Spring AOP 源码浅析——拦截器链的执行过程

2019-03-21 Spring 0 评论

在前面的两篇文章中，我们分别分析了 Spring AOP 是如何为目标 bean 筛选合适的通知器，以及如何创建代理对象的过程。现在我们得到了 bean 的代理对象，且通知也以合适的方式插在了目标方法的前后。接下来要做的事情，就是执行通知逻辑了。通知可能在目标方法前执行，也可能在目标方法后执行。具体的执行时机，取决于用户的配置。当目标方法被多个通知匹配到时，Spring 通过引入拦截器链来保证每个通知的正常执行。在本文中，我们将会通过源码了解到 Spring 是如何支持 expose-proxy 属性的，以及通知与拦截器之间的关系，拦截器链的执行过程等。

1、背景知识

关于 expose-proxy，我们先来说说它有什么用，然后再来说说怎么用。Spring 引入 expose-proxy 特性是为了解决目标方法调用同对象中其他方法时，其他方法的切面逻辑无法执行的问题。如下：

@Component("car")
public class CarImpl implements Car{
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("car run...");
    }

    @Override
    public void stop() {
        this.run();
        System.out.println("car stop");
    }
}

当我们执行 stop 方法时，会去调用 run 方法。但这里调用的只是原始的 run 方法而不是被 AOP 增强过的。这是因为这里调用 run 方法的主体，是 this 而不是代理对象。但我们又不可能在编写代码的时候就获取到代理对象，因为代理对象是动态生成的。所以 Spring 提供了一种机制可以动态获取到当前的代理对象。如下：

@SpringBootApplication
@EnableAspectJAutoProxy(exposeProxy = true)
public class DemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // ...
    }

}

然后在调用处就可以获取到代理对象：

@Component("car")
public class CarImpl implements Car{
    @Override
    public void run(){
        System.out.println("car run...");
    }

    @Override
    public void stop() {
         // 获取到代理对象
        ((Car)AopContext.currentProxy()).run();
        System.out.println("car stop");
    }
}

如上，AopContext.currentProxy()用于获取当前的代理对象。当 expose-proxy 被配置为 true 时，该代理对象会被放入 ThreadLocal 中，我们就可以获取到了。

2、源码分析

本章所分析的源码来自 JdkDynamicAopProxy，至于 CglibAopProxy 中的源码，大家若有兴趣可以自己去看一下。

2.1 JDK 动态代理逻辑分析

对于 JDK 动态代理，代理逻辑封装在 InvocationHandler 接口实现类的 invoke 方法中。JdkDynamicAopProxy 实现了 InvocationHandler 接口，下面我们就来分析一下 JdkDynamicAopProxy 的 invoke 方法。如下：

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    MethodInvocation invocation;
    Object oldProxy = null;
    boolean setProxyContext = false;

    TargetSource targetSource = this.advised.targetSource;
    Class<?> targetClass = null;
    Object target = null;

    try {
        // 省略部分代码
        Object retVal;

        // 如果 expose-proxy 属性为 true，则暴露代理对象
        if (this.advised.exposeProxy) {
            // 向 AopContext 中设置代理对象
            oldProxy = AopContext.setCurrentProxy(proxy);
            setProxyContext = true;
        }

        // 获取适合当前方法的拦截器
        List<Object> chain = this.advised.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(method, targetClass);

        // 如果拦截器链为空，则直接执行目标方法
        if (chain.isEmpty()) {
            Object[] argsToUse = AopProxyUtils.adaptArgumentsIfNecessary(method, args);
            // 通过反射执行目标方法
            retVal = AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(target, method, argsToUse);
        }
        else {
            // 创建一个方法调用器，并将拦截器链传入其中
            invocation = new ReflectiveMethodInvocation(proxy, target, method, args, targetClass, chain);
            // 执行拦截器链
            retVal = invocation.proceed();
        }

