理解AOP

之前幾篇文章我們詳細介紹了AOP的幾種技術(shù)方案偿凭，由于AOP技術(shù)復(fù)雜多樣，實際需求也不盡相同弯囊，那么我們應(yīng)該如何做技術(shù)選型呢？

本篇將會對現(xiàn)有的AOP技術(shù)做一個統(tǒng)一的介紹胶果，尤其側(cè)重在Android方向的落地，希望對你有所幫助霎烙，文中內(nèi)容蕊连、示例大都來自工作總結(jié)，如有偏頗不妥尝蠕，歡迎指正。

這里先統(tǒng)一一下基本名詞载庭，以便表述看彼。

• 切面： 對一類行為的抽象廊佩，是切點的集合，比如在用戶訪問所有模塊前做的權(quán)限認證靖榕。
• 切點： 描述切面的具體的一個業(yè)務(wù)場景标锄。
• 通知（Advice）類型： 通常分為切點前、切點后和切點內(nèi)茁计，比如在方法前織入代碼是指切點前鸯绿。

AOP是一種面向切面編程的技術(shù)的統(tǒng)稱，AOP框架最終都會圍繞class字節(jié)碼的操作展開簸淀，無論是對字節(jié)碼的操作增刪改瓶蝴，為方便描述，我們統(tǒng)稱為代碼的織入租幕。

雖然AOP翻譯過來叫面向切面編程舷手，但在實際使用過程中，切面可能退化成了一個點劲绪，比如我們想統(tǒng)計app的冷啟動時間男窟，這就非常具體了。如果我們用AOP的技術(shù)實現(xiàn)統(tǒng)計所有函數(shù)的耗時時間贾富，自然能統(tǒng)計到類似啟動這個階段的時間歉眷。

從狹義來看實現(xiàn)AOP技術(shù)的框架必須是能將切面編程抽象成上層可以直接使用的工具或API，但當(dāng)我們將切面降維后颤枪，最終面向的就是切點而已汗捡。換句話說，只要能將代碼織入到某個點那這種技術(shù)就一定可以實現(xiàn)AOP畏纲，這樣AOP技術(shù)所涵蓋的領(lǐng)域就得以拓展扇住，因為從狹義的角度看目前只有AspectJ符合這個標(biāo)準(zhǔn)。

從廣義上來講盗胀，AOP技術(shù)可以是任何能實現(xiàn)代碼織入的技術(shù)或框架艘蹋，對代碼的改動最終都會體現(xiàn)在字節(jié)碼上，而這類技術(shù)也可以叫做字節(jié)碼增強票灰，通用名詞理解即可女阀。

下面我們將介紹一些常用的AOP技術(shù)。

首先屑迂，從織入的時機的角度看浸策，可以分為源碼階段、class階段屈糊、dex階段的榛、運行時織入。

對于前三項源碼階段逻锐、class階段夫晌、dex織入雕薪，由于他們都發(fā)生在class加載到虛擬機前，我們統(tǒng)稱為靜態(tài)織入晓淀，
而在運行階段發(fā)生的改動所袁，我們統(tǒng)稱為動態(tài)織入。

常見的技術(shù)框架如下表：

靜態(tài)織入發(fā)生在編譯器，因此幾乎不會對運行時的效率產(chǎn)生影響畅涂；動態(tài)織入發(fā)生在運行期港华，可直接將字節(jié)碼寫入內(nèi)存，并通過反射完成類的加載午衰，所以效率相對較低立宜，但更靈活。

動態(tài)織入的前提是類還未被加載臊岸，你不能將一個已經(jīng)加載的類經(jīng)過修改再次加載橙数，這是ClassLoader的限制。但是可以通過另一個ClassLoader進行加載帅戒，虛擬機允許兩個相同類名的class被不同的ClassLoader加載灯帮，在運行時也會被認為是兩個不同的類，因此需要注意不能相互賦值蜘澜， 不然會拋出ClassCastException施流。

java動態(tài)代理响疚、cglib只會創(chuàng)建新的代理類而不是對原有類的字節(jié)碼直接修改鄙信，Javassit可修改原有字節(jié)碼。

