一文讀懂 AOP | 你想要的最全面 AOP 方法探討

阿新 • • 發佈：2018-12-01

前前言

相信大家在入門 AOP 時，常常被繁多的術語、方法和框架繞暈。AOP 好像有點耳熟？Javaseopt 是個什麼？Javassist 又是啥？Dexposed、APT 也是 AOP？本篇將輔助你快速理清概念，掌握 AOP 思想，找到最適合自己業務場景的 AOP 方法。

前言

上文也談程式碼 —— 重構兩年前的程式碼中，我們提到最佳的系統架構由模組化的關注面領域組成，每個關注面均用純 Java 物件實現。不同的領域之間用最不具有侵害性的「方面」或「類方面」工具整合起來。

反思自己的專案，有很多模組沒有做到恰當地切分關注面，往往在業務邏輯中耦合了業務埋點、許可權申請、登陸狀態的判斷、對不可預知異常 try-catch 和一些持久化操作。

雖說保證程式碼最簡單化和可執行化很有必要，但我們還是可以嘗試小範圍的重構。就如「程式碼整潔之道」中所說：通過方面式的手段切分關注面的威力不可低估，假如你能用 POJO 編寫應用程式的領域邏輯，在程式碼層面與架構關注面分離開，就有可能真正地用測試來驅動架構。

這裡的切分關注面的思想就是 AOP。

一、AOP即面向切向程式設計

AOP 是 Aspect Oriented Programming 的縮寫，譯為面向切向程式設計。用我們最常用的 OOP 來對比理解：

縱向關係 OOP，橫向角度 AOP

舉個小例子：

設計一個日誌列印模組。按 OOP 思想，我們會設計一個列印日誌 LogUtils 類，然後在需要列印的地方引用即可。

public class ClassA {
    private void initView() {
        LogUtils.d(TAG, "onInitView");
    }
}

public class ClassB {
    private void onDataComplete(Bean bean) {
        LogUtils.d(TAG, bean.attribute);
    }
}

public class ClassC {
    private void onError() {
        LogUtils.e(TAG, "onError" 
);
    }
}
複製程式碼

看起來沒有任何問題是吧？

但是這個類是橫跨並嵌入眾多模組裡的，在各個模組裡分散得很厲害，到處都能見到。從物件組織角度來講，我們一般採用的分類方法都是使用類似生物學分類的方法，以「繼承」關係為主線，我們稱之為縱向，也就是 OOP。設計時只使用 OOP思想可能會帶來兩個問題：

物件設計的時候一般都是縱向思維，如果這個時候考慮這些不同類物件的共性，不僅會增加設計的難度和複雜性，還會造成類的介面過多而難以維護（共性越多，意味著介面契約越多）。
需要對現有的物件 動態增加 某種行為或責任時非常困難。

而AOP就可以很好地解決以上的問題，怎麼做到的？除了這種縱向分類之外，我們從橫向的角度去觀察這些物件，無需再去到處呼叫 LogUtils 了，宣告哪些地方需要列印日誌，這個地方就是一個切面，AOP 會在適當的時機為你把列印語句插進切面。

// 只需要宣告哪些方法需要列印 log，列印什麼內容
public class ClassA {
    @Log(msg = "onInitView")
    private void initView() {
    }
}

public class ClassB {
    @Log(msg = "bean.attribute")
    private void onDataComplete(Bean bean) {
    }
}

public class ClassC {
    @Log(msg = "onError")
    private void onError() {
    }
}
複製程式碼

如果說 OOP 是把問題劃分到單個模組的話，那麼 AOP 就是把涉及到眾多模組的某一類問題進行統一管理。AOP的目標是把這些功能集中起來，放到一個統一的地方來控制和管理。利用 AOP 思想，這樣對業務邏輯的各個部分進行了隔離，從而降低業務邏輯各部分之間的耦合，提高程式的可重用性，提高開發效率。

OOP 與 AOP 的區別

面向目標不同：簡單來說 OOP 是面向名詞領域，AOP 面向動詞領域。
思想結構不同：OOP 是縱向結構，AOP 是橫向結構。
注重方面不同：OOP 注重業務邏輯單元的劃分，AOP 偏重業務處理過程中的某個步驟或階段。

