面向切面编程(AOP)
Util应用框架横切关注点处理
本节介绍Util应用框架对横切关注点的处理.
文章分为多个小节,如果对设计原理不感兴趣,只需阅读基础用法部分即可.
概述
有些问题需要在系统中全局处理,比如记录异常错误日志.
如果在每个出现问题的地方进行处理,不仅费力,还可能产生大量冗余代码,并打断业务逻辑的编写.
这类跨多个业务模块的非功能需求,被称为横切关注点.
我们需要把横切关注点集中管理起来.
Asp.Net Core 提供的过滤器可以处理这类需求.
过滤器有异常过滤器和操作过滤器等类型.
异常过滤器可以全局处理异常.
操作过滤器可以拦截控制器操作,在操作前和操作后执行特定代码.
过滤器很易用,但它必须配合控制器使用,所以只能解决部分问题.
你不能将过滤器特性打在应用服务的方法上,那不会产生作用.
我们需要引入一种类似 Asp.Net Core 过滤器的机制,在控制器范围外处理横切关注点.
AOP框架
AOP 是 Aspect Oriented Programming 的缩写,即面向切面编程.
AOP 框架提供了类似 Asp.Net Core 过滤器的功能,能够拦截方法,在方法执行前后插入自定义代码.
.Net AOP框架有动态代理和静态织入两种实现方式.
动态代理 AOP 框架
动态代理 AOP 框架在运行时动态创建代理类,从而为方法提供自定义代码插入点.
动态代理 AOP 框架有一些限制.
要拦截的方法必须在接口中定义,或是虚方法.
代理类过多,特别是启用了参数拦截,会导致启动性能下降.
.Net 动态代理 AOP 框架有Castle 和 AspectCore 等.
Util应用框架使用 AspectCore ,选择 AspectCore 是因为它更加易用.
Util 对 AspectCore 仅简单包装.
静态织入 AOP 框架
静态织入 AOP 框架在编译时修改.Net IL中间代码.
与动态代理AOP相比,静态织入AOP框架有一些优势.
不必是虚方法.
支持静态方法.
更高的启动性能.
但是成熟的 .Net 静态织入 AOP 框架大多是收费的.
Rougamo.Fody 是一个免费的静态织入 AOP 框架,可以关注.
基础用法
引用Nuget包
Nuget包名: Util.Aop.AspectCore
通常不需要手工引用它.
启用Aop
需要明确调用 AddAop 扩展方法启用 AOP 服务.
var builder = WebApplication.CreateBuilder( args );
builder.AsBuild().AddAop();
使用要点
-
定义服务接口
如果使用抽象基类,应将需要拦截的方法设置为虚方法.
-
配置服务接口的依赖注入关系
AspectCore AOP依赖Ioc对象容器,只有在对象容器中注册的服务接口才能创建服务代理.
-
将方法拦截器放在接口方法上.
AspectCore AOP拦截器是一种.Net特性 Attribute,遵循 Attribute 使用约定.
下面的例子将 CacheAttribute 方法拦截器添加到 ITestService 接口的 Test 方法上.
注意: 应将拦截器放在接口方法上,而不是实现类上.
按照约定, CacheAttribute 需要去掉 Attribute 后缀,并放到 [] 中.
public interface ITestService : ISingletonDependency { [Cache] List<string> Test( string value ); } -
将参数拦截器放在接口方法参数上.
AspectCore AOP 支持拦截特定参数.
下面的例子在参数 value 上施加了 NotNullAttribute 参数拦截器.
public interface ITestService : ISingletonDependency { void Test( [NotNull] string value ); }
Util内置拦截器
Util应用框架使用 Asp.Net Core 过滤器处理全局异常,全局错误日志,授权等需求,仅定义少量 AOP 拦截器.
Util应用框架定义了几个参数拦截器,用于验证.
-
NotNullAttribute
验证是否为 null,如果为 null 抛出 ArgumentNullException 异常.
使用范例:
public interface ITestService : ISingletonDependency { void Test( [NotNull] string value ); } -
NotEmptyAttribute
使用 string.IsNullOrWhiteSpace 验证是否为空字符串,如果为空则抛出 ArgumentNullException 异常.
