Spring AOP 常见错误(下)

news2024/11/13 12:58:24

上一章, 我们介绍了 Spring AOP 常遇到的几个问题,通过具体的源码解析,相信你对 Spring AOP 的基本原理已经有所了解了。不过,AOP 毕竟是 Spring 的核心功能之一,不可能规避那零散的两三个问题就一劳永逸了。所以这一章,我们继续聊聊 Spring AOP 中还会有哪些易错点。实际上,当一个系统采用的切面越来越多时,因为执行顺序而导致的问题便会逐步暴露出来,下面我们就重点看一下。

案例 1:错乱混合不同类型的增强

还是沿用上个案例的宿舍管理系统开发场景。

这里我们先回顾下,你就不用去翻代码了。这个宿舍管理系统保护了一个电费充值模块,它包含了一个负责电费充值的类 ElectricService,还有一个充电方法 charge():

@Service
public class ElectricService {
    public void charge() throws Exception {
        System.out.println("Electric charging ...");
    }
}

为了在执行 charge() 之前,鉴定下调用者的权限,我们增加了针对于 Electric 的切面类 AopConfig,其中包含一个 @Before 增强。这里的增强没有做任何事情,仅仅是打印了一行日志,然后模拟执行权限校验功能(占用 1 秒钟)。

//省略 imports
@Aspect
@Service
@Slf4j
public class AspectService {
  @Before("execution(* com.spring.puzzle.class6.example1.ElectricService.charge()) ")
  public void checkAuthority(JoinPoint pjp) throws Throwable {
      System.out.println("validating user authority");
      Thread.sleep(1000);
  }
}

执行后,我们得到以下 log,接着一切按照预期继续执行:

validating user authority
Electric charging ...

一段时间后,由于业务发展,ElectricService 中的 charge() 逻辑变得更加复杂了,我们需要仅仅针对 ElectricService 的 charge() 做性能统计。为了不影响原有的业务逻辑,我们在 AopConfig 中添加了另一个增强,代码更改后如下:

validating user authorityElectric charging …charge method time cost 1022 (ms)

执行后得到日志如下:

validating user authority

Electric charging …

charge method time cost 1022 (ms)

 通过性能统计打印出的日志,我们可以得知 charge() 执行时间超过了 1 秒钟。然而,该方法仅打印了一行日志,它的执行不可能需要这么长时间。

因此我们很容易看出问题所在:当前 ElectricService 中 charge() 的执行时间,包含了权限验证的时间,即包含了通过 @Around 增强的 checkAuthority() 执行的所有时间。这并不符合我们的初衷,我们需要统计的仅仅是 ElectricService.charge() 的性能统计,它并不包含鉴权过程。

当然,这些都是从日志直接观察出的现象。实际上,这个问题出现的根本原因和 AOP 的执行顺序有关。针对这个案例而言,当同一个切面(Aspect)中同时包含多个不同类型的增强时(Around、Before、After、AfterReturning、AfterThrowing 等),它们的执行是有顺序的。那么顺序如何?我们不妨来解析下。

案例解析

其实一切都可以从源码中得到真相!Spring 初始化单例类的一般过程,基本都是 getBean()->doGetBean()->getSingleton(),如果发现 Bean 不存在,则调用 createBean()->doCreateBean() 进行实例化。

而如果我们的代码里使用了 Spring AOP,doCreateBean() 最终会返回一个代理对象。至于代理对象如何创建,大体流程在上一讲已经概述过了。如果你记忆力比较好的话,应该记得在代理对象的创建过程中,我们贴出过这样一段代码(参考 AbstractAutoProxyCreator#createProxy):

protected Object createProxy(Class<?> beanClass, @Nullable String beanName,
      @Nullable Object[] specificInterceptors, TargetSource targetSource) {
   //省略非关键代码
   Advisor[] advisors = buildAdvisors(beanName, specificInterceptors);
   proxyFactory.addAdvisors(advisors);
   proxyFactory.setTargetSource(targetSource);
   //省略非关键代码
   return proxyFactory.getProxy(getProxyClassLoader());
}

