What is AspectJ
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:

  1. AspectJ是一个代码生成工具(Code Generator)。
  2. 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。
  3. 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)。
  4. 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。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. AspectJ读取TransactionAspect的定义,象第(4)步一样,发现了发现了一个pointcut--bankMethods()。
  7. 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。