        // 获取方法返回值类型
        Class<?> returnType = method.getReturnType();
        if (retVal != null && retVal == target &&
                returnType != Object.class && returnType.isInstance(proxy) &&
                !RawTargetAccess.class.isAssignableFrom(method.getDeclaringClass())) {
            // 如果方法返回值为 this，即 return this; 则将代理对象 proxy 赋值给 retVal 
            retVal = proxy;
        }
        // 如果返回值类型为基础类型，比如 int，long 等，当返回值为 null，抛出异常
        else if (retVal == null && returnType != Void.TYPE && returnType.isPrimitive()) {
            throw new AopInvocationException(
                    "Null return value from advice does not match primitive return type for: " + method);
        }
        return retVal;
    }
    finally {
        if (target != null && !targetSource.isStatic()) {
            targetSource.releaseTarget(target);
        }
        if (setProxyContext) {
            AopContext.setCurrentProxy(oldProxy);
        }
    }
}

如上，上面的代码我做了比较详细的注释。下面我们来总结一下 invoke 方法的执行流程，如下：

检测 expose-proxy 是否为 true，若为 true，则暴露代理对象
获取适合当前方法的拦截器
如果拦截器链为空，则直接通过反射执行目标方法
若拦截器链不为空，则创建方法调用 ReflectiveMethodInvocation 对象
调用 ReflectiveMethodInvocation 对象的 proceed() 方法启动拦截器链
处理返回值，并返回该值

在以上6步中，我们重点关注第2步和第5步中的逻辑。第2步用于获取拦截器链，第5步则是启动拦截器链。下面先来分析获取拦截器链的过程。

2.2 获取所有的拦截器

所谓的拦截器，顾名思义，是指用于对目标方法的调用进行拦截的一种工具。拦截器的源码比较简单，所以我们直接看源码好了。下面以前置通知拦截器为例，如下：

public class MethodBeforeAdviceInterceptor implements MethodInterceptor, Serializable {
    
    /** 前置通知 */
    private MethodBeforeAdvice advice;

    public MethodBeforeAdviceInterceptor(MethodBeforeAdvice advice) {
        Assert.notNull(advice, "Advice must not be null");
        this.advice = advice;
    }

    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation mi) throws Throwable {
        // 执行前置通知逻辑
        this.advice.before(mi.getMethod(), mi.getArguments(), mi.getThis());
        // 通过 MethodInvocation 调用下一个拦截器，若所有拦截器均执行完，则调用目标方法
        return mi.proceed();
    }
}

如上，前置通知的逻辑在目标方法执行前被执行。这里先简单介绍一下拦截器是什么，关于拦截器更多的描述将放在下一节中。本节我们先来看看如何如何获取拦截器，如下：

public List<Object> getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(Method method, Class<?> targetClass) {
    MethodCacheKey cacheKey = new MethodCacheKey(method);
    // 从缓存中获取
    List<Object> cached = this.methodCache.get(cacheKey);
    // 缓存未命中，则进行下一步处理
    if (cached == null) {
        // 获取所有的拦截器
        cached = this.advisorChainFactory.getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(
                this, method, targetClass);
        // 存入缓存
        this.methodCache.put(cacheKey, cached);
    }
    return cached;
}

public List<Object> getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice(
        Advised config, Method method, Class<?> targetClass) {

    List<Object> interceptorList = new ArrayList<Object>(config.getAdvisors().length);
    Class<?> actualClass = (targetClass != null ? targetClass : method.getDeclaringClass());
    boolean hasIntroductions = hasMatchingIntroductions(config, actualClass);
    // registry 为 DefaultAdvisorAdapterRegistry 类型
    AdvisorAdapterRegistry registry = GlobalAdvisorAdapterRegistry.getInstance();

    // 遍历通知器列表
    for (Advisor advisor : config.getAdvisors()) {
        if (advisor instanceof PointcutAdvisor) {
            PointcutAdvisor pointcutAdvisor = (PointcutAdvisor) advisor;
            
            // 调用 ClassFilter 对 bean 类型进行匹配，无法匹配则说明当前通知器不适合应用在当前 bean 上
            if (config.isPreFiltered() || pointcutAdvisor.getPointcut().getClassFilter().matches(actualClass)) {
                // 将 advisor 中的 advice 转成相应的拦截器
                MethodInterceptor[] interceptors = registry.getInterceptors(advisor);
                MethodMatcher mm = pointcutAdvisor.getPointcut().getMethodMatcher();
                // 通过方法匹配器对目标方法进行匹配
                if (MethodMatchers.matches(mm, method, actualClass, hasIntroductions)) {
                    // 若 isRuntime 返回 true，则表明 MethodMatcher 要在运行时做一些检测
                    if (mm.isRuntime()) {
                        for (MethodInterceptor interceptor : interceptors) {
                            interceptorList.add(new InterceptorAndDynamicMethodMatcher(interceptor, mm));
                        }
                    }
                    else {
                        interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));
                    }
                }
            }
        }
        else if (advisor instanceof IntroductionAdvisor) {
            IntroductionAdvisor ia = (IntroductionAdvisor) advisor;
            // IntroductionAdvisor 类型的通知器，仅需进行类级别的匹配即可
            if (config.isPreFiltered() || ia.getClassFilter().matches(actualClass)) {
                Interceptor[] interceptors = registry.getInterceptors(advisor);
                interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));
            }
        }
        else {
            Interceptor[] interceptors = registry.getInterceptors(advisor);
            interceptorList.addAll(Arrays.asList(interceptors));
        }
    }