其中 advisors 就是增强方法对象,它的顺序决定了面临多个增强时,到底先执行谁。而这个集合对象本身是由 specificInterceptors 构建出来的,而 specificInterceptors 又是由 AbstractAdvisorAutoProxyCreator#getAdvicesAndAdvisorsForBean 方法构建:

@Override
@Nullable
protected Object[] getAdvicesAndAdvisorsForBean(
      Class<?> beanClass, String beanName, @Nullable TargetSource targetSource) {
   List<Advisor> advisors = findEligibleAdvisors(beanClass, beanName);
   if (advisors.isEmpty()) {
      return DO_NOT_PROXY;
   }
   return advisors.toArray();
  }

简单说,其实就是根据当前的 beanClass、beanName 等信息,结合所有候选的 advisors,最终找出匹配(Eligible)的 Advisor,为什么如此?毕竟 AOP 拦截点可能会配置多个,而我们执行的方法不见得会被所有的拦截配置拦截。寻找匹配 Advisor 的逻辑参考

AbstractAdvisorAutoProxyCreator#findEligibleAdvisors:

protected List<Advisor> findEligibleAdvisors(Class<?> beanClass, String beanName) {
   //寻找候选的 Advisor
   List<Advisor> candidateAdvisors = findCandidateAdvisors();
   //根据候选的 Advisor 和当前 bean 算出匹配的 Advisor
   List<Advisor> eligibleAdvisors = findAdvisorsThatCanApply(candidateAdvisors, beanClass, beanName);
   extendAdvisors(eligibleAdvisors);
   if (!eligibleAdvisors.isEmpty()) {
      //排序
      eligibleAdvisors = sortAdvisors(eligibleAdvisors);
   }
   return eligibleAdvisors;
}

通过研读代码,最终 Advisors 的顺序是由两点决定:

  • candidateAdvisors 的顺序;
  • sortAdvisors 进行的排序。

这里我们可以重点看下对本案例起关键作用的 candidateAdvisors 排序。实际上,它的顺序是在 @Aspect 标记的 AopConfig Bean 构建时就决定了。具体而言,就是在初始化过程中会排序自己配置的 Advisors,并把排序结果存入了缓存(BeanFactoryAspectJAdvisorsBuilder#advisorsCache)。

后续 Bean 创建代理时,直接拿出这个排序好的候选 Advisors。候选 Advisors 排序发生在 Bean 构建这个结论时,我们也可以通过 AopConfig Bean 构建中的堆栈信息验证:

可以看到,排序是在 Bean 的构建中进行的,而最后排序执行的关键代码位于下面的方法中(参考 ReflectiveAspectJAdvisorFactory#getAdvisorMethods):

private List<Method> getAdvisorMethods(Class<?> aspectClass) {
   final List<Method> methods = new ArrayList<>();
   ReflectionUtils.doWithMethods(aspectClass, method -> {
      // Exclude pointcuts
      if (AnnotationUtils.getAnnotation(method, Pointcut.class) == null) {
         methods.add(method);
      }
   }, ReflectionUtils.USER_DECLARED_METHODS);
   // 排序
   methods.sort(METHOD_COMPARATOR);
   return methods;
}

 上述代码的重点是第九行 methods.sort(METHOD_COMPARATOR) 方法。

我们来查看 METHOD_COMPARATOR 的代码,会发现它是定义在ReflectiveAspectJAdvisorFactory 类中的静态方法块,代码如下:

static {
   Comparator<Method> adviceKindComparator = new ConvertingComparator<>(
         new InstanceComparator<>(
               Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class),
         (Converter<Method, Annotation>) method -> {
            AspectJAnnotation<?> annotation =
               AbstractAspectJAdvisorFactory.findAspectJAnnotationOnMethod(method);
            return (annotation != null ? annotation.getAnnotation() : null);
         });
   Comparator<Method> methodNameComparator = new ConvertingComparator<>(Method::getName);
   //合并上面两者比较器
   METHOD_COMPARATOR = adviceKindComparator.thenComparing(methodNameComparator);
}

