据统计,目前与AOP相关的项目已达近百种,而基于Java的AOP实现机制也有二十多种,以下所列举的是商业上得到成熟应用的几种基于Java的AOP的实现机制。
AspectJ
AspectJ是目前最完善的AOP语言,由AOP的首倡者Gregor Kiczales领导的一个小组提出并得到发展。AspectJ是对Java编程语言的扩展,通过增加了一些新的构造块支持对横切关注点的模块化封装,通过对源代码级别的代码混合实现织入,是一种典型的使用静态织入的AOP实现机制。AspectJ提供了两种横切实现机制,一种称为动态横切(Dynamic Crosscutting),另一种称为静态横切(Static Crosscutting)。
动态横切是指在程序执行的某一个明确的点上运行额外的,预先定义好的实现,是一种静态实现机制,并非是动态的。为了实现动态横切,AspectJ中引入了四个新的概念:连接点(Join Point),切入点(Pointcut),参考(Advice)和方面(Aspect)。连接点是明确定义的程序执行过程中的一个点,切入点则是指一组相关的连接点,参考定义了在连接点执行的额外实现,方面则是指对横切关注点的模块化封装实现的单元,类似于AOP中的类,由切入点,参考与普通的Java成员声明组成。如前所述,连接点是程序执行中明确定义的点,比如,类接受到方法调用时,方法调用时,属性访问时都是连接点的例子,在连接点处可以执行预定义的额外实现。而要指明在哪些连接点上执行,则需要定义切入点,切入点可以在程序运行时匹配特定的连接点,AspectJ中预定义了一系列标准切入点,包括方法与构造器的调用,接受调用,执行,域的get,set访问,异常处理,实例类型匹配,处于类或方法体中,控制流中,调用者调用方法,类型的初始化与静态初始化,通过这些预定义切入点的组合可以实现自定义的、复杂的切入点。在编译时,方面中的参考将被转化为标准的方法,类代码中匹配切入点的连接点将被转化为一个静态的标记点,然后,这些静态的点将被对参考所转化成的方法的调用所取代,由此完成两种代码的织入,最后对织入完成的代码编译为字节码,即完成了整个编译过程。目前,AspectJ即支持编译前的预处理方式实现代码的织入,也支持编译后的字节码操作。
静态横切是指对已存在的类型定义引入新的方法,属性等,与动态横切不同,静态横切不改变类型的动态行为,而是改变其静态结构,也即导入(Introduction)。通过在方面代码中声明方法,属性,需要继承的超类,接口等,在代码织入时,可以改变应用此方面的类的定义。
AspectWerkz
AspectWerkz是一个动态的AOP框架,利用对字节码的修改实现方面的织入,并使用Java虚拟机的动态替换字节码的能力实现动态AOP的要求。AspectWerkz没有扩展Java语言,方面、参考、切入点等均使用标准的Java构造块,即类以及方法来实现,并使用XML文件定义这些构造块,此外AspectWerkz还支持使用JavaDoc标记实现的运行期属性定义。AspectWerkz采用了与AspectJ相似的连接点模型,只是支持的连接点种类少于AspectJ,参考的类型一致。
AspectWerkz通过引入一个间接层,方面容器(Aspect Container)以及对字节码的转化,即代码织入实现动态AOP的要求,方面容器管理部署好的类、方面代码,并根据XML文件或JavaDoc注释中定义的方面,参考,切入点等得到连接点处相关的方面信息,并在程序的执行中控制执行流程,在匹配的连接点处执行适当的参考。
AspectWerkz通过类载入层次的适当位置拦截类载入从而实现字节码的修饰。AspectWerkz提供了两种织入模式实现AOP:静态织入以及动态织入。静态织入只在类载入时对字节码作一次性的转化,通过将类的方法实现移入AspectWerkz命名的方法中,将原方法中的代码改写,由方面容器调用适当的参考,并调用前述AspectWerkz添加的方法从而完成代码的织入。导入则由混合类型(Mixin)实现,用于为类增加新的方法,混合类型是一种使用接口与实现类的方式模拟多重继承的机制。AspectWerkz通过修改字节码使被导入的类实现混合类型的接口,并在接口定义的方法中,将控制交给容器管理器,由它来完成对实现的调用。静态织入可以在运行时动态的为切入点增加,删除参考,可以引入新的参考,但是无法定义新的切入点,这需要动态织入。动态织入由两阶段织入完成,分别为类载入阶段与激活阶段。首先,在类载入时,按照静态织入的方法,为需要实现动态织入的类的每个方法添加一个相应的空的方法,匹配连接点的方法除外。然后,在激活阶段,原方法体中的代码将被交换到类载入时新产生的方法中,原方法将实现静态织入时相同的处理,从而方面容器控制流程。前述代码交换是由热交换(HotSwap)实现的,这是JVM提供的API。通过方面容器与织入模型,AspectWerkz提供了动态AOP的实现。
