What is AspectJ
王海龙
2003 年 7 月 01 日
网上出现了很多讲解AspectJ的资料，但大多是从讲解AspectJ语法开始,本文从另一个角度讲解AspectJ，作者着重介绍了AspectJ的设计思路和运行原理。
1. 序
Aspect Oriented Programming (AOP)是近来一个比较热门的话题。
AspectJ是AOP的Java语言的实现，获得了Java程序员的广泛关注。
关于AspectJ和AOP的具体资料，请从下列链接中查找：
http://www.eclipse.org/aspectj/
http://www.parc.com/research/csl/projects/aspectj/
http://aosd.net/
网上出现了很多讲解AspectJ的资料，但大多是从讲解AspectJ语法开始，然后讲解如何应用AspectJ，如何分离软件开发过程的不同方面（Aspect）--Log，Session，Authentication and Authorization，Transaction，等等。
初次接触AspectJ的读者看到这些资料（或者语法手册），会感到AspectJ有些神秘。他们想知道，AspectJ是如何做到这些的？AspectJ是怎样工作的？AspectJ需要特殊的运行环境吗？
本文从另一个角度讲解AspectJ，本文从讲解AspectJ的设计思路、运行原理入手，回答上述问题。
本文讲解的主要内容，按照概念的重要程度，排列如下：
- AspectJ是一个代码生成工具（Code Generator）。
- AspectJ语法就是用来定义代码生成规则的语法。您如果使用过Java Compiler Compiler (JavaCC)，您会发现，两者的代码生成规则的理念惊人相似。
- AspectJ有自己的语法编译工具，编译的结果是Java Class文件，运行的时候，classpath需要包含AspectJ的一个jar文件（Runtime lib）。
- AspectJ和xDoclet的比较。AspectJ和EJB Descriptor的比较。
本文的原则是，只细讲其他资料没有讲到的东西，其他资料讲过的东西，不讲或略讲。以节省网络资源，更为了节省大家宝贵的时间。J
2．Aspect Oriented Programming (AOP)
本节简单介绍AOP的概念，解释我们为什么需要AOP。
AOP是Object Oriented Programming（OOP）的补充。
OOP能够很好地解决对象的数据和封装的问题，却不能很好的解决Aspect（"方面"）分离的问题。下面举例具体说明。
比如，我们有一个Bank（银行）类。Bank有两个方法，deposit（存钱）和withdraw（取钱）。
类和方法的定义如下：
Code 2.1 Bank.java
class Bank{
public float deposit(AccountInfo account, float money){
// 增加account账户的钱数，返回账户里当前的钱数
}
public float withdraw(AccountInfo account, float money){
// 减少account账户的钱数，返回取出的钱数
}
};
|
这两个方法涉及到用户的账户资金等重要信息，必须要非常小心，所以编写完上面的商业逻辑之后，项目负责人又提出了新的要求--给Bank类的每个重要方法加上安全认证特性。
于是，我们不得不分别在上面的两个方法中加入安全认证的代码。
类和方法的定义如下：（新增加的代码用不同的背景标出）
Code 2.2 Bank.java
class Bank{
public float deposit(AccountInfo account, float money){
// 验证account是否为合法用户
// 增加account账户的钱数，返回账户里当前的钱数
}
public float withdraw(AccountInfo account, float money){
// 验证account是否为合法用户
// 减少account账户的钱数，返回取出的钱数
}
};
|
这两个方法都需要操作数据库，为了保持数据完整性，项目负责人又提出了新的要求--给Bank类的每个操作数据库的方法加上事务控制。
于是，我们不得不分别在上面的两个方法中加入安全认证的代码。
类和方法的定义如下：（新增加的代码用不同的背景标出）
Code 2.3 Bank.java
class Bank{
public float deposit(AccountInfo account, float money){
// 验证account是否为合法用户
// Begin Transaction
// 增加account账户的钱数，返回账户里当前的钱数
// End Transaction
}
public float withdraw(AccountInfo account, float money){
// 验证account是否为合法用户
// Begin Transaction
// 减少account账户的钱数，返回取出的钱数
// End Transaction
}
};
|
我们看到，这些与商业逻辑无关的重复代码遍布在整个程序中。实际的工程项目中涉及到的类和函数，远远不止两个。如何解决这种问题？
我们首先来看看OOP能否解决这个问题。
我们利用Design Pattern的Template Pattern，可以抽出一个框架，改变上面的例子的整个设计结构。
类和方法的定义如下：
Code 2.4 Base.java
abstract class Base{
public float importantMethod(AccountInfo account, float money){
// 验证account是否为合法用户
// 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账户的钱数，返回账户里当前的钱数
}
};
Code 2.6 BankWithdraw.java
class BankWithdraw extends Base{
protected float yourBusiness(AccountInfo account, float money){
// 减少account账户的钱数，返回取出的钱数
}
};
|
这里我们用一种很勉强的方法实现了认证和事务代码的重用。而且，有心的读者可能会注意到，这种方法的前提是，强制所有的方法都遵守同样的signature。
如果有一个转账方法transfer(AccountInfo giver, AccountInfo receiver, float money)，由于transfer方法的signature不同于yourBusiness的signature，这个方法无法使用上面的框架。
这个例子中提到的认证，事务等方面，就是AOP所关心的Aspect。
AOP就是为了解决这种问题而出现的。AOP的目的就是--Separation of Aspects (or Separation of Concerns).