    return interceptorList;
}

public MethodInterceptor[] getInterceptors(Advisor advisor) throws UnknownAdviceTypeException {
    List<MethodInterceptor> interceptors = new ArrayList<MethodInterceptor>(3);
    Advice advice = advisor.getAdvice();
    
    // 若 advice 是 MethodInterceptor 类型的，直接添加到 interceptors 中即可。比如 AspectJAfterAdvice 就实现了 MethodInterceptor 接口
    if (advice instanceof MethodInterceptor) {
        interceptors.add((MethodInterceptor) advice);
    }

    // 对于 AspectJMethodBeforeAdvice 等类型的通知，由于没有实现 MethodInterceptor 接口，所以这里需要通过适配器进行转换
    for (AdvisorAdapter adapter : this.adapters) {
        if (adapter.supportsAdvice(advice)) {
            interceptors.add(adapter.getInterceptor(advisor));
        }
    }
    if (interceptors.isEmpty()) {
        throw new UnknownAdviceTypeException(advisor.getAdvice());
    }
    return interceptors.toArray(new MethodInterceptor[interceptors.size()]);
}

以上就是获取拦截器的过程，代码有点长，不过好在逻辑不是很复杂。这里简单总结一下以上源码的执行过程，如下：

从缓存中获取当前方法的拦截器链
若缓存未命中，则调用 getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice 获取拦截器链
遍历通知器列表
对于 PointcutAdvisor 类型的通知器，这里要调用通知器所持有的切点（Pointcut）对类和方法进行匹配，匹配成功说明应向当前方法织入通知逻辑
调用 getInterceptors 方法对非 MethodInterceptor 类型的通知进行转换
返回拦截器数组，并在随后存入缓存中

这里需要说明一下，部分通知器是没有实现 MethodInterceptor 接口的，比如 AspectJMethodBeforeAdvice。我们可以看一下前置通知适配器是如何将前置通知转为拦截器的，如下：

class MethodBeforeAdviceAdapter implements AdvisorAdapter, Serializable {

    @Override
    public boolean supportsAdvice(Advice advice) {
        return (advice instanceof MethodBeforeAdvice);
    }

    @Override
    public MethodInterceptor getInterceptor(Advisor advisor) {
        MethodBeforeAdvice advice = (MethodBeforeAdvice) advisor.getAdvice();
        // 创建 MethodBeforeAdviceInterceptor 拦截器
        return new MethodBeforeAdviceInterceptor(advice);
    }
}

如上，适配器的逻辑比较简单，这里就不多说了。
现在我们已经获得了拦截器链，那接下来要做的事情就是启动拦截器了。所以接下来，我们一起去看看 Sring 是如何让拦截器链运行起来的。

2.3 启动拦截器链

2.3.1 执行拦截器链

本节的开始，我们先来说说 ReflectiveMethodInvocation。ReflectiveMethodInvocation 贯穿于拦截器链执行的始终，可以说是核心。该类的 proceed 方法用于启动启动拦截器链，下面我们去看看这个方法的逻辑。

public class ReflectiveMethodInvocation implements ProxyMethodInvocation {

    private int currentInterceptorIndex = -1;

    public Object proceed() throws Throwable {
        // 拦截器链中的最后一个拦截器执行完后，即可执行目标方法
        if (this.currentInterceptorIndex == this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.size() - 1) {
            // 执行目标方法
            return invokeJoinpoint();
        }

