鸿蒙架构之AOP

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零、主要内容

  • AOP 简介
  • ArkTs AOP 实现原理
    • JS 原型链
    • AOP实现原理
  • AOP的应用场景
    • 统计类： 方法调用次数统计、方法时长统计
    • 防御式编程：参数校验
    • 代理模式实现
  • AOP的注意事项

一、AOP简介

对于Android、Java Web 开发者来说， AOP编程思想并不陌生。 AOP的使用核心在于要找到 Aspect（切面），然后再根据自己的需要，对某个“业务操作进”行 前置或者后置的处理，甚至可以替换“该业务操作”。 AOP的操作粒度就是方法级别， 一个方法包括 接收数据、处理数据和返回数据这么三个部分：
在这里插入图片描述
AOP 在这三个阶段都可以添加自己的逻辑处理。 Java中常见的AOP框架有很多：AspectJ、SpringAOP、Javassist、Guice、Byte Buddy等。ArkTs在4.0版本中也支持了AOP，那么ArkTs是如何实现AOP的呢？

二、ArkTs AOP 实现原理

接下来，我们首先要了解一下JS对象的在继承体系中的引用关系，这样才能够精准的选择合适的方法来进行切面编程。 然后我们在了解一下AOP是如何实现的。

2.1 JS 原型链

在这里插入图片描述
如上图所示：
水平维度：类通过prototype 引用着其原型对象， 通过constructor引种着其构造函数； 该类的构造函数中，关联着该类的静态方法；
竖直维度：类的原型对象通过__proto__指向父类原型对象；类的构造函数通过__proto__指向父类的构造函数；类的实例对象通过__proto__指向该类的原型对象；

那么对于实例对象a和对象b来说，其实例方法的定位如下图红色路径所示；对于类A和类B类说，其静态方法的的定位流程如下图蓝色路径所示:
在这里插入图片描述
通过上图，我们可以得出如下结论：
类的原型对象承载着该类对象的实例实例方法(非静态方法)，并且通过__proto__ 指向父类的原型对象，通过constructor指向类(也就是类的构造函数，需要额外指出的是 类的静态方法存储在构造函数中)。 类（类的构造函数）通过__proto__指向父类(父类的构造构造函数)。

2.2 AOP实现原理

AOP的实现依赖于 插桩和替换来实现的， 其本质上将回调参数和原方法组合成一个新的函数，再用新的函数替换原方法，具体如下图所示：

“计算机科学中的所有问题都可以通过增加一个额外的间接层来解决”

在这里插入图片描述

2.2.1 AddBefore 原理的伪代码

// addBefore 的伪代码实现
static addBefore(targetClass, methodName , isStatic , before:Function) : void {
    // 根据是否静态方法，获取要插装的对象（是“类” ，还是“类的原型对象”）
    let target = isStatic ? targetClass : targetClass.prototype;
    // 根据方法名，获取原有的方法
    let origin = target[methodName];
    /**
    * 定义新的方法（包装一层），实现优先执行before的逻辑，然后执行原有方法origin，
    * 最后将返回结果给 外层调用者。
    */
    let newFuncs = function(...args) {
        // 先执行before方法，再执行当前方法
        before(this,...args);
        return origin.bind(this)(...args);    
    }
    // 使用新函数生效
    target[methodName] = newFuncs；
}

2.2.2 AddAfter 原理的伪代码

// addAfter 的伪代码实现
static addAfter(targetClass, methodName , isStatic , after:Function) :void {
    let target = isStatic ? targetClass : target.protoType;
    let original = target[methodName];
    let newFuncs = function(...args) {
        let ret = origin.bind(this)(...args);
        return after(this,r,...args); 
    }
}

2.2.3 Repalce 原理的伪代码

static replace(targetClass, methodName , isStatic , instead) :void {
    let target = isStatic ? targetClass : target.protoType;
    let newFuncs = function(...args) {
        return instead(this,...args); 
    }
    target[methodName] = newFuncs;
}

三、AOP的应用场景

  • 统计类： 方法调用次数统计、方法时长统计
  • 防御式编程：参数校验、返回值校验
  • 继承体系中的精确Hook
  • 代理模式和IOC

3.1 统计类

3.1.1 方法调用次数统计

export class Test {
    hello () {
        console.log('hello world')    
    }
}

我们通过Aspect.addBefore实现对Test类 hello方法调用次数的统计。

function main() {
    let countHello = 0;
    util.Aspect.addBefore(Test,'hello',false , ()=> {
        countHello++;
    });
    let h = new Test();
    console.log(`countHello : ${countHello}`)
    h.hello();
    console.log(`countHello : ${countHello}`)
}

3.1.2 方法时长统计

function addTimePrinter(target:Object, methodName:string, isStatic:boolean) {
    let t1 = 0;
    let t2 = 0;
    util.Aspect.addBefore(targetClass, methodName, isStatic, () => {
        t1 = new Date().getTime();
    });
    util.Aspect.addAfter(targetClass, methodName, isStatic, () => {
        t2 = new Date().getTime();
        console.log("t2---t1 = " + (t2 - t1).toString());
    });
}

