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Java開(kāi)發(fā)到底為什么要用 IoC 和 AOP

更新時(shí)間：2021年02月07日 14:23:45 作者：碼農(nóng)開(kāi)花

這篇文章主要介紹了Java開(kāi)發(fā)到底為什么要用 IoC 和 AOP，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用Java，感興趣的朋友可以了解下

作為一名 Java 開(kāi)發(fā)，對(duì) Spring 框架是再熟悉不過(guò)的了。Spring 支持的控制反轉(zhuǎn)（Inversion of Control，縮寫(xiě)為IoC）和面向切面編程（Aspect-oriented programming，縮寫(xiě)為AOP）早已成為我們的開(kāi)發(fā)習(xí)慣，仿佛 Java 開(kāi)發(fā)天生就該如此。人總是會(huì)忽略習(xí)以為常的事物，所有人都熟練使用 IoC 和 AOP，卻鮮有人說(shuō)得清楚到底為什么要用 IoC 和 AOP。

技術(shù)肯定是為了解決某個(gè)問(wèn)題而誕生，要弄清楚為什么使用 IoC 和 AOP，就得先弄清楚不用它們會(huì)碰到什么問(wèn)題。

一、IoC

我們現(xiàn)在假設(shè)回到了沒(méi)有 IoC 的時(shí)代，用傳統(tǒng)的 Servlet 進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

1. 傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式的弊端

三層架構(gòu)是經(jīng)典的開(kāi)發(fā)模式，我們一般將視圖控制、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫(kù)操作分別抽離出來(lái)單獨(dú)形成一個(gè)類(lèi)，這樣各個(gè)職責(zé)就非常清晰且易于復(fù)用和維護(hù)。大致代碼如下：

@WebServlet("/user")
public class UserServlet extends HttpServlet {
  // 用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的對(duì)象
  private UserService userService = new UserServiceImpl();
  
  @Override
  protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    // ...省略其他代碼
      
    // 執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
    userService.doService();
    
    // ...返回頁(yè)面視圖
  }
}

public class UserServiceImpl implements UserService{
  // 用于操作數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)象
  private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
  
  @Override
  public void doService() {
    // ...省略業(yè)務(wù)邏輯代碼
      
    // 執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作
    userDao.doUpdate();
    
    // ...省略業(yè)務(wù)邏輯代碼
  }
}

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

上層依賴(lài)下層的抽象，代碼就分為了三層：

業(yè)界普遍按這種分層方式組織代碼，其核心思想是職責(zé)分離。層次越低復(fù)用程度越高，比如一個(gè) DAO 對(duì)象往往會(huì)被多個(gè) Service 對(duì)象使用，一個(gè) Service 對(duì)象往往也會(huì)被多個(gè) Controller 對(duì)象使用：

條理分明，井然有序。這些被復(fù)用的對(duì)象就像一個(gè)個(gè)的組件，供多方使用。

雖然這個(gè)倒三角看上去非常漂亮，然而我們目前的代碼有一個(gè)比較大的問(wèn)題，那就是我們只做到了邏輯復(fù)用，并沒(méi)有做到資源復(fù)用。

上層調(diào)用下一層時(shí)，必然會(huì)持有下一層的對(duì)象引用，即成員變量。目前我們每一個(gè)成員變量都會(huì)實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，如下圖所示：

每一個(gè)鏈路都創(chuàng)建了同樣的對(duì)象，造成了極大的資源浪費(fèi)。本應(yīng)多個(gè) Controller 復(fù)用同一個(gè) Service，多個(gè) Service 復(fù)用同一個(gè) DAO?，F(xiàn)在變成了一個(gè) Controller創(chuàng)建多個(gè)重復(fù)的 Service，多個(gè) Service 又創(chuàng)建了多個(gè)重復(fù)的 DAO，從倒三角變成了正三角。