下面的章节，解释EJB Descriptor，AspectJ，xDoclet等工具如何解决Separation of Aspects的问题。
3．EJB Descriptor
如果我们使用EJB实现上面的例子，Bank类可以作为一个Stateless Session Bean实现。
在Bank的代码中只用考虑商业逻辑，不用考虑认证和事务等方面。
认证和事务等方面在EJB Descriptor中定义，由EJB Container提供这些方面的实现。
我们来看一下，如何使用EJB Descriptor描述上面的例子。
EJB Descriptor包括一个ejb-jar.xml文件。ejb-jar.xml文件包含两大部分，enterprise-beans和assembly-descriptor部分。enterprise-beans部分包含EJB的定义--JNDI Name，EJB Home, Interface, Bean Class Path等；assembly-descriptor部分包括配置信息的定义--安全角色，事务控制等等。
下面给出上面例子对应的模拟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>
|
本文后面会讲到如何用AspectJ实现上例中的Separation of Aspects。
读者可以比较一下AspectJ语法和EJB Descriptor定义之间的对应关系。
两者都提供了类名、方法名的匹配规则，能够把类的方法映射到认证，事务等Aspect（方面）。
4．AspectJ
这一节我们来看看AspectJ如何实现上例中的Separation of Aspects。
使用AspectJ，我们不用对原有的代码做任何修改，就可以为代码提供不同的Aspect（方面）--比如，认证，事务等。
我们只需要提供两个不同的Aspect--认证Aspect和事务Aspect。
Code 4.1 AuthAspect.java
aspect AuthAspect{
pointcut bankMethods() : execution (* Bank.deposit(…)) || execution (* Bank. withdraw (…));
Object around(): bankMethods(){
// 验证account是否为合法用户
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;
}
};
|
如果您暂时不能理解这段代码，没有关系，后面会讲到，这些aspect的定义，不过是定义了一些代码生成规则。
我们用AspectJ编译器编译Bank文件和含有aspect的这个文件，出来的结果就是带有安全认证和事务处理的Bank类。编译出来的这个Bank类调用了AspectJ Runtime Lib，所以，如果你要运行这个Bank类，你需要把AspectJ Runtime Lib设置在你的classpath里面。
我们来看看，AspectJ编译器为我们做了什么事情。
- 首先，AspectJ从文件列表里取出所有的文件名，然后读取这些文件，进行分析。
- AspectJ发现一些文件含有aspect的定义，在这个例子里，就是AuthAspect和TransactionAspect的定义；这些aspect就是代码生成规则。
- AspectJ根据这些aspect代码生成规则，修改添加你的源代码。在这个例子里，就是修改添加Bank文件。
- AspectJ读取AuthAspect的定义，发现了一个pointcut--bankMethods()；这个pointcut的定义是execution(* Bank.deposit(…)) || execution(* Bank. withdraw (…))，表示所有对Bank类的deposit和withdraw方法的执行点。
- AspectJ继续读取AuthAspect的定义，发现了一个around()，这在AspectJ中叫做Advice，我不明白为什么叫这个名字，不过没关系，我们只要知道它是干什么的就行了。Advice允许你在某个类的方法的调用之前或调用之后，加入另外的代码。Code 4.1所示代码中的around()的" // 验证account是否为合法用户"部分，就是要加入的代码。这段代码要加在哪里呢？around()后面跟了一个pointcut--bankMethods()。根据这个pointcut，AspectJ会把这段代码加入到Bank.deposit和Bank.withdraw两个方法的执行之前。达到的效果就如同Code 2.2所示。
