JRockit JVM对AOP的支持，第2部分

2019-11-18 12:23:29

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供稿：网友

　　前一篇文章介绍了面向方面编程和关注点分离的概念，解释了这种概念如何在方面构造的帮助下增强软件的模块化，以及如何使用它来补充面向对象编程。方面代表模块化的单元，并且由切点（何处）、建议（什么）以及类型间声明（在这个新的方面补充对象模型）组成。有许多技术可以将关注点编织进应用程序，在当今的java领域中，最常用的技术是字节码测试，在aspectWerkz和AspectJ（从1.1版开始）中实现了这种技术。
　　
　　但是，这种AOP实现方式具有几个缺点，本系列的第1篇文章对此进行了具体解释。尽管在字节码测试领域还有很大的发展余地（包括Java 5中的JVMTI/JSR-163测试代理规范和高效字节码操作库，比如ObjectWeb ASM），但字节码测试代价不菲。此外，已经证实，使用字节码测试实现AOP是不完善的。例如，假如不采用非常非凡且效率低下的解决方案，就无法通过切点匹配反射式方法调用或get和set字段。总的来说，所有基于字节码测试的产品都受到字节码测试技术相关问题的影响，而且随着这种技术的普及，问题将逐渐增加。
　　
　　所有这些缺点促使JRockit团队提出了JVM对AOP的支持。其目标是尽可能全面地实现当前的AOP语义，同时不把JVM限制在某个特定的面向方面框架的语言细节和编程模型上。
　　
　　本文通过具体的代码示例介绍该API，然后描述其好处及未来的发展方向。
　　
　　我们的动机
　　
　　让我们快速地回顾引入JVM的AOP支持的技术动机。
　　
　　JVM编织是对上面提到的问题最自然的解决方案。为了说明其原因，我们将引入两个例子，它们说明JVM已经完成了编织所涉及的大多数工作：当加载一个类时，JVM读取字节码，建立为java.lang.reflect.* API进行服务所需的数据；另一个例子是方法调度。目前的JVM将方法或代码块的字节码编译为更高级、效率也更高的构造和执行流（在适用代码内联的地方进行代码内联）。由于HotSwap API的需要，JRockit JVM（可能还包括其他JVM）还会记录哪个方法调用了其他方法，因此假如在运行时重新定义某个类，那么在所有期望的位置（内联的或非内联的），类中定义的方法主体仍然可以进行热交换。
　　
　　因此，不必为了编织进一个建议调用而修改字节码，比如说，在特定的方法调用之前。JVM实际上可以把握关于这个建议调用的知识，它会在任何匹配的联结点上对此建议进行调度，然后再调度实际的方法。
　　
　　由于不接触字节码，立即可以获得以下好处：
　　
　　不会由于字节码测试而产生启动开销。
　　
　　对于在任何位置、任何时间、以递增式开销添加和删除建议的完全的运行时支持。
　　
　　对建议的反射式调用的隐式支持。
　　
　　不需要将类模型复制到特定于框架的某些结构，因此减少了额外的内存占用。
　　
　　与JVMDI_EVENT_METHOD_ENTRY或JVMDI_EVENT_FIELD_access等JVMDI规范中定义的众所周知的C级别事件相比，这种方式有很大区别。在JVMDI中，必须首先处理C级别API，这使得它对于大多数开发人员来说有些复杂，而且难以分发。其次，规范没有提供细粒度的联结点匹配机制，而是要求预定所有这样的事件。这仍然会导致显著的开销，因此不得不进行调试。
　　
　　我们的方法
　　
　　我们想让您先了解一下如何在JVM中添加AOP支持。要害之处在于我们在Java API级别上提供了动作调度和预定（下面会具体描述）。因此，您可以写出下面这样的代码：
　　
　　Weaver w = WeaverFactory.getWeaver();
　　Method staticActionMethod =SimpleAction.class.getDeclaredMethod
　　("simpleStaticAction",new Class[0]//no arguments);
　　MethodSubscription ms = new MethodSubscription
　　(/* where to match*/,InsertionType.BEFORE,staticActionMethod);
　　w.addSubscription(ms);
　　
　　如您所见，我们提供了一个可访问的JVM API，可以用它来实现更传统的AOP方法。这为解决前面提到的传统AOP实现问题提供了极大的灵活性，而且也使其他使用方式成为可能。下面几节将具体介绍这个API。
　　
　　动作调度和预定
　　
　　JRockit JVM AOP支持公开了一个Java API，它与JVM方法调度和对象模型组件紧密集成在一起。为了确保不使JVM被限制在当前或未来的任何特定于AOP的技术方向上，我们决定实现一个动作调度和预定模型。
　　
　　这个API使您能够在指定的切点上描述定义良好的预定，这样就能够注册JVM将要调度的动作。动作由以下组件组成：
　　
　　一个常规Java方法——我们称之为动作方法，对于每个匹配这个预定的联结点，都将调用这个方法。
　　
　　一个可选的动作实例，在这个实例上调用动作方法。
　　
　　一组可选的参数级注释，它们向JVM指出动作方法期望从调用堆栈获得哪些参数。
　　
　　动作还可以分为before动作、after returning动作、after throwing动作或者instead-of动作（类似于AOP的“around”概念）。
　　
　　为了调用这个API，必须获得一个jrockit.ext.weaving.Weaver实例的句柄。这个编织器实例根据它的调用者上下文来控制答应进行哪些操作。例如，在容器级编织器可以预定特定于应用程序的联结点时，用户可能不希望部署在应用服务器中的应用程序创建编织器，从而预定某些容器级或特定于JDK的联结点的动作方法。这种编织器可见性理念反映了底层类加载器的委托模型。