許多組件只需要實(shí)例化一個(gè)對(duì)象就夠了，創(chuàng)建多個(gè)沒(méi)有任何意義。針對(duì)對(duì)象重復(fù)創(chuàng)建的問(wèn)題，我們自然而然想到了單例模式。只要編寫(xiě)類(lèi)時(shí)都將其寫(xiě)為單例，這樣就避免了資源浪費(fèi)。但是，引入設(shè)計(jì)模式必然會(huì)帶來(lái)復(fù)雜性，況且還是每一個(gè)類(lèi)都為單例，每一個(gè)類(lèi)都會(huì)有相似的代碼，其弊端不言自明。

有人可能會(huì)說(shuō)，那我不在意“這點(diǎn)”資源浪費(fèi)了，我服務(wù)器內(nèi)存大無(wú)所謂，我只求開(kāi)發(fā)便捷痛快不想寫(xiě)額外的代碼。

確實(shí)，三層架構(gòu)達(dá)到邏輯復(fù)用已經(jīng)非常方便了，還奢求其他的干什么呢。但就算不管資源問(wèn)題，目前代碼還有一個(gè)致命缺陷，那就是變化的代價(jià)太大。

假設(shè)有 10 個(gè) Controller 依賴(lài)了 UserService，最開(kāi)始實(shí)例化的是 UserServiceImpl，后面需要換一個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi) OtherUserServiceImpl，我就得逐個(gè)修改那 10 個(gè) Controller，非常麻煩。更換實(shí)現(xiàn)類(lèi)的需求可能不會(huì)太多，沒(méi)多大說(shuō)服力。那咱們看另一個(gè)情況。

之前咱們演示的組件創(chuàng)建過(guò)程非常簡(jiǎn)單，new 一下就完了，可很多時(shí)候創(chuàng)建一個(gè)組件沒(méi)那么容易。比如 DAO 對(duì)象要依賴(lài)一個(gè)這樣的數(shù)據(jù)源組件：

public class UserDaoImpl implements UserDao{
  private MyDataSource dataSource;

  public UserDaoImpl() {
    // 構(gòu)造數(shù)據(jù)源
    dataSource = new MyDataSource("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "password");
    // 進(jìn)行一些其他配置
    dataSource.setInitiaSize(10);
    dataSource.setMaxActive(100);
    // ...省略更多配置項(xiàng)
  }
}

該數(shù)據(jù)源組件要想真正生效需要對(duì)其進(jìn)行許多配置，這個(gè)創(chuàng)建和配置過(guò)程是非常麻煩的。而且配置可能會(huì)隨著業(yè)務(wù)需求的變化經(jīng)常更改，這時(shí)候你就需要修改每一個(gè)依賴(lài)該組件的地方，牽一發(fā)而動(dòng)全身。這還只是演示了一個(gè)數(shù)據(jù)源的創(chuàng)建配置過(guò)程，真實(shí)開(kāi)發(fā)中可有太多組件和太多配置需要編碼了，其麻煩程度堪稱(chēng)恐怖。

當(dāng)然，這些問(wèn)題都可以引入設(shè)計(jì)模式來(lái)解決，不過(guò)這樣一來(lái)又繞回去了：設(shè)計(jì)模式本身也會(huì)帶來(lái)復(fù)雜性。這就像一種死循環(huán)：傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式編碼復(fù)雜，要想解決這種復(fù)雜卻得陷入另一種復(fù)雜。難道沒(méi)有辦法解決了嗎？當(dāng)然不是的，在講優(yōu)秀解決方案前，我們先來(lái)梳理一下目前出現(xiàn)的問(wèn)題：

創(chuàng)建了許多重復(fù)對(duì)象，造成大量資源浪費(fèi)；
更換實(shí)現(xiàn)類(lèi)需要改動(dòng)多個(gè)地方；
創(chuàng)建和配置組件工作繁雜，給組件調(diào)用方帶來(lái)極大不便。

透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，這些問(wèn)題的出現(xiàn)都是同一個(gè)原因：組件的調(diào)用方參與了組件的創(chuàng)建和配置工作。

其實(shí)調(diào)用方只需關(guān)注組件如何調(diào)用，至于這個(gè)組件如何創(chuàng)建和配置又與調(diào)用方有什么關(guān)系呢？就好比我去餐館只需點(diǎn)菜，飯菜并不需要我親自去做，餐館自然會(huì)做好給我送過(guò)來(lái)。如果我們編碼時(shí)，有一個(gè)「東西」能幫助我們創(chuàng)建和配置好那些組件，我們只負(fù)責(zé)調(diào)用該多好。這個(gè)「東西」就是容器。

