Spring AOP 常见错误（下）

news2024/11/24 19:09:47

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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