing(pointcut = "pointcut()", throwing = "exception")
public void logMethodInvokeException(JoinPoint joinPoint, Exception exception) {
    logger.info("---method {} invoke exception: {}---", joinPoint.getSignature().toShortString(), exception.getMessage());
}

这个 advice 会在指定的 joinpoint 抛出异常时执行, 打印异常的信息.

接下来我们再写两个 Service 类:
NeedLogService.java:

@Service
public class NeedLogService {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    private Random random = new Random(System.currentTimeMillis());

    public int logMethod(String someParam) {
        logger.info("---NeedLogService: logMethod invoked, param: {}---", someParam);
        return random.nextInt();
    }

    public void exceptionMethod() throws Exception {
        logger.info("---NeedLogService: exceptionMethod invoked---");
        throw new Exception("Something bad happened!");
    }
}

NormalService.java:

@Service
public class NormalService {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    public void someMethod() {
        logger.info("---NormalService: someMethod invoked---");
    }
}

根据我们 pointcut 的规则, 类 NeedLogService 下的所有方法都会被织入 advice, 而类 NormalService 则不会.

最后我们分别调用这几个方法:

@PostConstruct
public void test() {
    needLogService.logMethod("xys");
    try {
        needLogService.exceptionMethod();
    } catch (Exception e) {
        // Ignore
    }
    normalService.someMethod();
}

我们可以看到有如下输出:

---Before method NeedLogService.logMethod(..) invoke, param: [xys]---
---NeedLogService: logMethod invoked, param: xys---
---After method NeedLogService.logMethod(..) invoke, result: [xys]---

---Before method NeedLogService.exceptionMethod() invoke, param: []---
---NeedLogService: exceptionMethod invoked---
---method NeedLogService.exceptionMethod() invoke exception: Something bad happened!---

---NormalService: someMethod invoked---

根据 log, 我们知道, NeedLogService.logMethod 执行的前后确实有 advice 执行了, 并且在 NeedLogService.exceptionMethod 抛出异常后, logMethodInvokeException 这个 advice 也被执行了. 而由于 pointcut 的匹配规则, 在 NormalService 类中的方法则不会织入 advice.

方法调用日志

作为程序员, 我们都知道服务监控对于一个服务能够长期稳定运行的重要性, 因此很多公司都有自己内部的监控报警系统, 或者是使用一些开源的系统, 例如小米的 Falcon 监控系统.

那么在程序监控中, AOP 有哪些用武之地呢? 我们来假想一下如下场景:

有一天, leader 对小王说, "小王啊, 你负责的那个服务不太稳定啊, 经常有超时发生! 你有对这些服务接口进行过耗时统计吗?"
耗时统计? 小王嘀咕了, 小声的回答到: "还没有加呢."
leader: "你看着办吧, 我明天要看到各个时段的服务接口调用的耗时分布!"
小王这就犯难了, 虽然说计算一个方法的调用耗时并不是一个很难的事情, 但是整个服务有二十来个接口呢, 一个一个地添加统计代码, 那还不是要累死人了.
看着同事一个一个都下班回家了, 小王眉头更加紧了. 不过此时小王灵机一动: "噫, 有了!".
小王想到了一个好方法, 立即动手, 吭哧吭哧地几分钟就搞定了.

那么小王的解决方法是什么呢? 自然是我们的主角 AOP 啦.

首先让我们来提炼一下需求:

为服务中的每个方法调用进行调用耗时记录.

将方法调用的时间戳, 方法名, 调用耗时上报到监控平台

有了需求, 自然设计实现就很简单了. 首先我们可以使用 around advice, 然后在方法调用前, 记录一下开始时间, 然后在方法调用结束后, 记录结束时间, 它们的时间差就是方法的调用耗时.

我们来看一下具体的 aspect 实现:

ExpiredAopAdviseDefine.java:

@Component
@Aspect
public class ExpiredAopAdviseDefine {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());

    // 定义一个 Pointcut, 使用 切点表达式函数 来描述对哪些 Join point 使用 advise.
    @Pointcut("within(SomeService)")
    public void pointcut() {
    }

    // 定义 advise
    // 定义 advise
    @Around("pointcut()")
    public Object methodInvokeExpiredTime(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        // 开始
        Object retVal = pjp.proceed();
        stopWatch.stop();
        // 结束

        // 上报到公司监控平台
        reportToMonitorSystem(pjp.getSignature().toShortString(), stopWatch.getTotalTimeMillis());

        return retVal;
    }


    public void reportToMonitorSystem(String methodName, long expiredTime) {
        logger.info("---method {} invoked, expired time: {} ms---", methodName, expiredTime);
        //
    }
}

aspect 一开始定义了一个 pointcut, 匹配 SomeService 类下的所有的方法.
接着呢, 定义了一个 around advice:

@Around("pointcut()")
public Object methodInvokeExpiredTime(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    // 开始
    Object retVal = pjp.proceed();
    stopWatch.stop();
    // 结束

    // 上报到公司监控平台
    reportToMonitorSystem(pjp.getSignature().toShortString(), stopWatch.getTotalTimeMillis());

    return retVal;
}

advice 中的代码也很简单, 它使用了 Spring 提供的 StopWatch 来统计一段代码的执行时间. 首先我们先调用 stopWatch.start() 开始计时, 然后通过 pjp.proceed() 来调用我们实际的服务方法, 当调用结束后, 通过 stopWatch.stop() 来结束计时.

接着我们来写一个简单的服务, 这个服务提供一个 someMethod 方法用于模拟一个耗时的方法调用:
SomeService.java:

@Service
public class SomeService {
    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    private Random random = new Random(System.currentTimeMillis());

    public void someMethod() {
        logger.info("---SomeService: someMethod invoked---");
        try {
            // 模拟耗时任务
            Thread.sleep(random.nextInt(500));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这样当 SomeService 类下的方法调用时, 我们所提供的 advice 就会被执行, 因此就可以自动地为我们统计此方法的调用耗时, 并自动上报到监控系统中了.
看到 AOP 的威力了吧, 我们这里仅仅使用了寥寥数语就把一个需求完美地解决了, 并且还与原来的业务逻辑完全解耦, 扩展及其方便.

方法耗时统计

通过上面的几个简单例子, 我们对 Spring AOP 的使用应该有了一个更为深入的了解了. 其实 Spring AOP 的使用的地方不止这些, 例如 Spring 的 声明式事务 就是在 AOP 之上构建的. 读者朋友也可以根据自己的实际业务场景, 合理使用 Spring AOP, 发挥它的强大功能!

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