Spring AOP 源码分析 - 拦截器链的执行过程

1.简介

本篇文章是 AOP 源码分析系列文章的最后一篇文章,在前面的两篇文章中,我分别介绍了 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。现在我们的得到了 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。和上一篇文章一样,在进行源码分析前,我们先来了解一些背景知识。好了,下面进入正题吧。

2.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。这个解释可能不好理解,不直观。那下面我来演示一下它的用法,大家就知道是怎么回事了。我们先来看看 expose-proxy 是怎样配置的,如下:

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<bean id="hello" class="xyz.coolblog.aop.Hello"/>
<bean id="aopCode" class="xyz.coolblog.aop.AopCode"/>

<aop:aspectj-autoproxy expose-proxy="true" />

<aop:config expose-proxy="true">
<aop:aspect id="myaspect" ref="aopCode">
<aop:pointcut id="helloPointcut" expression="execution(* xyz.coolblog.aop.*.hello*(..))" />
<aop:before method="before" pointcut-ref="helloPointcut" />
</aop:aspect>
</aop:config>

如上,expose-proxy 可配置在 <aop:config/><aop:aspectj-autoproxy /> 标签上。在使用 expose-proxy 时,需要对内部调用进行改造,比如:

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public class Hello implements IHello {

@Override
public void hello() {
System.out.println("hello");
this.hello("world");
}

@Override
public void hello(String hello) {
System.out.println("hello " + hello);
}
}

hello()方法调用了同类中的另一个方法hello(String),此时hello(String)上的切面逻辑就无法执行了。这里,我们要对hello()方法进行改造,强制它调用代理对象中的hello(String)。改造结果如下:

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public class Hello implements IHello {

@Override
public void hello() {
System.out.println("hello");
((IHello) AopContext.currentProxy()).hello("world");
}

@Override
public void hello(String hello) {
System.out.println("hello " + hello);
}
}

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。关于 expose-proxy,这里先说这么多,后面分析源码时会再次提及。

3.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。

3.1 JDK 动态代理逻辑分析

本节,我来分析一下 JDK 动态代理逻辑。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:

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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:

  1. 检测 expose-proxy 是否为 true,若为 true,则暴露代理对象
  2. 获取适合当前方法的拦截器
  3. 如果拦截器链为空,则直接通过反射执行目标方法
  4. 若拦截器链不为空,则创建方法调用 ReflectiveMethodInvocation 对象
  5. 调用 ReflectiveMethodInvocation 对象的 proceed() 方法启动拦截器链
  6. 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。

3.2 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:

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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。这里先简单向大家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:

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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:

  1. 从缓存中获取当前方法的拦截器链
  2. 若缓存未命中,则调用 getInterceptorsAndDynamicInterceptionAdvice 获取拦截器链
  3. 遍历通知器列表
  4. 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
  5. 调用 getInterceptors 方法对非 MethodInterceptor 类型的通知进行转换
  6. 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:

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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。

3.3 启动拦截器链

3.3.1 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。

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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:

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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:


注:这里用 advice.after() 表示执行后置通知

本节的最后,插播一个拦截器,即 ExposeInvocationInterceptor。为啥要在这里介绍这个拦截器呢,原因是我在Spring AOP 源码分析 - 筛选合适的通知器一文中,在介绍 extendAdvisors 方法时,有一个点没有详细说明。现在大家已经知道拦截器的概念了,就可以把之前没法详细说明的地方进行补充说明。这里再贴一下 extendAdvisors 方法的源码,如下:

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protected void extendAdvisors(List<Advisor> candidateAdvisors) {
AspectJProxyUtils.makeAdvisorChainAspectJCapableIfNecessary(candidateAdvisors);
}

public static boolean makeAdvisorChainAspectJCapableIfNecessary(List<Advisor> advisors) {
if (!advisors.isEmpty()) {
// 省略部分代码

if (foundAspectJAdvice && !advisors.contains(ExposeInvocationInterceptor.ADVISOR)) {
// 向通知器列表中添加 ExposeInvocationInterceptor.ADVISOR
advisors.add(0, ExposeInvocationInterceptor.ADVISOR);
return true;
}
}
return false;
}

如上,extendAdvisors 所调用的方法会向通知器列表首部添加 ExposeInvocationInterceptor.ADVISOR。现在我们再来看看 ExposeInvocationInterceptor 的源码,如下:

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public class ExposeInvocationInterceptor implements MethodInterceptor, PriorityOrdered, Serializable {

public static final ExposeInvocationInterceptor INSTANCE = new ExposeInvocationInterceptor();

// 创建 DefaultPointcutAdvisor 匿名对象
public static final Advisor ADVISOR = new DefaultPointcutAdvisor(INSTANCE) {
@Override
public String toString() {
return ExposeInvocationInterceptor.class.getName() +".ADVISOR";
}
};

private static final ThreadLocal<MethodInvocation> invocation =
new NamedThreadLocal<MethodInvocation>("Current AOP method invocation");

public static MethodInvocation currentInvocation() throws IllegalStateException {
MethodInvocation mi = invocation.get();
if (mi == null)
throw new IllegalStateException(
"No MethodInvocation found: Check that an AOP invocation is in progress, and that the " +
"ExposeInvocationInterceptor is upfront in the interceptor chain. Specifically, note that " +
"advices with order HIGHEST_PRECEDENCE will execute before ExposeInvocationInterceptor!");
return mi;
}

// 私有构造方法
private ExposeInvocationInterceptor() {
}

@Override
public Object invoke(MethodInvocation mi) throws Throwable {
MethodInvocation oldInvocation = invocation.get();
// 将 mi 设置到 ThreadLocal 中
invocation.set(mi);
try {
// 调用下一个拦截器
return mi.proceed();
}
finally {
invocation.set(oldInvocation);
}
}

//...
}

如上,ExposeInvocationInterceptor.ADVISOR 经过 registry.getInterceptors 方法(前面已分析过)处理后,即可得到 ExposeInvocationInterceptor。ExposeInvocationInterceptor 的作用是用于暴露 MethodInvocation 对象到 ThreadLocal 中,其名字也体现出了这一点。如果其他地方需要当前的 MethodInvocation 对象,直接通过调用 currentInvocation 方法取出。至于哪些地方需要 MethodInvocation,这个大家自己去探索吧。最后,建议大家写点代码调试一下。我在一开始阅读代码时,并没有注意到 ExposeInvocationInterceptor,而是在调试代码的过程中才发现的。比如:

好了,关于拦截器链的执行过程这里就讲完了。下一节,我们来看一下目标方法的执行过程。大家再忍忍,源码很快分析完了。

3.3.2 执行目标方法

与前面的大部头相比,本节的源码比较短,也很简单。本节我们来看一下目标方法的执行过程,如下:

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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。

4.总结

到此,本篇文章的就要结束了。本篇文章是Spring AOP 源码分析系列文章的最后一篇,从阅读源码到写完本系列的4篇文章总共花了约两周的时间。总的来说还是有点累的,但是也有很大的收获和成就感,值了。需要说明的是,Spring IOC 和 AOP 部分的源码我分析的并不是非常详细,也有很多地方没弄懂。这一系列的文章,是作为自己工作两年的一个总结。由于工作时间不长,工作经验和技术水平目前都还处于入门阶段。所以暂时很难把 Spring IOC 和 AOP 模块的源码分析的很出彩,这个请见谅。如果大家在阅读文章的过程中发现了错误,可以指出来,也希望多多指教,这里先说说谢谢。

好了,本篇文章到这里就结束了。谢谢大家的阅读。

参考

附录:Spring 源码分析文章列表

Ⅰ. IOC

更新时间标题
2018-05-30Spring IOC 容器源码分析系列文章导读
2018-06-01Spring IOC 容器源码分析 - 获取单例 bean
2018-06-04Spring IOC 容器源码分析 - 创建单例 bean 的过程
2018-06-06Spring IOC 容器源码分析 - 创建原始 bean 对象
2018-06-08Spring IOC 容器源码分析 - 循环依赖的解决办法
2018-06-11Spring IOC 容器源码分析 - 填充属性到 bean 原始对象
2018-06-11Spring IOC 容器源码分析 - 余下的初始化工作

Ⅱ. AOP

更新时间标题
2018-06-17Spring AOP 源码分析系列文章导读
2018-06-20Spring AOP 源码分析 - 筛选合适的通知器
2018-06-20Spring AOP 源码分析 - 创建代理对象
2018-06-22Spring AOP 源码分析 - 拦截器链的执行过程