其實利用反射或者hook技術(shù)同樣可以實現(xiàn)代碼行為的改變忿晕，但由于這類技術(shù)并沒有真正的改變原有的字節(jié)碼装诡，所以暫不在談?wù)摲秶鷥?nèi)，比如xposed践盼，dexposed鸦采。

其次，我們需要關(guān)注這些框架具備哪切面編程的能力咕幻，這有助于幫助我做技術(shù)選型渔伯，由于AspectJ、ASM 肄程、Javassit是相對比較完善的AOP框架锣吼，因此只對三者進行比較选浑。

其中：

• 切面抽象：具備篩選過濾class的能力，比如我們想為Activity的所有生命周期織入代碼玄叠，那你是不是首先需要具備過濾Activity及其子類的能力古徒。

• 切點抽象：具體到某個class，是否具備方法读恃、字段隧膘、注解訪問的能力。

• 通知類型抽象：是否直接支持在方法前寺惫、后疹吃、中直接織入代碼。

當(dāng)然不具備能力不代表不能做AOP編程西雀，可以通過其他方法解決互墓，只是易用性的問題。

下面我們將開始對上述框架逐一介紹蒋搜，Let' go~~~

APT

APT(Annotation Processing Tool)即注解處理器篡撵，在Gradle 版本>=2.2后被annotationProcessor取代。

它用來在編譯時掃描和處理注解豆挽，掃描過程可使用 auto-service 來簡化尋找注解的配置育谬，在處理過程中可生成java文件（創(chuàng)建java文件通常依賴 javapoet 這個庫）。常用于生成一些模板代碼或運行時依賴的類文件帮哈，比如常見的ButterKnife膛檀、Dagger、ARouter娘侍，它的優(yōu)點是簡單方便咖刃。

以ButterKnife為例：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @BindView(R.id.toolbar)
    Toolbar toolbar;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        ButterKnife.bind(this);
    }

}

一句簡單的ButterKnife.bind(this)是如何實現(xiàn)控件的賦值的？

事實上@Bind注解在編譯期會生成一個MainActivity_ViewBinding類憾筏，而ButterKnife.bind(this)這次調(diào)用最終會通過反射創(chuàng)建出MainActivity_ViewBinding對象嚎杨，并把activity的引用傳遞給它。

# ButterKnife
public static Unbinder bind(@NonNull Object target, @NonNull View source) {
    Class<?> targetClass = target.getClass();
    Constructor<? extends Unbinder> constructor = findBindingConstructorForClass(targetClass);
    ...
    //創(chuàng)建xxx_binding對象并把activity傳入
    return constructor.newInstance(target, source);
}

private static Constructor<? extends Unbinder> findBindingConstructorForClass(Class<?> cls) {
    ...
    try {
      //運行時通過反射加載在編譯階段生成的類
      Class<?> bindingClass = cls.getClassLoader().loadClass(clsName + "_ViewBinding");
      bindingCtor = (Constructor<? extends Unbinder>) bindingClass.getConstructor(cls, View.class);
    } 
    ...
    return bindingCtor;
}

這樣最終在MainActivity_ViewBinding的構(gòu)造函數(shù)中完成控件的賦值氧腰。

public class MainActivity_ViewBinding<T extends MainActivity> implements Unbinder {
  protected T target;
  public MainActivity_ViewBinding(final T target, Finder finder, Object source) {
    ...
    //為控件賦值 其中優(yōu)化了控件的查找
    target.toolbar = finder.findRequiredViewAsType(source, R.id.toolbar, "field 'toolbar'", Toolbar.class);
    ...
  }
}

為了在此類中能訪問到MainActivity中聲明的屬性枫浙，為此ButterKnife框架要求，使用@Bind注解聲明的屬性不能是private的古拴。

可以看到ButterKnife中仍然用到了反射箩帚，這是為了統(tǒng)一API使用ButterKnife.bind(...)作出的犧牲，而Dagger則會通過Component黄痪，Module的名字通過動態(tài)生成不同的方法名紧帕，因此使用之前需要對工程進行build。