SpringFramework
SpringFramework是一个采用了反转控制(Inversion of Control, IoC)策略的基于J2EE的轻量级应用框架。SpringFramework的核心是IoC容器,对于其它应用,如数据库访问,日志等,SpringFramework多使用现有的、成熟的框架。SpringFramework采用了模块化的方式,各模块可以共同使用,也可以单独使用其中的一个模块, SpringFramework的一个模块提供了对动态AOP的支持,SpringFramework中提供的声明式事务管理就是基于动态AOP的。
SpringFramework中AOP的实现基于动态代理(Dynamic Proxy), 动态代理源于代理模式,即通过接口实现对业务对象的访问,但动态代理无需为每一个需代理的业务对象静态的生成代理对象,只需提供需要代理的接口与代理实现,就可以在运行时动态的生成代理对象,代理对上述接口的访问,同样的机制也使用于对类的代理,使用类似于修饰者的模式,通过子类化实现。SpringFramework默认使用JDK提供的动态代理机制,此时,业务对象通过接口编程,若需要代理对类的访问,则需要使用CGLIB,这是一个开源的动态代理实现。
SpringFramework的AOP实现不同于AspectJ与AspectWerkz,它不是完全的AOP实现,而是设计用于在应用服务器环境下实现AOP,与SpringFramework的IoC容器配合使用。SpringFramework中参考,切入点与方面均由普通Java对象实现,其中连接点模型与AspectJ相同,只是远不如AspectJ丰富,目前只提供对方法调用的拦截。有4种类型的参考,分别为方法调用时,之前,返回时与抛出异常时,通过实现SpringFramework的参考接口可以自定义参考类型。在SpringFramework中,方面称为Advisor,是一个包含参考与切入点的Java类。像其它由IoC容器管理的组件一样,参考,切入点与方面也由IoC容器管理 ,由XML配置文件定义。配置的内容包括业务对象的接口与实现,自定义的或由SpringFramework提供的切入点与参考类,或使用Adviser类取代单独的切入点与参考类。在运行时,通过IoC容器进行名称查找,就可以由容器使用代理机制自动产生代理对象,并在符合切入点定义的连接点处执行参考。SpringFramework除自身实现的AOP框架外,还在寻求与其它AOP实现机制的整合,目前已经实现了与AspectJ的整合,以利用AspectJ丰富的切入点语法,并利用AspectJ的方面实现。
JBoss
JBoss是一个开源的符合J2EE规范的应用服务器,作为J2EE规范的补充,Jboss中引入了AOP框架,为普通Java类提供了J2EE服务,而无需遵循EJB规范。Jboss通过类载入时,使用Javassist对字节码操作实现动态AOP框架,Javassist是一个开源的编辑字节码的类库。
Jboss中参考,切入点与方面也由普通Java对象实现,并使用XML文件配置。Jboss的连接点模型与AspectJ略有不同,提供了一系列预定义的切入点,包括类匹配,方法调用,构造器调用,域访问,特定的调用与被调用关系。通过这些切入点的逻辑运算,可以实现更为复杂的切入点。方面为Java类,参考是其中的一个方法,方面中不含切入点,方面主要为各种拦截器(Interceptor),拦截器即为只含一个参考的方面,单一连接点上可由多个拦截器形成拦截器链,拦截器执行额外的操作。对方法的拦截由Advisor类管理,在连接点依次调用拦截器,并最终调用被逻辑的方法。而关于切入点,参考已及方面的信息由AspectManager管理。此外,Jboss提供对元数据的支持,用于为类,方法,构造器以及域添加额外的属性,并可在运行期访问。