- AspectJ读取TransactionAspect的定义，象第（4）步一样，发现了发现了一个pointcut--bankMethods()。
- AspectJ继续读取AuthAspect的定义，发现了一个around()。这次AspectJ把"Begin Transaction"和"End Transaction"两段代码加在Bank.deposit和Bank. withdraw两个方法的执行前后。达到的效果就如同Code 2.3所示。
如何验证这一点？您可以到 http://www.eclipse.org/aspectj/下载安装AspectJ，编译里面的Sample，把编译结果反编译一下，就可以看到AspetJ自动生成的代码。
我们看到，AspectJ是一种代码自动生成工具。你编写一段通用的代码，比如认证方面的代码，事务方面的代码，然后根据AspectJ语法定义一套代码生成规则（aspect定义），AspectJ就会帮助你自动把这段通用代码分布到对应的代码里面去，简单快捷，算无遗策。
无独有偶，一个著名的编译器生成工具--Java Compiler Compiler (JavaCC)，也采用了非常相似的代码生成机制。JavaCC允许你在语法定义规则文件中，加入你自己的Java代码，用来处理读入的各种语法元素。
AspectJ令你的代码更精简，结构更良好。AspectJ的好处，我就不多说了，网上很多精彩的文章探讨AspectJ的各种用途。
下面介绍一个著名的代码自动生成器--xDoclet，和EJB Descriptor，AspectJ之间的联系和比较。
5．xDoclet
我们知道，Doclet用来生成Javadoc，xDoclet是Doclet的扩展，不仅仅能生成Javadoc，还能够生成源代码和配置信息等。
Doclet和xDoclet的工作原理，就是处理源代码中的注释中的tag，生成相应的信息。这些tag都以@开头，你可以自己定义tag和对tag的处理，生成自定义的信息。
（这里提一下Apache Maven Project。Maven是一种Project Build工具。用Maven进行管理的项目，能够同时生成Javadoc和XRef。XRef是Source Code Cross Reference。)
JBoss就利用xDoclet为EJB自动生成EJB Home和EJB Object Interface源文件，和EJB Descriptor文件。
在Sourceforge.net上看到一个叫做Barter的开源项目，利用xDoclet为类方法生成AspectJ代码。
请注意，EJB Descriptor和AspectJ都是把方方面面的Aspects集中在一处进行管理，而xDoclet的思想是处理散布在源代码中的各种tag。
xDoclet在生成EJB Descriptor和AspectJ等方面的应用，正应了中国的一句古话--分久必合，合久必分。
6．总结
开源项目的出现，打破了软件技术领域的众多壁垒，推动软件技术进程的日新月异。
同时，一些新名词，新概念也层出不穷，令人眼花缭乱，无所适从。其实，很多东西都是换汤不换药，我们理解应用这些新技术的时候，要抓住本质，要破除迷信，破除任何人为的神秘感。
举个例子，现在炒作的很热的一些概念，"Web Service"，还有"Grid Computation"（网格计算），都是基于原有的各种技术发展出来的。媒体和技术文章不应该人为地制造任何神秘感。
互联网时代的权威，不是说出来的，而是做出来的。
另外，围绕着一些有前途的新技术，总会出现大量的"快速入门手册"，有些简直就是对该技术帮助文档的翻译，而且，有难度的地方没有翻译出来，大家都明白的地方翻译得非常详尽，详尽到了没有必要的地步。这种因为市场需求而产生的应景时文，大量地出现在技术文章领域。
笔者对本文的期望是，决不迷信，决不重复。并试图引入一种洁净的，毫无废话的文风。笔者期待一针见血的驳斥和批评。
Enjoy it. J
Thanks.
关于作者
王海龙 普通程序员。
Powered by Open Source。致力于做一个Architect，Solution Provider，Best Practice Provider。
希望有一天，有足够的时间，精力和能力的时候，将把自己有限的一身所学的一点东西全部贡献给Open Source Project。
你可以通过 buaawhl@sina.com与他联系。 |