之所以會這樣桅打，是因為APT技術(shù)的不足是嗜，通常只是用來創(chuàng)建新的類轻纪，而不能對原有類進行改動，在不能改動的情況下叠纷，只能通過反射實現(xiàn)動態(tài)化刻帚。

AspectJ

AspectJ是一種嚴格意義上的AOP技術(shù)，因為它提供了完整的面向切面編程的注解涩嚣，這樣讓使用者可以在不關(guān)心字節(jié)碼原理的情況下完成代碼的織入崇众，因為編寫的切面代碼就是要織入的實際代碼。

AspectJ實現(xiàn)代碼織入有兩種方式航厚，一是自行編寫.ajc文件顷歌，二是使用AspectJ提供的@Aspect、@Pointcut等注解幔睬，二者最終都是通過ajc編譯器完成代碼的織入眯漩。

舉個簡單的例子，假設(shè)我們想統(tǒng)計所有view的點擊事件麻顶，使用AspectJ只需要寫一個類即可赦抖。

@Aspect
public class MethodAspect {
    private static final String TAG = "MethodAspect5";

    //切面表達式，聲明需要過濾的類和方法 
    @Pointcut("execution(* android.view.View.OnClickListener+.onClick(..))")
    public void callMethod() {
    }

    //before表示在方法調(diào)用前織入
    @before("callMethod()")
    public void beforeMethodCall(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
        //編寫業(yè)務(wù)代碼
    }
}

注解簡明直觀辅肾，上手難度近乎為0队萤。

常用的函數(shù)耗時統(tǒng)計工具Hugo，就是AspectJ的一個實際應(yīng)用矫钓，Android平臺Hujiang開源的AspectJX插件靈感也來自于Hugo要尔，詳情見舊文Android 函數(shù)耗時統(tǒng)計工具之Hugo。

AspectJ雖然好用新娜，但也存在一些嚴重的問題赵辕。

• 重復(fù)織入、不織入
• 不支持Java8

AspectJ切面表達式支持繼承語法概龄，雖然方便了開發(fā)还惠，但存在致命的問題，就是在繼承樹上的類可能都會織入代碼旁钧，這在多數(shù)業(yè)務(wù)場景下是不適用的吸重，比如無埋點。

另外使用java8語法編寫的代碼歪今，不會被進入切面范圍，也就無法織入代碼颜矿。

更多詳情參見舊文 Android AspectJ詳解 寄猩。

ASM

ASM是非常底層的面向字節(jié)碼編程的AOP框架，理論上可以實現(xiàn)任何關(guān)于字節(jié)碼的修改骑疆，非常硬核田篇。許多字節(jié)碼生成API底層都是用ASM實現(xiàn)替废，常見比如Groovy、cglib泊柬，因此在Android平臺下使用ASM無需添加額外的依賴椎镣。完整的學(xué)習(xí)ASM必須了解字節(jié)碼和JVM相關(guān)知識。

比如要織入一句簡單的日志輸出

Log.d("tag", " onCreate");

使用ASM編寫是下面這個樣子兽赁，沒錯因為JVM是基于棧的状答，函數(shù)的調(diào)用需要參數(shù)先入棧，然后執(zhí)行函數(shù)入棧刀崖，最后出棧惊科，總共四條JVM指令。

mv.visitLdcInsn("tag");
mv.visitLdcInsn("onCreate");
mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false);
mv.visitInsn(POP);

可以看出ASM與AspectJ有很大的不同亮钦，AspectJ織入的代碼就是實際編寫的代碼馆截，但ASM必須使用其提供的API編寫指令。一行java代碼可能對應(yīng)多行ASM API代碼蜂莉，因為一行java代碼背后可能隱藏這多個JVM指令蜡娶。