容器這一概念我們已接觸過(guò)，Tomcat 就是 Servlet 的容器，它幫我們創(chuàng)建并配置好 Servlet，我們只需編寫(xiě)業(yè)務(wù)邏輯即可。試想一下，如果 Servlet 要我們自己創(chuàng)建，HttpRequest、HttpResponse 對(duì)象也需要我們自己配置，那代碼量得有多恐怖。

Tomcat 是 Servlet 容器，只負(fù)責(zé)管理 Servlet。我們平常使用的組件則需要另一種容器來(lái)管理，這種容器我們稱(chēng)之為 IoC 容器。

2. 控制反轉(zhuǎn)和依賴(lài)注入

控制反轉(zhuǎn)，是指對(duì)象的創(chuàng)建和配置的控制權(quán)從調(diào)用方轉(zhuǎn)移給容器。好比在家自己做菜，菜的味道全部由自己控制；去餐館吃飯，菜的味道則是交由餐館控制。IoC 容器就擔(dān)任了餐館的角色。

有了 IoC 容器，我們可以將對(duì)象交由容器管理，交由容器管理后的對(duì)象稱(chēng)之為 Bean。調(diào)用方不再負(fù)責(zé)組件的創(chuàng)建，要使用組件時(shí)直接獲取 Bean 即可：

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

調(diào)用方只需按照約定聲明依賴(lài)項(xiàng)，所需要的 Bean 就自動(dòng)配置完畢了，就好像在調(diào)用方外部注入了一個(gè)依賴(lài)項(xiàng)給其使用，所以這種方式稱(chēng)之為依賴(lài)注入（Dependency Injection，縮寫(xiě)為 DI）。控制反轉(zhuǎn)和依賴(lài)注入是一體兩面，都是同一種開(kāi)發(fā)模式的表現(xiàn)形式。

IoC 輕而易舉地解決了我們剛剛總結(jié)的問(wèn)題：

對(duì)象交由容器管理后，默認(rèn)是單例的，這就解決了資源浪費(fèi)問(wèn)題。

若要更換實(shí)現(xiàn)類(lèi)，只需更改 Bean 的聲明配置，即可達(dá)到無(wú)感知更換：

public class UserServiceImpl implements UserService{
  ...
}

// 將該實(shí)現(xiàn)類(lèi)聲明為 Bean
@Component
public class OtherUserServiceImpl implements UserService{
  ...
}

現(xiàn)在組件的使用和組件的創(chuàng)建與配置完全分離開(kāi)來(lái)。調(diào)用方只需調(diào)用組件而無(wú)需關(guān)心其他工作，這極大提高了我們的開(kāi)發(fā)效率，也讓整個(gè)應(yīng)用充滿(mǎn)了靈活性、擴(kuò)展性。

這樣看來(lái)，我們?nèi)绱酥幸?IoC 不是沒(méi)有道理的。

二、AOP

我們?cè)賮?lái)假設(shè)沒(méi)有 AOP 會(huì)怎樣。

1. 面向?qū)ο蟮木窒扌?/h3>

面向?qū)ο缶幊蹋∣bject-oriented programming，縮寫(xiě)：OOP）的三大特性：封裝、繼承、多態(tài)，我們?cè)缫延玫脿t火純青。OOP 的好處已無(wú)需贅言，相信大家都有體會(huì)。這里咱們來(lái)看一下 OOP 的局限性。