使用范例:
public interface ITestService : ISingletonDependency { void Test( [NotEmpty] string value ); } -
ValidAttribute
-
如果对象实现了 IValidation 验证接口,则自动调用对象的 Validate 方法进行验证.
Util应用框架实体,值对象,DTO等基础对象均已实现 IValidation 接口.
-
使用范例:
验证单个对象.
public interface ITestService : ISingletonDependency { void Test( [Valid] CustomerDto dto ); }验证对象集合.
public interface ITestService : ISingletonDependency { void Test( [Valid] List<CustomerDto> dto ); } -
Util应用框架为缓存定义了方法拦截器.
-
CacheAttribute
- 使用范例:
public interface ITestService : ISingletonDependency { [Cache] List<string> Test( string value ); }
禁止创建服务代理
有些时候,你不希望为某些接口创建代理类.
使用 Util.Aop.IgnoreAttribute 特性标记接口即可.
下面演示了从 AspectCore AOP 排除工作单元接口.
[Util.Aop.Ignore]
public interface IUnitOfWork {
Task<int> CommitAsync();
}
创建自定义拦截器
除了内置的拦截器外,你可以根据需要创建自定义拦截器.
创建方法拦截器
继承 Util.Aop.InterceptorBase 基类,重写 Invoke 方法.
下面以缓存拦截器为例讲解创建方法拦截器的要点.
缓存拦截器获取 ICache 依赖服务并创建缓存键.
通过缓存键和返回类型查找缓存是否存在.
如果缓存已经存在,则设置返回值,不需要执行拦截的方法.
如果缓存不存在,执行方法获取返回值并设置缓存.
Invoke 方法有两个参数 AspectContext 和 AspectDelegate.
-
AspectContext上下文提供了方法元数据信息和服务提供程序.
-
使用 AspectContext 上下文获取方法元数据.
AspectContext 上下文提供了拦截方法相关的大量元数据信息.
本例使用 context.ServiceMethod.ReturnType 获取返回类型.
-
使用 AspectContext 上下文获取依赖的服务.
AspectContext上下文提供了 ServiceProvider 服务提供器,可以使用它获取依赖服务.
本例需要获取缓存操作接口 ICache ,使用 context.ServiceProvider.GetService<ICache>() 获取依赖.
-
-
AspectDelegate表示拦截的方法.
await next( context ); 执行拦截方法.
如果需要在方法执行前插入自定义代码,只需将代码放在 await next( context ); 之前即可.
/// <summary>
/// 缓存拦截器
/// </summary>
public class CacheAttribute : InterceptorBase {
/// <summary>
/// 缓存键前缀
/// </summary>
public string CacheKeyPrefix { get; set; }
/// <summary>
/// 缓存过期间隔,单位:秒,默认值:36000
/// </summary>
public int Expiration { get; set; } = 36000;
/// <summary>
/// 执行
/// </summary>
public override async Task Invoke( AspectContext context, AspectDelegate next ) {
var cache = GetCache( context );
var returnType = GetReturnType( context );
var key = CreateCacheKey( context );
var value = await GetCacheValue( cache, returnType, key );
if ( value != null ) {
SetReturnValue( context, returnType, value );
return;
}
await next( context );
await SetCache( context, cache, key );
}
/// <summary>
/// 获取缓存服务
/// </summary>
protected virtual ICache GetCache( AspectContext context ) {
return context.ServiceProvider.GetService<ICache>();
}
/// <summary>
/// 获取返回类型
/// </summary>
private Type GetReturnType( AspectContext context ) {
return context.IsAsync() context.ServiceMethod.ReturnType.GetGenericArguments().First() : context.ServiceMethod.ReturnType;
}
/// <summary>
/// 创建缓存键
/// </summary>
private string CreateCacheKey( AspectContext context ) {
var keyGenerator = context.ServiceProvider.GetService<ICacheKeyGenerator>();
return keyGenerator.CreateCacheKey( context.ServiceMethod, context.Parameters, CacheKeyPrefix );
}
/// <summary>
/// 获取缓存值
/// </summary>
private async Task<object> GetCacheValue( ICache cache, Type returnType, string key ) {
return await cache.GetAsync( key, returnType );
}
/// <summary>
/// 设置返回值
/// </summary>
private void SetReturnValue( AspectContext context, Type returnType, object value ) {
if ( context.IsAsync() ) {
context.ReturnValue = typeof( Task ).GetMethods()
.First( p => p.Name == "FromResult" && p.ContainsGenericParameters )
.MakeGenericMethod( returnType ).Invoke( null, new[] { value } );
return;
}
context.ReturnValue = value;
}
/// <summary>
/// 设置缓存
/// </summary>
private async Task SetCache( AspectContext context, ICache cache, string key ) {
var options = new CacheOptions { Expiration = TimeSpan.FromSeconds( Expiration ) };
var returnValue = context.IsAsync() await context.UnwrapAsyncReturnValue() : context.ReturnValue;
await cache.SetAsync( key, returnValue, options );
}
}
创建参数拦截器
继承 Util.Aop.ParameterInterceptorBase 基类,重写 Invoke 方法.