METHOD_COMPARATOR 本质上是一个连续比较器,由 adviceKindComparator 和 methodNameComparator 这两个比较器通过 thenComparing() 连接而成。

通过这个案例,我们重点了解 adviceKindComparator 这个比较器,此对象通过实例化 ConvertingComparator 类而来,而 ConvertingComparator 类是 Spring 中较为经典的一个实现。顾名思义,先转化再比较,它构造参数接受以下这两个参数:

  • 第一个参数是基准比较器,即在 adviceKindComparator 中最终要调用的比较器,在构造函数中赋值于 this.comparator;
  • 第二个参数是一个 lambda 回调函数,用来将传递的参数转化为基准比较器需要的参数类型,在构造函数中赋值于 this.converter。

查看 ConvertingComparator 比较器核心方法 compare 如下:

public int compare(S o1, S o2) {
   T c1 = this.converter.convert(o1);
   T c2 = this.converter.convert(o2);
   return this.comparator.compare(c1, c2);
}

可知,这里是先调用从构造函数中获取到的 lambda 回调函数 this.converter,将需要比较的参数进行转化。我们可以从之前的代码中找出这个转化工作:

(Converter<Method, Annotation>) method -> {
   AspectJAnnotation<?> annotation =
      AbstractAspectJAdvisorFactory.findAspectJAnnotationOnMethod(method);
   return (annotation != null ? annotation.getAnnotation() : null);
});

转化功能的代码逻辑较为简单,就是返回传入方法(method)上标记的增强注解(Pointcut,Around,Before,After,AfterReturning 以及 AfterThrowing):

private static final Class<?>[] ASPECTJ_ANNOTATION_CLASSES = new Class<?>[] {
      Pointcut.class, Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class};

protected static AspectJAnnotation<?> findAspectJAnnotationOnMethod(Method method) {
   for (Class<?> clazz : ASPECTJ_ANNOTATION_CLASSES) {
      AspectJAnnotation<?> foundAnnotation = findAnnotation(method, (Class<Annotation>) clazz);
      if (foundAnnotation != null) {
         return foundAnnotation;
      }
   }
   return null;
}

经过转化后,我们获取到的待比较的数据其实就是注解了。而它们的排序依赖于 ConvertingComparator 的第一个参数,即最终会调用的基准比较器,以下是它的关键实现代码:

new InstanceComparator<>(
      Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class)

最终我们要调用的基准比较器本质上就是一个 InstanceComparator 类,我们先重点注意下这几个增强注解的传递顺序。继续查看它的构造方法如下:

public InstanceComparator(Class<?>... instanceOrder) {
   Assert.notNull(instanceOrder, "'instanceOrder' array must not be null");
   this.instanceOrder = instanceOrder;
}

构造方法也是较为简单的,只是将传递进来的 instanceOrder 赋予了类成员变量,继续查看 InstanceComparator 比较器核心方法 compare 如下,也就是最终要调用的比较方法:

public int compare(T o1, T o2) {
   int i1 = getOrder(o1);
   int i2 = getOrder(o2);
   return (i1 < i2 ? -1 : (i1 == i2 ? 0 : 1));
}

一个典型的 Comparator,代码逻辑按照 i1、i2 的升序排列,即 getOrder() 返回的值越小,排序越靠前。

查看 getOrder() 的逻辑如下:

private int getOrder(@Nullable T object) {
   if (object != null) {
      for (int i = 0; i < this.instanceOrder.length; i++) {
         //instance 在 instanceOrder 中的“排号”
         if (this.instanceOrder[i].isInstance(object)) {
            return i;
         }
      }
   }
   return this.instanceOrder.length;
}