　　
　　我们简单介绍一下这些构造如何映射到常规的AOP构造，这有助于理解这个模型：
　　
　　·预定可以视为一个有类型的联结点，或者就是一个有类型的联结点（字段get()、set()、方法call()等等），加上一个within()/withincode()切点。
　　
　　·动作实例可以视为方面实例。
　　
　　·动作方法可以视为建议。
　　
　　熟悉AOP的读者可能已经看出，要想用这个JVM级API实现一个完整的AOP框架，还需要进行一些开发，包括一个（按照规定）治理方面实例化模型的中间层、cflow()切点的实现以及切点的完全合成和正交的实现。
　　
　　API细节：动作方法
　　
　　动作方法（与AOP的建议概念相似）就像（作为方面的）常规类的常规Java方法。它可以是static方法，也可以是成员方法。它的返回类型必须符合某些隐式约定，而且before动作的返回类型应该是void。对于instead-of动作（类似于AOP的around建议语义），其返回类型还是作为动作调用结果的堆栈的类型。
　　
　　动作方法可以有参数，参数的注释进一步控制上下文公开，如下面的代码示例所示：
　　
　　import java.lang.reflect.*;
　　import jrockit.ext.weaving.*;
　　public class SimpleAction
　　{　public static void simpleStaticAction()
　　{out.PRintln("hello static action!");
　　}
　　public void simpleAction() {out.println("hello action!");
　　}
　　public void simpleAction(@CalleeMethod WMethod calleeM,@CallerMethod WMethod callerM)
　　{out.println(callerM.getMethod().getName());
　　out.println(" calling ");
　　out.println(calleeM.getMethod().getName());
　　}
　　}
　　该代码示例引入了jrockit.ext.weaving.WMethod类。该类用作java.lang.reflect.Method、java.lang.reflect.ConstrUCtor和类的静态初始化器（它在java.lang.reflect.*中没有出现）的包装器。这与AspectJ JoinPoint.StaticPart.getSignature()抽象化相似。
　　
　　下面是当前定义的注释及其含义。
　　[[The No.1 Picture.]]
　　为了支持instead-of，并能够决定是否沿着截取链前进（就像在AOP中通过JoinPoint.proceed()概念实现），我们引入了jrockit.ext.weaving.InvocationContext构造，如下所示：
　　
　　import jrockit.ext.weaving.*;
　　
　　public class InsteadOfAction {
　　
　　public Object instead(
　　InvocationContext jp,
　　@CalleeMethod Method callee) {
　　return jp.proceed();
　　}
　　}
　　
　　API的细节：动作实例和动作类型
　　
　　正如前面代码示例中所示，动作方法可以是静态的，也可以不是。假如动作方法不是静态的，那么就必须传递一个动作实例，JVM在这个实例上调用动作方法。
　　
　　其语法风格与Java开发人员使用java.lang.reflect.Method.invoke(null/*static method*/, .../*args*/)对方法进行反射式调用一样。但是，利用JVM的AOP支持，底层的动作调用根本不涉及任何反射。
　　
　　答应用户控制动作实例，就会产生有趣的用例。例如，可以实现一个简单的委托模式，在运行时用另一个实现替换整个动作实例，而不涉及JVM的内部组件。
　　
　　注重，这将有助于（按照规定）实现AOP方面实例化模型，比如issingleton()、pertarget()、perthis()、percflow()等等，同时不会将JVM API限制在某些预定义的语义上。
　　
　　在将预定注册到编织器实例之前，赋予它一个类型作为建议类型：before、instead-of、after-returning或after-throwing。
　　
　　可以编写下面这样的代码来创建预定：
　　
　　// Get a Weaver instance that will act as a
　　// container for the subscription(s) we create
　　Weaver w = WeaverFactory.getWeaver();
　　
　　// regular java.lang.reflect is used to refer
　　// to the action method "simpleStaticAction()"
　　Method staticActionMethod =
　　SimpleAction.class.getDeclaredMethod(
　　"simpleStaticAction",
　　new Class[0]//no arguments
　　);
　　
　　MethodSub

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