當(dāng)有重復(fù)代碼出現(xiàn)時(shí)，可以就將其封裝出來(lái)然后復(fù)用。我們通過(guò)分層、分包、分類(lèi)來(lái)規(guī)劃不同的邏輯和職責(zé)，就像之前講解的三層架構(gòu)。但這里的復(fù)用的都是核心業(yè)務(wù)邏輯，并不能復(fù)用一些輔助邏輯，比如：日志記錄、性能統(tǒng)計(jì)、安全校驗(yàn)、事務(wù)管理，等等。這些邊緣邏輯往往貫穿你整個(gè)核心業(yè)務(wù)，傳統(tǒng) OOP 很難將其封裝：

public class UserServiceImpl implements UserService {
  @Override
  public void doService() {
    System.out.println("---安全校驗(yàn)---");
    System.out.println("---性能統(tǒng)計(jì) Start---");
    System.out.println("---日志打印 Start---");
    System.out.println("---事務(wù)管理 Start---");

    System.out.println("業(yè)務(wù)邏輯");

    System.out.println("---事務(wù)管理 End---");
    System.out.println("---日志打印 End---");
    System.out.println("---性能統(tǒng)計(jì) End---");
  }
}

為了方便演示，這里只用了打印語(yǔ)句，就算如此這代碼看著也很難受，而且這些邏輯是所有業(yè)務(wù)方法都要加上，想想都恐怖。

OOP 是至上而下的編程方式，猶如一個(gè)樹(shù)狀圖，A調(diào)用B、B調(diào)用C，或者A繼承B、B繼承C。這種方式對(duì)于業(yè)務(wù)邏輯來(lái)說(shuō)是合適的，通過(guò)調(diào)用或繼承以復(fù)用。而輔助邏輯就像一把閘刀橫向貫穿所有方法，

如圖

這一條條橫線(xiàn)仿佛切開(kāi)了 OOP 的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，猶如一個(gè)大蛋糕被切開(kāi)多層，每一層都會(huì)執(zhí)行相同的輔助邏輯，所以大家將這些輔助邏輯稱(chēng)為層面或者切面。

代理模式用來(lái)增加或增強(qiáng)原有功能再適合不過(guò)了，但切面邏輯的難點(diǎn)不是不修改原有業(yè)務(wù)，而是對(duì)所有業(yè)務(wù)生效。對(duì)一個(gè)業(yè)務(wù)類(lèi)增強(qiáng)就得新建一個(gè)代理類(lèi)，對(duì)所有業(yè)務(wù)增強(qiáng)，每個(gè)類(lèi)都要新建代理類(lèi)，這無(wú)疑是一場(chǎng)災(zāi)難。而且這里只是演示了一個(gè)日志打印的切面邏輯，如果我再加一個(gè)性能統(tǒng)計(jì)切面，就得新建一個(gè)切面代理類(lèi)來(lái)代理日志打印的代理類(lèi)，一旦切面多起來(lái)這個(gè)代理類(lèi)嵌套就會(huì)非常深。

面向切面編程（Aspect-oriented programming，縮寫(xiě)為 AOP）正是為了解決這一問(wèn)題而誕生的技術(shù)。

2. 面向切面編程

AOP 不是 OOP 的對(duì)立面，它是對(duì) OOP 的一種補(bǔ)充。OOP 是縱向的，AOP 是橫向的，兩者相結(jié)合方能構(gòu)建出良好的程序結(jié)構(gòu)。AOP 技術(shù)，讓我們能夠不修改原有代碼，便能讓切面邏輯在所有業(yè)務(wù)邏輯中生效。

我們只需聲明一個(gè)切面，寫(xiě)上切面邏輯：

@Aspect // 聲明一個(gè)切面
@Component
public class MyAspect {
  // 原業(yè)務(wù)方法執(zhí)行前
  @Before("execution(public void com.rudecrab.test.service.*.doService())")
  public void methodBefore() {
    System.out.println("===AspectJ 方法執(zhí)行前===");
  }

  // 原業(yè)務(wù)方法執(zhí)行后
  @AfterReturning("execution(* com.rudecrab.test.service..doService(..))")
  public void methodAddAfterReturning() {
    System.out.println("===AspectJ 方法執(zhí)行后===");
  }
}

無(wú)論你有一個(gè)業(yè)務(wù)方法，還是一萬(wàn)個(gè)業(yè)務(wù)方法，對(duì)我們開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)只需編寫(xiě)一次切面邏輯，就能讓所有業(yè)務(wù)方法生效，極大提高了我們的開(kāi)發(fā)效率。