返回当前传递的增强注解在 this.instanceOrder 中的序列值,序列值越小,则越靠前。而结合之前构造参数传递的顺序,我们很快就能判断出:最终的排序结果依次是 Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class。

到此为止,答案也呼之欲出:this.instanceOrder 的排序,即为不同类型增强的优先级,排序越靠前,优先级越高。

结合之前的讨论,我们可以得出一个结论:同一个切面中,不同类型的增强方法被调用的顺序依次为 Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class。

问题修正

从上述案例解析中,我们知道 Around 类型的增强被调用的优先级高于 Before 类型的增强,所以上述案例中性能统计所花费的时间,包含权限验证的时间,也在情理之中。

知道了原理,修正起来也就简单了。假设不允许我们去拆分类,我们可以按照下面的思路来修改:

1. 将 ElectricService.charge() 的业务逻辑全部移动到 doCharge(),在 charge() 中调用 doCharge();

2. 性能统计只需要拦截 doCharge();

3. 权限统计增强保持不变,依然拦截 charge()。

ElectricService 类代码更改如下:

@Service
public class ElectricService {
    @Autowired
    ElectricService electricService;
    public void charge() {
        electricService.doCharge();
    }
    public void doCharge() {
        System.out.println("Electric charging ...");
    }
}

切面代码更改如下:

//省略 imports
@Aspect
@Service
public class AopConfig {
    @Before("execution(* com.spring.puzzle.class6.example1.ElectricService.charge()) ")
    public void checkAuthority(JoinPoint pjp) throws Throwable {
        System.out.println("validating user authority");
        Thread.sleep(1000);
    }

    @Around("execution(* com.spring.puzzle.class6.example1.ElectricService.doCharge()) ")
    public void recordPerformance(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
    long start = System.currentTimeMillis();
    pjp.proceed();
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("charge method time cost: " + (end - start));
  }
}

案例 2:错乱混合同类型增强

到这里,你可能还有疑问,如果同一个切面里的多个增强方法其增强都一样,那调用顺序又如何呢?我们继续看下一个案例。

这里业务逻辑类 ElectricService 没有任何变化,仅包含一个 charge():

import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class ElectricService {
    public void charge() {
        System.out.println("Electric charging ...");
    }
}

切面类 AspectService 包含两个方法,都是 Before 类型增强。

第一个方法 logBeforeMethod(),目的是在 run() 执行之前希望能输入日志,表示当前方法被调用一次,方便后期统计。另一个方法 validateAuthority(),目的是做权限验证,其作用是在调用此方法之前做权限验证,如果不符合权限限制要求,则直接抛出异常。这里为了方便演示,此方法将直接抛出异常:

//省略 imports
@Aspect
@Service
public class AopConfig {
  @Before("execution(* com.spring.puzzle.class5.example2.ElectricService.charge())")
  public void logBeforeMethod(JoinPoint pjp) throws Throwable {
      System.out.println("step into ->"+pjp.getSignature());
  }
  @Before("execution(* com.spring.puzzle.class5.example2.ElectricService.charge()) ")
  public void validateAuthority(JoinPoint pjp) throws Throwable {
      throw new RuntimeException("authority check failed");
  }
}

我们对代码的执行预期为:当鉴权失败时,由于 ElectricService.charge() 没有被调用,那么 run() 的调用日志也不应该被输出,即 logBeforeMethod() 不应该被调用,但事实总是出乎意料,执行结果如下:

step into ->void com.spring.puzzle.class6.example2.Electric.charge()Exception in thread “main” java.lang.RuntimeException: authority check failed

 虽然鉴权失败,抛出了异常且 ElectricService.charge() 没有被调用,但是 logBeforeMethod() 的调用日志却被输出了,这将导致后期针对于 ElectricService.charge() 的调用数据统计严重失真。

这里我们就需要搞清楚一个问题:当同一个切面包含多个同一种类型的多个增强,且修饰的都是同一个方法时,这多个增强的执行顺序是怎样的?