你不必擔(dān)心不會編寫ASM代碼，官方提供了ASM Bytecode Outline插件可以直接將java代碼生成ASM代碼映穗。

ASM的實際使用場景非常廣泛翎蹈，我們以Matrix為例。

Matrix是微信開源的一個APM框架男公，其中TraceCanary子模塊用于監(jiān)測幀率低荤堪、卡頓、ANR等場景枢赔，具備函數(shù)耗時統(tǒng)計的功能澄阳。

為了實現(xiàn)函數(shù)的耗時統(tǒng)計，通常的做法都是在函數(shù)執(zhí)行開始和結(jié)束為止進行插樁踏拜，最后以兩個插樁點的時間差為函數(shù)的執(zhí)行時間碎赢。

# -> MethodTracer.TraceMethodAdapter
@Override
protected void onMethodEnter() {
    TraceMethod traceMethod = mCollectedMethodMap.get(methodName);
    if (traceMethod != null) {
        traceMethodCount.incrementAndGet();
        mv.visitLdcInsn(traceMethod.id);
        //入口插樁
        mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, TraceBuildConstants.MATRIX_TRACE_CLASS, "i", "(I)V", false);
    }
}

@Override
protected void onMethodExit(int opcode) {
    TraceMethod traceMethod = mCollectedMethodMap.get(methodName);
    ...
    traceMethodCount.incrementAndGet();
    mv.visitLdcInsn(traceMethod.id);
    //出口插樁
    mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, TraceBuildConstants.MATRIX_TRACE_CLASS, "o", "(I)V", false);
}

總體上就是每個方法的開頭和結(jié)尾處各添加一行代碼，然后交由TraceMethod進行統(tǒng)計和計算速梗。

詳情見舊文Matrix系列文章(一) 卡頓分析工具之Trace Canary肮塞。

接下來，我們分析一下ASM的不足姻锁。

• 切面代碼需要硬編碼枕赵，通常是手動寫過濾條件，不夠靈活位隶，試想一下如何用ASM實現(xiàn)統(tǒng)計所有Activity的生命周期方法拷窜。
• 很難實現(xiàn)在方法調(diào)用前后織入新的代碼，而在AspectJ中一個call關(guān)鍵字就解決了。

更多詳情參見舊文 Android ASM框架詳解 篮昧。

javassit

javassit是一個開源的字節(jié)碼創(chuàng)建赋荆、編輯類庫，現(xiàn)屬于Jboss web容器的一個子模塊懊昨，特點是簡單窄潭、快速，與AspectJ一樣酵颁，使用它不需要了解字節(jié)碼和虛擬機指令嫉你，這里是官方文檔。

javassit核心的類庫包含ClassPool材义，CtClass 均抽，CtMethod和CtField。

• ClassPool：一個基于HashMap實現(xiàn)的CtClass對象容器其掂。
• CtClass：表示一個類油挥，可從ClassPool中通過完整類名獲取。
• CtMethods：表示類中的方法款熬。
• CtFields ：表示類中的字段深寥。

javassit API簡潔直觀，比如我們想動態(tài)創(chuàng)建一個類贤牛，并添加一個helloWorld方法惋鹅。

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
//通過makeClass創(chuàng)建類
CtClass ct = pool.makeClass("test.helloworld.Test");//創(chuàng)建類
//為ct添加一個方法
CtMethod helloMethod = CtNewMethod.make("public void helloWorld(String des){ System.out.println(des);}",ct);
ct.addMethod(helloMethod);
//寫入文件
ct.writeFile();
//加載進內(nèi)存
// ct.toClass();

然后，我們想在helloWorld方法前后織入代碼殉簸。

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
//獲取class
CtClass ct = pool.getCtClass("test.helloworld.Test");
//獲取helloWorld方法
CtMethod m = ct.getDeclaredMethod("helloWorld");
//在方法開頭織入
m.insertBefore("{ System.out.print(\"before insert\");");
//在方法末尾織入 可使用this關(guān)鍵字
m.insertAfter("{System.out.println(this.x); }");
//寫入文件
ct.writeFile();

javassit的語法直觀簡潔的特點闰集，使得在很多開源項目中都有它的身影。

比如QQ zone的熱修復(fù)方案般卑，當(dāng)時遇到的問題是補丁包加載做odex優(yōu)化時武鲁，由于差分的patch包并不依賴其他dex，導(dǎo)致補丁包中的類被打上is_preverfied標(biāo)簽（這有助于運行時提升性能）蝠检，但在補丁運行時實際會去引用其他dex中的類沐鼠，就會拋出錯誤java.lang.IllegalAccessError：Class ref pre-verified class resovled to unexpected implement。