与方法拦截器类似, Invoke 也提供了两个参数 ParameterAspectContext 和 ParameterAspectDelegate.
ParameterAspectContext 上下文提供方法元数据.
ParameterAspectDelegate 表示拦截的方法.
下面演示了 [NotNull] 参数拦截器.
在方法执行前判断参数是否为 null,如果为 null 抛出异常,不会执行拦截方法.
/// <summary>
/// 验证参数不能为null
/// </summary>
public class NotNullAttribute : ParameterInterceptorBase {
/// <summary>
/// 执行
/// </summary>
public override Task Invoke( ParameterAspectContext context, ParameterAspectDelegate next ) {
if( context.Parameter.Value == null )
throw new ArgumentNullException( context.Parameter.Name );
return next( context );
}
}
性能优化
AddAop 配置方法默认不带参数,所有添加到 Ioc 容器的服务都会创建代理类,并启用参数拦截器.
AspectCore AOP 参数拦截器对启动性能有很大的影响.
默认配置适合规模较小的项目.
当你在Ioc容器注册了上千个甚至更多的服务时,启动时间将显著增长,因为启动时需要创建大量的代理类.
有几个方法可以优化 AspectCore AOP 启动性能.
-
拆分项目
对于微服务架构,单个项目包含的接口应该不会特别多.
如果发现由于创建代理类导致启动时间过长,可以拆分项目.
但对于单体架构,不能通过拆分项目的方式解决.
-
减少创建的代理类.
Util定义了一个AOP标记接口 IAopProxy ,只有继承了 IAopProxy 的接口才会创建代理类.
要启用 IAopProxy 标记接口,只需向 AddAop 传递 true .
var builder = WebApplication.CreateBuilder( args ); builder.AsBuild().AddAop( true );现在只有明确继承自 IAopProxy 的接口才会创建代理类,代理类的数量将大幅减少.
应用服务和领域服务接口默认继承了 IAopProxy.
如果你在其它构造块使用了拦截器,比如仓储,需要让你的仓储接口继承 IAopProxy.
-
禁用参数拦截器.
如果启用了 IAopProxy 标记接口,启动性能依然未达到你的要求,可以禁用参数拦截器.
AddAop 扩展方法支持传入 Action<IAspectConfiguration> 参数,可以覆盖默认设置.
下面的例子禁用了参数拦截器,并为所有继承了 IAopProxy 的接口创建代理.
var builder = WebApplication.CreateBuilder( args ); builder.AsBuild().AddAop( options => options.NonAspectPredicates.Add( t => !IsProxy( t.DeclaringType ) ) ); /// <summary> /// 是否创建代理 /// </summary> private static bool IsProxy( Type type ) { if ( type == null ) return false; var interfaces = type.GetInterfaces(); if ( interfaces == null || interfaces.Length == 0 ) return false; foreach ( var item in interfaces ) { if ( item == typeof( IAopProxy ) ) return true; } return false; }
源码解析
AppBuilderExtensions
扩展了 AddAop 配置方法.
isEnableIAopProxy 参数用于启用 IAopProxy 标记接口.
Action<IAspectConfiguration> 参数用于覆盖默认配置.