案例解析

我们继续从源代码中寻找真相!你应该还记得上述代码中,定义 METHOD_COMPARATOR 的静态代码块吧。

METHOD_COMPARATOR 本质是一个连续比较器,而上个案例中我们仅仅只看了第一个比较器,细心的你肯定发现了这里还有第二个比较器 methodNameComparator,任意两个比较器都可以通过其内置的 thenComparing() 连接形成一个连续比较器,从而可以让我们按照比较器的连接顺序依次比较:

static {
   //第一个比较器,用来按照增强类型排序
   Comparator<Method> adviceKindComparator = new ConvertingComparator<>(
         new InstanceComparator<>(
               Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class),
         (Converter<Method, Annotation>) method -> {
            AspectJAnnotation<?> annotation =
               AbstractAspectJAdvisorFactory.findAspectJAnnotationOnMethod(method);
            return (annotation != null ? annotation.getAnnotation() : null);
         })
   //第二个比较器,用来按照方法名排序
   Comparator<Method> methodNameComparator = new ConvertingComparator<>(Method::getName);
   METHOD_COMPARATOR = adviceKindComparator.thenComparing(methodNameComparator);
}

我们可以看到,第 2 个比较器 methodNameComparator 依然使用的是 ConvertingComparator,传递了方法名作为参数。我们基本可以猜测出该比较器是按照方法名进行排序的,这里可以进一步查看构造器方法及构造器调用的内部 comparable():

public ConvertingComparator(Converter<S, T> converter) {
   this(Comparators.comparable(), converter);
}
// 省略非关键代码
public static <T> Comparator<T> comparable() {
   return ComparableComparator.INSTANCE;
}

上述代码中的 ComparableComparator 实例其实极其简单,代码如下:

public class ComparableComparator<T extends Comparable<T>> implements Comparator<T> {
 
   public static final ComparableComparator INSTANCE = new ComparableComparator();

   @Override
   public int compare(T o1, T o2) {
      return o1.compareTo(o2);
   }
}

答案和我们的猜测完全一致,methodNameComparator 最终调用了 String 类自身的 compareTo(),代码如下:

//省略 imports
@Aspect
@Service
public class AopConfig {
  @Before("execution(* com.spring.puzzle.class6.example2.ElectricService.charge())")
  public void logBeforeMethod(JoinPoint pjp) throws Throwable {
      System.out.println("step into ->"+pjp.getSignature());
  }
  @Before("execution(* com.spring.puzzle.class6.example2.ElectricService.charge()) ")
  public void checkAuthority(JoinPoint pjp) throws Throwable {
      throw new RuntimeException("authority check failed");
  }
}

我们可以将原来的 validateAuthority() 改为 checkAuthority(),这种情况下,对增强(Advisor)的排序,其实最后就是在比较字符 l 和 字符 c。显然易见,checkAuthority() 的排序会靠前,从而被优先执行,最终问题得以解决。

重点回顾

通过学习这两个案例,相信你对 Spring AOP 增强方法的执行顺序已经有了较为深入的理解。这里我来总结下关键点:

  • 在同一个切面配置中,如果存在多个不同类型的增强,那么其执行优先级是按照增强类型的特定顺序排列,依次的增强类型为 Around.class, Before.class, After.class, AfterReturning.class, AfterThrowing.class;
  • 在同一个切面配置中,如果存在多个相同类型的增强,那么其执行优先级是按照该增强的方法名排序,排序方式依次为比较方法名的每一个字母,直到发现第一个不相同且 ASCII 码较小的字母。

同时,我们也拓展了一些比较器相关的知识:

  • 任意两个比较器(Comparator)可以通过 thenComparing() 连接合成一个新的连续比较器;
  • 比较器的比较规则有一个简单的方法可以帮助你理解,就是最终一定需要对象两两比较,而比较的过程一定是比较这两个对象的同种属性。你只要抓住这两点:比较了什么属性以及比较的结果是什么就可以了,若比较结果为正数,则按照该属性的升序排列;若为负数,则按属性降序排列。

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