當(dāng)時qq空間團隊的解決方案是在編譯階段為對所有類的構(gòu)造方法進行插樁叹谁，引用一個事先定義好的AnalyseLoad類饲梭，然后干預(yù)分包過程，讓這個類處于一個獨立的dex中焰檩，這樣就避免了上述問題憔涉。

這里用的AOP方案就是javassit，詳情見 QQ空間補丁方案解析 。

還有最近開源的插件化框架shadow，shadow框架中的一個需求是，插件包具備獨立運行的能力，當(dāng)運行插件工程時浪腐，插件中Activity的父類ShadowActivity繼承Activity，當(dāng)插件作為子模塊加載到插件中時ShadowActivity不必繼承系統(tǒng)Activity顿乒，只是作為一個代理類就夠了议街。此時shadow團隊封裝了JavassistTransform，在編譯期動態(tài)修改Activity的父類璧榄。

詳見 調(diào)試研究Shadow對字節(jié)碼編輯的正確姿勢 特漩。

動態(tài)代理

動態(tài)代理是代理模式的一種實現(xiàn)，用于在運行時動態(tài)增強原始類的行為骨杂，實現(xiàn)方式是運行時直接生成class字節(jié)碼并將其加載進虛擬機涂身。

JDK本身就提供一個Proxy類用于實現(xiàn)動態(tài)代理。
我們通常使用下面的API創(chuàng)建代理類搓蚪。

# java.lang.reflect.Proxy
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
    Class<?>[] interfaces, 
    InvocationHandler h)

其中在InvocationHandler實現(xiàn)類中定義核心切點代碼蛤售。

public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {

    /** 被代理的實例 */
    private Object mObj = null;

    public InvocationHandlerImpl(Object obj){
        this.mObj = obj;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        //前切入點
        Object result = method.invoke(this.mObj, args);
        //后切入點
        return result;
    }
}

這樣在前后切入點的位置可以編寫要織入的代碼。

在我們常用的Retrofit框架中就用到了動態(tài)代理妒潭。Retrofit提供了一套易于開發(fā)網(wǎng)絡(luò)請求的注解悴能，而在注解中聲明的參數(shù)正是通過代理包裝之后發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)請求。

# Retrofit.create
public <T> T create(final Class<T> service) {
    ...
    return (T) Proxy.newProxyInstance(service.getClassLoader(), new Class<?>[] { service },
       new InvocationHandler() {
         private final Platform platform = Platform.get();
         private final Object[] emptyArgs = new Object[0];

         @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, @Nullable Object[] args)
             throws Throwable {
           // If the method is a method from Object then defer to normal invocation.
           if (method.getDeclaringClass() == Object.class) {
             return method.invoke(this, args);
           }
           if (platform.isDefaultMethod(method)) {
             return platform.invokeDefaultMethod(method, service, proxy, args);
           }
           //代理
           return loadServiceMethod(method).invoke(args != null ? args : emptyArgs);
         }
    });
}

java動態(tài)代理最大的問題是只能代理接口雳灾，而不能代理普通類或者抽象類漠酿，這是因為默認創(chuàng)建的代理類繼承Porxy，而java又不支持多繼承谎亩，這一點極大的限制了動態(tài)代理的使用場景炒嘲，cglib可代理普通類。

更多詳情參見 設(shè)計模式之代理模式 匈庭。

總結(jié)

最后我們總結(jié)一下 上述AOP框架的特點及優(yōu)劣勢夫凸，你可以根據(jù)自身需求進行技術(shù)選型。