        Object interceptorOrInterceptionAdvice = this.interceptorsAndDynamicMethodMatchers.get(++this.currentInterceptorIndex);
        if (interceptorOrInterceptionAdvice instanceof InterceptorAndDynamicMethodMatcher) {
            InterceptorAndDynamicMethodMatcher dm = (InterceptorAndDynamicMethodMatcher) interceptorOrInterceptionAdvice;
            /*
             * 调用具有三个参数（3-args）的 matches 方法动态匹配目标方法，
             * 两个参数（2-args）的 matches 方法用于静态匹配
             */
            if (dm.methodMatcher.matches(this.method, this.targetClass, this.arguments)) {
                // 调用拦截器逻辑
                return dm.interceptor.invoke(this);
            }
            else {
                // 如果匹配失败，则忽略当前的拦截器
                return proceed();
            }
        }
        else {
            // 调用拦截器逻辑，并传递 ReflectiveMethodInvocation 对象
            return ((MethodInterceptor) interceptorOrInterceptionAdvice).invoke(this);
        }
    }
}

如上，proceed 根据 currentInterceptorIndex 来确定当前应执行哪个拦截器，并在调用拦截器的 invoke 方法时，将自己作为参数传给该方法。前面的章节中，我们看过了前置拦截器的源码，这里来看一下后置拦截器源码。如下：

public class AspectJAfterAdvice extends AbstractAspectJAdvice implements MethodInterceptor, AfterAdvice, Serializable {

    public AspectJAfterAdvice(Method aspectJBeforeAdviceMethod, AspectJExpressionPointcut pointcut, AspectInstanceFactory aif) {
        super(aspectJBeforeAdviceMethod, pointcut, aif);
    }


    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation mi) throws Throwable {
        try {
            // 调用 proceed
            return mi.proceed();
        }
        finally {
            // 调用后置通知逻辑
            invokeAdviceMethod(getJoinPointMatch(), null, null);
        }
    }

    //...
}

如上，由于后置通知需要在目标方法返回后执行，所以 AspectJAfterAdvice 先调用 mi.proceed() 执行下一个拦截器逻辑，等下一个拦截器返回后，再执行后置通知逻辑。如果大家不太理解的话，先看个图。这里假设目标方法 method 在执行前，需要执行两个前置通知和一个后置通知。下面我们看一下由三个拦截器组成的拦截器链是如何执行的，如下：

2.3.2 执行目标方法

最后是目标方法的执行，执行过程比较简单，如下：

protected Object invokeJoinpoint() throws Throwable {
    return AopUtils.invokeJoinpointUsingReflection(this.target, this.method, this.arguments);
}

public abstract class AopUtils {
    public static Object invokeJoinpointUsingReflection(Object target, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {

        try {
            ReflectionUtils.makeAccessible(method);
            // 通过反射执行目标方法
            return method.invoke(target, args);
        }
        catch (InvocationTargetException ex) {...}
        catch (IllegalArgumentException ex) {...}
        catch (IllegalAccessException ex) {...}
    }
}

目标方法时通过反射执行的，比较简单的吧。好了，就不多说了，over。

3、总结

AOP相关的文章到这里就结束了，我们最后来回顾一下拦截器链的执行过程。在执行拦截器链的时候，我们已经生成了代理对象，在 JDK 方式下这个代理对象内部包含了一个 JdkDynamicAopProxy 对象，这是一个实现了 InvocationHandler，所以在我们调用代理对象的被增强的方法是就是在直接执行 JdkDynamicAopProxy 的 invoke 方法。JdkDynamicAopProxy 是生成代理对象的时候传送进来的，它里面包含了所有匹配到这个代理对象的 advisor。我们在调用方法的时候，会进入 JdkDynamicAopProxy 的 invoke 方法，这个方法会首先获取匹配当前方法的拦截器，所谓拦截器是由 advisor 生成的，里面包含了那个 advisor 的 advice。生成后的拦截器链会加入缓存中，下次调用该方法时就不用重新生成。拦截器的执行是通过责任链模式执行，责任链是由一个 MethodInterceptor 对象的 process 方法发起，调用各拦截器的 invoke，再由 invoke 回调 process 方法来执行的。不同拦截器的触发时间不一样，这个是由拦截器内部调用回调方法 process 的时机决定的。process 最后会通过反射执行目标方法，这不代表目标方法一定会在通知逻辑之后执行，因为有些拦截器会把通知逻辑放在回调函数之后执行。

huzb

念念不忘，必有回响