OOP 與 AOP 的聯絡

兩者之間是一個相互補充和完善的關係。

二、應用場景

那AOP既然這麼有用，除了上面提到的列印日誌場景，還有沒有其他用處呢？

當然有！

只要系統的業務模組都需要引用通用模組，就可以使用AOP。以下是一些常用的業務場景：

1. 引數校驗和判空

系統之間在進行介面呼叫時，往往是有入參傳遞的，入參是介面業務邏輯實現的先決條件，有時入參的缺失或錯誤會導致業務邏輯的異常，大量的異常捕獲無疑增加了介面實現的複雜度，也讓程式碼顯得雍腫冗長，因此提前對入參進行驗證是有必要的，可以提前處理入引數據的異常，並封裝好異常轉化成結果物件返回給呼叫方，也讓業務邏輯解耦變得獨立。

2. Android API23+的許可權控制

避免到處都是申請許可權和處理許可權的程式碼

3. 無痕埋點

4. 安全控制

比如全域性的登入狀態流程控制。

5. 日誌記錄

6. 事件防抖

防止View被連續點選觸發多次事件

7. 效能統計

檢測方法耗時其實已經有一些現成的工具，比如 trace view。痛點是這些工具使用起來都比較麻煩，效率低下，而且無法針對某一個塊程式碼或者某個指定的sdk進行檢視方法耗時。可以採用 AOP 思想對每個方法做一個切點，在執行之後列印方法耗時。

8. 事務處理

宣告方法，為特定方法加上事務，指定情況下（比如丟擲異常）回滾事務

9. 異常處理

替代防禦性的 try-Catch。

10. 快取

快取某方法的返回值，下次執行該方法時，直接從快取裡獲取。

11. 軟體破解

使用 Hook 修改軟體的驗證類的判斷邏輯。

12. 熱修復

AOP 可以讓我們在執行一個方法的前插入另一個方法，運用這個思路，我們可以把有 bug 的方法替換成我們下發的新方法。

三、AOP 方法

本篇為入門篇，重在理解 AOP 思想和應用，輔助你快速進行 AOP 方法選型，所以 AOP 方法這塊暫不會深入原理和術語。

Android AOP 常用的方法有 JNI HOOK 和靜態織入。

動態織入 Hook 方式

在執行期，目標類載入後，為介面動態生成代理類，將切面植入到代理類中。相對於靜態AOP更加靈活。但切入的關注點需要實現介面。對系統有一點效能影響。

Dexposed
Xposed
epic 在 native 層修改 java method 對應的 native 指標

動態位元組碼生成

Cglib + Dexmaker

Cglib 是一個強大的,高效能的 Code 生成類庫，原理是在執行期間目標位元組碼載入後，通過位元組碼技術為一個類建立子類，並在子類中採用方法攔截的技術攔截所有父類方法的呼叫，順勢織入橫切邏輯。由於是通過子類來代理父類，因此不能代理被 final 欄位修飾的方法。

但是 Cglib 有一個很致命的缺點：底層是採用著名的 ASM 位元組碼生成框架，使用位元組碼技術生成代理類，也就是通過操作位元組碼來生成的新的 .class 檔案，而我們在 Android 中載入的是優化後的 .dex 檔案，也就是說我們需要可以動態生成 .dex 檔案代理類，因此 Cglib 不能在 Android 中直接使用。有大神根據 Dexmaker 框架（dex程式碼生成工具）來仿照 Cglib 庫動態生成 .dex 檔案，實現了類似於 Cglib 的 AOP 的功能。詳細的用法可參考：將cglib動態代理思想帶入Android開發

