什么是 AOP

OOP vs AOP

• OOP 的局限：
  • OOP 的精髓是把功能或问题模块化，每个模块处理自己的事情，但在现实世界中，并不是所有问题都能完美得划分到模块中。
  • 举个最简单而又常见的例子，现在想为每个模块加上日志功能，要求模块运行时候能输出日志。一般的处理都是： - 先设计一个日志输出模块，这个模块提供日志输出 API，比如 Android 中的 Log 类。 - 然后，其他模块需要输出日志的时候调用 Log 类的几个函数，比如 e(TAG,…)，w(TAG,…)，d(TAG,…)，i(TAG,…)等。 - 但是，从 OOP 角度看，除了日志模块本身，其他模块的业务动作、绝大部分情况下应该都不会包含日志输出功能。 - 以 ActivityManagerService 为例，显然 ActivityManagerService 的功能点中不包含输出日志这一项。 - 但实际上，软件中的众多模块确实又需要打印日志。
  • 这个日志输出功能，从整体来看，都是一个面上的。而这个面的范围，就不局限在单个模块里了，而是横跨多个模块。
• 在 AOP 中
  • 我们要认识到 OOP 世界中，有些功能是横跨并嵌入众多模块里的，比如打印日志，数据上报等。这些功能在各个模块里分散得很厉害，可能到处都能见到。
  • AOP 的目标是把这些功能集中起来，放到一个统一的地方来控制和管理。

    如果说，OOP 如果是把问题划分到单个模块的话，那么 AOP 就是把涉及到众多模块的某一类问题进行统一管理。

    • 比如我们可以设计两个 Aspects，一个是管理某个软件中所有模块的日志输出的功能，另外一个是管理该软件中一些特殊函数调用的权限检查。

AOP 实现

• 实现的时间点及思路
  • 编译时
    • 在 APK 打包过程中对 .clss 文件的字节码进行扫描更改，通过向编译过程添加额外的步骤来修改被编译的类；
  • 加载时
    • 当目标类被 Dalvik 或者 ART 加载的时候修改才会被执行，这是对 Java 字节码文件或者 Android 的 dex 文件进行的注入操作；
  • 运行时
    • Hook 某些关键方法，比如：使用动态代理（这可以说并不是真正的代码注入）；
• 实现方法
  • 切面编程库(AspectJ)，案例：Hugo
  • 字节码注入(ASM)，案例：GrowingIO

AOP 编程的具体使用场景

• 日志记录
• 数据持久化
• 行为监测
• 组件生命周期监控
• 方法执行时间监控
• 用户点击事件埋点
• 弹窗事件埋点
• 数据验证
• 缓存

AspectJ

AspectJ 是什么

• AspectJ 是广泛应用于 JavaEE 开发的 AOP 方案，是面向切面编程在 Java 中的一种具体实现，简单易用、功能强大。
  • 正如面向对象编程是对常见问题的模块化一样，面向切面编程是对横向的同一问题进行模块化；
    • 比如：在某个包下的所有类中的某一类方法中、都需要解决一个相似的问题，可以通过 AOP 的编程方式对此进行模块化封装，统一解决。
  • AspectJ 提供了简便的语法让我们定义切面逻辑，再通过提供的 AJC 编译器，在 Java 文件编译成 class 文件的过程里，把切面代码织入到目标业务代码里。

    本质上，AspectJ 仍然是以代理的方式实现 AOP，我们通过 AspectJ 就能方便的在目标方法执行前后执行我们的埋点代码。

AspectJ 组成部分

• AspectJ 向 Java 引入了一个新的概念—— join point，它包括几个新的结构：
  • pointcuts
  • advice
  • inter-type declarations
  • aspects。
• 含已解释
  • join point 是在程序流中被定义好的点；
  • pointcut 在那些点上选出特定的 join point 和值；
  • advice 是到达 join point 时被执行的代码；
  • inter-type declarations 是 AspectJ 具有的不同类型的类型间声明，允许程序员修改程序的静态结构，即其类的成员和类之间的关系。

• AspectJ 几个名词术语解释

  • Cross-cutting concerns
    • 即使在面向对象编程中大多数类都是执行一个单一的、特定的功能，它们也有时候需要共享一些通用的辅助功能。
    • 比如：我们想要在一个线程进入和退出一个方法时，在数据层和UI层加上输出log的功能。尽管每一个类的主要功能时不同的，但是它们所需要执行的辅助功能是相似的。
  • Advice
    • 需要被注入到.class字节码文件的代码。通常有三种：before，after和around，分别是在目标方法执行前，执行后以及替换目标代码执行。
    • 除了注入代码到方法中外，更进一步的，你还可以做一些别的修改，例如添加成员变量和接口到一个类中。
  • Join point
    • 程序中执行代码插入的点，例如方法调用时或者方法执行时。
  • Pointcut
    • 告诉代码注入工具在哪里注入特定代码的表达式（即需要在哪些Joint point应用特定的Advice）。它可以选择一个这样的点（例如，一个单一方法的执行）或者许多相似的点（例如，所有被自定义注解@DebugTrace标记的方法）。
  • Aspect
    • Aspect 将 pointcut 和 advice 联系在一起。
    • 例如：我们通过定义一个 pointcut 和给出一个准确的 advice 实现向我们的程序中添加一个打印日志功能的 aspect。
  • Weaving
    • 向目标位置（join point）注入代码（advice）的过程。

ASM 字节码插桩

ASM 是什么

• ASM 是字节码操作库，支持对字节码进行编辑，实现类、属性和方法的增删改查；
• 字节码操作库还有 Javaassit 库可以选择，但 ASM 灵活度和效率都是最高的；
• ASM 可以直接产生二进制的 class 文件，也可以增强既有类的功能。
  • Java class 被存储在严格格式定义的 .class文件里，这些类文件拥有足够的元数据来解析类中的所有元素，包括：
    • 类名称
    • 方法
    • 属性
    • Java 字节码（指令）。

字节码插桩

• 利用操作 ASM 字节码实现方法计时，可以的做法是修改 class 文件，在目标方法开始和结束时插入本来需要手动埋点的代码，这个过程称之为字节码插桩。

  

• 如图所示是Android打包流程：.java 文件 -> .class 文件 -> .dex 文件；
• 只要在红圈处拦截住，拿到所有方法进行修改完再放生就可以了，而做到这一步也不难，Google 官方在Android Gradle 的 1.5.0 版本以后提供了 Transfrom API，允许第三方 Plugin 在打包 dex 文件之前的编译过程中操作 .class 文件；
• ASM 字节码插桩，要做的就是实现 Transform 进行 .class 文件遍历拿到所有方法，修改完成对原文件进行替换。

ASM 框架中的核心类

• ClassReader
  • 该类用来解析编译过的class字节码文件。
• ClassWriter
  • 该类用来重新构建编译后的类，比如说修改类名、属性以及方法，甚至可以生成新的类的字节码文件。
• ClassViitor
  • 主要负责 “拜访” 类成员信息，包括：
    • 标记在类上的注解，
    • 类的构造方法，
    • 类的字段，
    • 类的方法，
    • 静态代码块。
• AdviceAdapter
  • 实现了 MethodVisitor 接口，主要负责 “拜访” 方法的信息，用来进行具体的方法字节码操作。

AspectJ vs ASM

共同点

• AspectJ 和 ASM 既支持以注解作为切入点，也支持根据类方法名/类继承关系等规则来确定切入点。
  • 注解的作用是提供插入点；

不同点

• AspectJ 本质上仍然是以代理的方式实现 AOP；
• ASM 通过直接对 class 文件进行修改的方式，实现 AOP 埋点需求。

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