/// <summary>
/// Aop配置扩展
/// </summary>
public static class AppBuilderExtensions {
/// <summary>
/// 启用AspectCore拦截器
/// </summary>
/// <param name="builder">应用生成器</param>
public static IAppBuilder AddAop( this IAppBuilder builder ) {
return builder.AddAop( false );
}
/// <summary>
/// 启用AspectCore拦截器
/// </summary>
/// <param name="builder">应用生成器</param>
/// <param name="isEnableIAopProxy">是否启用IAopProxy接口标记</param>
public static IAppBuilder AddAop( this IAppBuilder builder,bool isEnableIAopProxy ) {
return builder.AddAop( null, isEnableIAopProxy );
}
/// <summary>
/// 启用AspectCore拦截器
/// </summary>
/// <param name="builder">应用生成器</param>
/// <param name="setupAction">AspectCore拦截器配置操作</param>
public static IAppBuilder AddAop( this IAppBuilder builder, Action<IAspectConfiguration> setupAction ) {
return builder.AddAop( setupAction, false );
}
/// <summary>
/// 启用AspectCore拦截器
/// </summary>
/// <param name="builder">应用生成器</param>
/// <param name="setupAction">AspectCore拦截器配置操作</param>
/// <param name="isEnableIAopProxy">是否启用IAopProxy接口标记</param>
private static IAppBuilder AddAop( this IAppBuilder builder, Action<IAspectConfiguration> setupAction, bool isEnableIAopProxy ) {
builder.CheckNull( nameof( builder ) );
builder.Host.UseServiceProviderFactory( new DynamicProxyServiceProviderFactory() );
builder.Host.ConfigureServices( ( context, services ) => {
ConfigureDynamicProxy( services, setupAction, isEnableIAopProxy );
RegisterAspectScoped( services );
} );
return builder;
}
/// <summary>
/// 配置拦截器
/// </summary>
private static void ConfigureDynamicProxy( IServiceCollection services, Action<IAspectConfiguration> setupAction, bool isEnableIAopProxy ) {
services.ConfigureDynamicProxy( config => {
if ( setupAction == null ) {
config.NonAspectPredicates.Add( t => !IsProxy( t.DeclaringType, isEnableIAopProxy ) );
config.EnableParameterAspect();
return;
}
setupAction.Invoke( config );
} );
}
/// <summary>
/// 是否创建代理
/// </summary>
private static bool IsProxy( Type type, bool isEnableIAopProxy ) {
if ( type == null )
return false;
if ( isEnableIAopProxy == false ) {
if ( type.SafeString().Contains( "Xunit.DependencyInjection.ITestOutputHelperAccessor" ) )
return false;
return true;
}
var interfaces = type.GetInterfaces();
if ( interfaces == null || interfaces.Length == 0 )
return false;
foreach ( var item in interfaces ) {
if ( item == typeof( IAopProxy ) )
return true;
}
return false;
}
/// <summary>
/// 注册拦截器服务
/// </summary>
private static void RegisterAspectScoped( IServiceCollection services ) {
services.AddScoped<IAspectScheduler, ScopeAspectScheduler>();
services.AddScoped<IAspectBuilderFactory, ScopeAspectBuilderFactory>();
services.AddScoped<IAspectContextFactory, ScopeAspectContextFactory>();
}
}
Util.Aop.IAopProxy
IAopProxy 是一个标记接口,继承了它的接口才会创建代理类.
/// <summary>
/// Aop代理标记
/// </summary>
public interface IAopProxy {
}
Util.Aop.InterceptorBase
InterceptorBase 是方法拦截器基类.
它是一个简单抽象层, 未来可能提供一些共享方法.
/// <summary>
/// 拦截器基类
/// </summary>
public abstract class InterceptorBase : AbstractInterceptorAttribute {
}
Util.Aop.ParameterInterceptorBase
ParameterInterceptorBase 是参数拦截器基类.
/// <summary>
/// 参数拦截器基类
/// </summary>
public abstract class ParameterInterceptorBase : ParameterInterceptorAttribute {
}
Util.Aop.IgnoreAttribute
[Util.Aop.Ignore] 用于禁止创建代理类.
/// <summary>
/// 忽略拦截
/// </summary>
public class IgnoreAttribute : NonAspectAttribute {
}