靜態織入方式

在編譯期，切面直接以位元組碼的形式編譯到目標位元組碼檔案中。對系統無效能影響。但靈活性不夠。

APT
AspectJ
ASM
Javassist
DexMaker
ASMDEX

這麼多方法？有什麼區別？

方法作用期比對

一圖勝千言

AOP 是思想，上面的方法其實都是工具，只不過是插入時機和方式不同。

同：都可以織入邏輯，都體現了 AOP 思想異：作用的時機不一樣，且適用的註解的型別不一樣。

方法優缺點、難點比對

方法	作用時機	操作物件	優點	缺點	為了上手，我需要掌握什麼？
APT	編譯期：還未編譯為 class 時	.java 檔案	1. 可以織入所有類；2. 編譯期代理，減少執行時消耗	1. 需要使用 apt 編譯器編譯；2. 需要手動拼接代理的程式碼（可以使用 Javapoet 彌補）；3. 生成大量代理類	設計模式和解耦思想的靈活應用
AspectJ	編譯期、載入時	.java 檔案	功能強大，除了 hook 之外，還可以為目標類新增變數，介面。也有抽象，繼承等各種更高階的玩法。	不夠輕量級	複雜的語法，但掌握幾個簡單的，就能實現絕大多數場景
Javassist	編譯期：class 還未編譯為 dex 時或執行時	class 位元組碼	1. 減少了生成子類的開銷；2. 直接操作修改編譯後的位元組碼，直接繞過了java編譯器，所以可以做很多突破限制的事情，例如，跨 dex 引用，解決熱修復中 CLASS_ISPREVERIFIED 問題。	執行時加入切面邏輯，產生效能開銷。	1. 自定義 Gradle 外掛；2. 掌握groovy 語言
ASM	編譯期或執行期位元組碼注入	class 位元組碼	小巧輕便、效能好，效率比Javassist高	學習成本高	需要熟悉位元組碼語法，ASM 通過樹這種資料結構來表示複雜的位元組碼結構，並利用 Push 模型來對樹進行遍歷，在遍歷過程中對位元組碼進行修改。
ASMDEX	編譯期和載入時：轉化為 .dex 後	Dex 位元組碼，建立 class 檔案	可以織入所有類	學習成本高	需要對 class 檔案比較熟悉，編寫過程複雜。
DexMaker	同ASMDEX	Dex 位元組碼，建立 dex 檔案	同ASMDEX	同ASMDEX	同ASMDEX
Cglib	執行期生成子類攔截方法	位元組碼	沒有介面也可以織入	1. 不能代理被final欄位修飾的方法；2. 需要和 dexmaker 結合使用	--
xposed	執行期hook	--	能hook自己應用程序的方法，能hook其他應用的方法，能hook系統的方法	依賴三方包的支援，相容性差，手機需要root	--
dexposed	執行期hook	--	只能hook自己應用程序的方法，但無需root	1. 依賴三方包的支援，相容性差；2. 只能支援 Dalvik 虛擬機器	--
epic	執行期hook	--	支援 Dalvik 和 Art 虛擬機器	只適合在開發除錯中使用，碎片化嚴重有相容性問題	--

四、常用的 AOP 方法介紹

業務中常用的 AOP 方式為靜態織入，接下來詳細介紹靜態織入中最常用的三種方式：APT、AspectJ、Javassist。

1. APT

APT （Annotation Processing Tool ）即註解處理器，是一種處理註解的工具，確切的說它是 javac 的一個工具，它用來在編譯時掃描和處理註解。註解處理器以 Java 程式碼（或者編譯過的位元組碼）作為輸入，生成 .java 檔案作為輸出。簡單來說就是在編譯期，通過註解生成 .java 檔案。使用的 Annotation 型別是 SOURCE。

代表框架：DataBinding、Dagger2、ButterKnife、EventBus3、DBFlow、AndroidAnnotation

為什麼這些框架註解實現 AOP 要使用 APT？

目前 Android 註解解析框架主要有兩種實現方法，一種是執行期通過反射去解析當前類，注入相應要執行的方法。另一種是在編譯期生成類的代理類，在執行期直接呼叫代理類的代理方法，APT 指的是後者。

