我们到底为什么要用 IoC 和 AOP

作为一名 Java 开发,对 Spring 框架是再熟悉不过的了。Spring 支持的控制反转(Inversion of Control,缩写为IoC)和面向切面编程(Aspect-oriented programming,缩写为AOP)早已成为我们的开发习惯,仿佛 Java 开发天生就该如此。人总是会忽略习以为常的事物,所有人都熟练使用 IoC 和 AOP,却鲜有人说得清楚到底为什么要用 IoC 和 AOP。

技术肯定是为了解决某个问题而诞生,要弄清楚为什么使用 IoC 和 AOP,就得先弄清楚不用它们会碰到什么问题。

一、IoC

我们现在假设回到了没有 IoC 的时代,用传统的 Servlet 进行开发。

1. 传统开发模式的弊端

三层架构是经典的开发模式,我们一般将视图控制、业务逻辑和数据库操作分别抽离出来单独形成一个类,这样各个职责就非常清晰且易于复用和维护。大致代码如下:

@WebServlet("/user") public class UserServlet extends HttpServlet {     // 用于执行业务逻辑的对象     private UserService userService = new UserServiceImpl();          @Override     protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {         // ...省略其他代码                      // 执行业务逻辑         userService.doService();                  // ...返回页面视图     } }

public class UserServiceImpl implements UserService{     // 用于操作数据库的对象     private UserDao userDao = new UserDaoImpl();          @Override     public void doService() {         // ...省略业务逻辑代码                      // 执行数据库操作         userDao.doUpdate();                  // ...省略业务逻辑代码     } }

public class UserDaoImpl implements UserDao{     @Override     public void doUpdate() {         // ...省略JDBC代码     } }

上层依赖下层的抽象,代码就分为了三层:

我们到底为什么要用 IoC 和 AOP

业界普遍按这种分层方式组织代码,其核心思想是职责分离。层次越低复用程度越高,比如一个 DAO 对象往往会被多个 Service 对象使用,一个 Service 对象往往也会被多个 Controller 对象使用:

我们到底为什么要用 IoC 和 AOP

条理分明,井然有序。这些被复用的对象就像一个个的组件,供多方使用。

虽然这个倒三角看上去非常漂亮,然而我们目前的代码有一个比较大的问题,那就是我们只做到了逻辑复用,并没有做到资源复用

上层调用下一层时,必然会持有下一层的对象引用,即成员变量。目前我们每一个成员变量都会实例化一个对象,如下图所示:

我们到底为什么要用 IoC 和 AOP

每一个链路都创建了同样的对象,造成了极大的资源浪费。本应多个 Controller 复用同一个 Service,多个 Service 复用同一个 DAO。现在变成了一个 Controller创建多个重复的 Service,多个 Service 又创建了多个重复的 DAO,从倒三角变成了正三角。

许多组件只需要实例化一个对象就够了,创建多个没有任何意义。针对对象重复创建的问题,我们自然而然想到了单例模式。只要编写类时都将其写为单例,这样就避免了资源浪费。但是,引入设计模式必然会带来复杂性,况且还是每一个类都为单例,每一个类都会有相似的代码,其弊端不言自明。

有人可能会说,那我不在意“这点”资源浪费了,我服务器内存大无所谓,我只求开发便捷痛快不想写额外的代码。

确实,三层架构达到逻辑复用已经非常方便了,还奢求其他的干什么呢。但就算不管资源问题,目前代码还有一个致命缺陷,那就是变化的代价太大

假设有 10 个 Controller 依赖了 UserService,最开始实例化的是 UserServiceImpl,后面需要换一个实现类 OtherUserServiceImpl,我就得逐个修改那 10 个 Controller,非常麻烦。更换实现类的需求可能不会太多,没多大说服力。那咱们看另一个情况。

之前咱们演示的组件创建过程非常简单,new 一下就完了,可很多时候创建一个组件没那么容易。比如 DAO 对象要依赖一个这样的数据源组件:

public class UserDaoImpl implements UserDao{     private MyDataSource dataSource;      public UserDaoImpl() {         // 构造数据源         dataSource = new MyDataSource("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "password");         // 进行一些其他配置         dataSource.setInitiaSize(10);         dataSource.setMaxActive(100);         // ...省略更多配置项     } }

该数据源组件要想真正生效需要对其进行许多配置,这个创建和配置过程是非常麻烦的。而且配置可能会随着业务需求的变化经常更改,这时候你就需要修改每一个依赖该组件的地方,牵一发而动全身。这还只是演示了一个数据源的创建配置过程,真实开发中可有太多组件和太多配置需要编码了,其麻烦程度堪称恐怖。

当然,这些问题都可以引入设计模式来解决,不过这样一来又绕回去了:设计模式本身也会带来复杂性。这就像一种死循环:传统开发模式编码复杂,要想解决这种复杂却得陷入另一种复杂。难道没有办法解决了吗?当然不是的,在讲优秀解决方案前,我们先来梳理一下目前出现的问题:

  • 创建了许多重复对象,造成大量资源浪费;
  • 更换实现类需要改动多个地方;
  • 创建和配置组件工作繁杂,给组件调用方带来极大不便。

透过现象看本质,这些问题的出现都是同一个原因:组件的调用方参与了组件的创建和配置工作

其实调用方只需关注组件如何调用,至于这个组件如何创建和配置又与调用方有什么关系呢?就好比我去餐馆只需点菜,饭菜并不需要我亲自去做,餐馆自然会做好给我送过来。如果我们编码时,有一个「东西」能帮助我们创建和配置好那些组件,我们只负责调用该多好。这个「东西」就是容器。

容器这一概念我们已接触过,Tomcat 就是 Servlet 的容器,它帮我们创建并配置好 Servlet,我们只需编写业务逻辑即可。试想一下,如果 Servlet 要我们自己创建,HttpRequest、HttpResponse 对象也需要我们自己配置,那代码量得有多恐怖。

Tomcat 是 Servlet 容器,只负责管理 Servlet。我们平常使用的组件则需要另一种容器来管理,这种容器我们称之为 IoC 容器

2. 控制反转和依赖注入

控制反转,是指对象的创建和配置的控制权从调用方转移给容器。好比在家自己做菜,菜的味道全部由自己控制;去餐馆吃饭,菜的味道则是交由餐馆控制。IoC 容器就担任了餐馆的角色。

有了 IoC 容器,我们可以将对象交由容器管理,交由容器管理后的对象称之为 Bean。调用方不再负责组件的创建,要使用组件时直接获取 Bean 即可:

@Component public class UserServiceImpl implements UserService{     @Autowired // 获取 Bean     private UserDao userDao; }

调用方只需按照约定声明依赖项,所需要的 Bean 就自动配置完毕了,就好像在调用方外部注入了一个依赖项给其使用,所以这种方式称之为 依赖注入(Dependency Injection,缩写为 DI)。控制反转和依赖注入是一体两面,都是同一种开发模式的表现形式

IoC 轻而易举地解决了我们刚刚总结的问题:

对象交由容器管理后,默认是单例的,这就解决了资源浪费问题。

若要更换实现类,只需更改 Bean 的声明配置,即可达到无感知更换:

public class UserServiceImpl implements UserService{     ... }  // 将该实现类声明为 Bean @Component public class OtherUserServiceImpl implements UserService{     ... }

现在组件的使用和组件的创建与配置完全分离开来。调用方只需调用组件而无需关心其他工作,这极大提高了我们的开发效率,也让整个应用充满了灵活性、扩展性。

这样看来,我们如此中意 IoC 不是没有道理的。

二、AOP

我们再来假设没有 AOP 会怎样。

1. 面向对象的局限性

面向对象编程(Object-oriented programming,缩写:OOP)的三大特性:封装、继承、多态,我们早已用得炉火纯青。OOP 的好处已无需赘言,相信大家都有体会。这里咱们来看一下 OOP 的局限性。

当有重复代码出现时,可以就将其封装出来然后复用。我们通过分层、分包、分类来规划不同的逻辑和职责,就像之前讲解的三层架构。但这里的复用的都是核心业务逻辑,并不能复用一些辅助逻辑,比如:日志记录、性能统计、安全校验、事务管理,等等。这些边缘逻辑往往贯穿你整个核心业务,传统 OOP 很难将其封装:

public class UserServiceImpl implements UserService {     @Override     public void doService() {         System.out.println("---安全校验---");         System.out.println("---性能统计 Start---");         System.out.println("---日志打印 Start---");         System.out.println("---事务管理 Start---");          System.out.println("业务逻辑");          System.out.println("---事务管理 End---");         System.out.println("---日志打印 End---");         System.out.println("---性能统计 End---");     } }

为了方便演示,这里只用了打印语句,就算如此这代码看着也很难受,而且这些逻辑是所有业务方法都要加上,想想都恐怖。

OOP 是至上而下的编程方式,犹如一个树状图,A调用B、B调用C,或者A继承B、B继承C。这种方式对于业务逻辑来说是合适的,通过调用或继承以复用。而辅助逻辑就像一把闸刀横向贯穿所有方法,如图2-4所示:

我们到底为什么要用 IoC 和 AOP

这一条条横线仿佛切开了 OOP 的树状结构,犹如一个大蛋糕被切开多层,每一层都会执行相同的辅助逻辑,所以大家将这些辅助逻辑称为层面或者切面。

代理模式用来增加或增强原有功能再适合不过了,但切面逻辑的难点不是不修改原有业务,而是对所有业务生效。对一个业务类增强就得新建一个代理类,对所有业务增强,每个类都要新建代理类,这无疑是一场灾难。而且这里只是演示了一个日志打印的切面逻辑,如果我再加一个性能统计切面,就得新建一个切面代理类来代理日志打印的代理类,一旦切面多起来这个代理类嵌套就会非常深。

面向切面编程(Aspect-oriented programming,缩写为 AOP)正是为了解决这一问题而诞生的技术。

2. 面向切面编程

AOP 不是 OOP 的对立面,它是对 OOP 的一种补充。OOP 是纵向的,AOP 是横向的,两者相结合方能构建出良好的程序结构。AOP 技术,让我们能够不修改原有代码,便能让切面逻辑在所有业务逻辑中生效

我们只需声明一个切面,写上切面逻辑:

@Aspect // 声明一个切面 @Component public class MyAspect {     // 原业务方法执行前     @Before("execution(public void com.rudecrab.test.service.*.doService())")     public void methodBefore() {         System.out.println("===AspectJ 方法执行前===");     }      // 原业务方法执行后     @AfterReturning("execution(* com.rudecrab.test.service..doService(..))")     public void methodAddAfterReturning() {         System.out.println("===AspectJ 方法执行后===");     } }

无论你有一个业务方法,还是一万个业务方法,对我们开发者来说只需编写一次切面逻辑,就能让所有业务方法生效,极大提高了我们的开发效率。

三、总结

IoC 解决了以下问题:

  • 创建了许多重复对象,造成大量资源浪费;
  • 更换实现类需要改动多个地方;
  • 创建和配置组件工作繁杂,给组件调用方带来极大不便。

AOP 解决了以下问题:

  • 切面逻辑编写繁琐,有多少个业务方法就需要编写多少次。

作者:RudeCrab
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来源:博客园
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