如果不使用APT基於註解動態生成 java 程式碼，那麼就需要在執行時使用反射或者動態代理，比如大名鼎鼎的 butterknife 之前就是在執行時反射處理註解，為我們例項化控制元件並新增事件，然而這種方法很大的一個缺點就是用了反射，導致 app 效能下降。所以後面 butterknife 改為 apt 的方式，可以留意到，butterknife 會在編譯期間生成一個 XXX_ViewBinding.java。雖然 APT 增加了程式碼量，但是不再需要用反射，也就無損效能。

APT 的缺點改進

效能問題解決了，又帶來新的問題了。我們在處理註解或元資料檔案的時候，往往有自動生成原始碼的需要。難道我們要手動拼接原始碼嗎？不不不，這不符合程式碼的優雅，JavaPoet 這個神器就是來解決這個問題的。

JavaPoet

JavaPoet 是 square 推出的開源 java 程式碼生成框架，提供 Java Api 生成 .java 原始檔。這個框架功能非常有用，我們可以很方便的使用它根據註解、資料庫模式、協議格式等來對應生成程式碼。通過這種自動化生成程式碼的方式，可以讓我們用更加簡潔優雅的方式要替代繁瑣冗雜的重複工作。本質上就是用建造者模式來替代手工拼寫原始檔。

JavaPoet詳細用法可參考：javapoet——讓你從重複無聊的程式碼中解放出來

2. AspectJ

目前最好、最方便、最火的 AOP 實現方式當屬 AspectJ，它是一種幾乎和 Java 完全一樣的語言，而且完全相容 Java。

但是在 Android 上整合 AspectJ 是比較複雜的。

我們需要使用 andorid-library gradle 外掛在編譯時做一些 hook。使用 AspectJ 的編譯器（ajc，一個java編譯器的擴充套件）對所有受 aspect 影響的類進行織入。在 gradle 的編譯 task 中增加一些額外配置，使之能正確編譯執行。等等等等……

有很多庫幫助我們完成這些工作，可以方便快捷接入 AspectJ。

AspectJ 框架選型

庫	大小	相容性	缺點	備註
Hugo	--	--	不支援AAR或JAR切入	--
gradle-android-aspectj-plugin	--	--	無法相容databinding，不支援AAR或JAR切入	該庫已經棄用
AspectJx（推薦）	44kb	會和有transform功能的外掛衝突，如：retroLambda	在前兩者基礎上擴充套件支援AAR, JAR及Kotlin的應用	僅支援annotation的方式，不支援 *.aj 檔案的編譯

3. Javassist

代表框架：熱修復框架HotFix 、Savior（InstantRun）

Javassist 是一個編輯位元組碼的框架，作用是修改編譯後的 class 位元組碼，ASM也有這個功能，不過 Javassist 的 Java 風格 API 要比 ASM 更容易上手。

既然是修改編譯後的 class 位元組碼，首先我們得知道什麼時候編譯完成，並且我們要在 .class檔案被轉為 .dex 檔案之前去做修改。在 Gradle Transfrom 這個 api 出來之前，想要監聽專案被打包成 .dex 的時機，就必須自定義一個 Gradle Task，插入到 predex 或者 dex 之前，在這個自定義的 Task 中使用 Javassist 或者 ASM 對 class 位元組碼進行操作。而 Transform 更為方便，我們不再需要插入到某個Task前面。Tranfrom 有自己的執行時機，一經註冊便會自動新增到 Task 執行序列中，且正好是 class 被打包成dex之前。

五、總結

AOP 重在理解這種思想：

先考慮要在什麼期間插入程式碼，選用合適的 AOP 方法；
找準切入點也就是程式碼可注入的點，比如一個方法的呼叫處或者方法內部；
接著考慮怎麼過濾方法，找到注入點的描述，比如注入到所有onClick方法：call(* view.on|Click(..))；
接著要考慮以怎樣的方式處理程式碼，是在程式碼執行前？執行後？還是包裹程式碼？還是替換目的碼？

任何的技術都需要有業務依託和落地，後續將會推出AOP實踐篇，一步步實現 AOP 應用落地，敬請期待。

六、還想了解更多？

博文推薦

深入理解Android之AOP

Aspect Oriented Programming in Android

Aspect Oriented Programming in Android 翻譯版

安卓AOP三劍客:APT,AspectJ,Javassist

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