测试addTimePrinter的功能：

export class View {
    onDraw() {
        // ...             
    }
    
    static cinit() {
        // ... 
    }
}


function main() {
    // 测试静态方法的时长统计
    addTimePrinter(Test,'cinit',true);
    View.cinit();
    // 测试实例方法的时长统计
    addTimePrinter(Test,'onDraw',true);
    new View().cinit();
}

3.2 防御式编程

  • 校验参数
  • 纠正返回值

3.2.1 校验参数

export class P004_View {
  children:P004_View[];

  constructor(children:Array<P004_View>) {
    this.children = children
  }

  getViewByIndex(index:number):P004_View {
    return this.children[index];
  }
}

上述View类的实例方法 getViewByIndex 的入参是一个index, 为了避免索引越界情况，我们可以通过Aspect类addBefore，增加一层”参数校验“的逻辑。

util.Aspect.addBefore(P004_View,"getViewByIndex",false, (view:P004_View, index:number)=> {
  if(view.children) {
    throw Error('view.children is undefined !')
  }

  if(index <= 0) {
    throw Error('index can not be negative !')
  }

  if((view.children as P004_View[]).length <= index) {
    throw Error('index is too big !')
  }
})

3.2.2 纠正返回值

export class P004_Random {        
    static randomSmallerThan50():number {
        return Math.floor(Math.random() * 52);
    }
}

randomSmallerThan50 方法的返回值期望是[0,50], 但是目前返回之返回是[0,51] , 我们可以使用Aspect类的addAfter方法，对返回值进行修正

export function testRandom() {
  util.Aspect.addAfter(P004_Random,'randomSmallerThan50',true,(target:P004_Random,ret:number)=> {
    if(ret > 50) {
      return P004_Random.randomSmallerThan50()
    } else {
      console.log(`P004_Random_randomSmallerThan50_addAfter ${ret}`)
      return ret;
    }
  })
  P004_Random.randomSmallerThan50()
}

3.3 子类实例方法替换

export class AirCraft {
  fly() {
    console.log('fight....')
  }
}

export class USA_AirCraft extends AirCraft{}

export class CN_AirCraft extends AirCraft{}

我们也可以通过Aspect类实现对子类的某个方法的 插桩或者替换。 下面是替换USA_AirCraft类的fly方法的代码：

export function testAirCraft() {
  let cn = new CN_AirCraft()
  let usa = new USA_AirCraft();

  cn.fly()
  usa.fly()

  util.Aspect.replace(USA_AirCraft,"fly",false,()=> {
    console.log('runaway....')
  })

  cn.fly()
  usa.fly();
}

3.4 控制反转（IOC）

AOP 也可以实现 控制反转。 如下图所示， PlayerManager 封装了播放器IPlayer接口，IPlayer 有ijkPlayer和mediaPlayer两个子类。 我们可以通过AOP 替换PlayerManager中的init() start() 等方法，来实现 两种Player对象的切换 。
在这里插入图片描述
上图中UML中的类，对应代码如下：

interface IPlayer {

  init(): void

  start(): void

  stop(): void

  release(): void
}

export class PlayManager {
  player?: IPlayer

  init(): void {
  }

  start(): void {
  }

  stop(): void {
  }

  release(): void {
  }
}

export class IjkPlayer implements IPlayer {
  init(): void {
    console.log('IjkPlayer init ...')
  }

  start(): void {
    console.log('IjkPlayer start ...')
  }

  stop(): void {
    console.log('IjkPlayer stop ...')
  }


  release(): void {
    console.log('IjkPlayer release ...')
  }
}


export class MediaPlayer implements IPlayer {
  init(): void {
    console.log('MediaPlayer init ...')
  }

  start(): void {
    console.log('MediaPlayer start ...')
  }

  stop(): void {
    console.log('MediaPlayer stop ...')
  }


  release(): void {
    console.log('MediaPlayer release ...')
  }
}

接下来，我们通过Aspect的replace方法来实现 player对象的替换：

/*
* 该方法 根据methodName，返回一个函数。该函数中会 当前player的对应的方法，并返回。 
*/
export function providePlayer(methodName: string, playerFetcher: ()=>IPlayer) {
  return (manager: PlayManager) => {
    if (methodName === 'init') {
      return playerFetcher().start()
    } else if (methodName === 'init') {
      return playerFetcher().start()
    } else if (methodName === 'start') {
      return playerFetcher().start()
    } else if (methodName === 'stop') {
      return playerFetcher().start()
    } else if (methodName === 'release') {
      return playerFetcher().release()
    }
  }
}


export function testPlayer() {
  let player:IPlayer = new IjkPlayer()
  // 通过replace， 替换对应的方法。
  util.Aspect.replace(PlayManager, "init", false, providePlayer("init",()=> player))
  util.Aspect.replace(PlayManager, "start", false, providePlayer("start",()=> player))
  util.Aspect.replace(PlayManager, "stop", false, providePlayer("stop",() => player))
  util.Aspect.replace(PlayManager, "release", false, providePlayer("release",()=> player))

  let playManager = new PlayManager()
  playManager.init()
  // 替换成MediaPlayer
  player = new MediaPlayer()
  playManager.start()
}

四、AOP注意事项

1.插桩的目标类通常需要导入进来，对于没有导出的场景，如果有实例，可以通过实例的constructor属性获取目标类。（这里告诉我们导入的类是一个类对象）

 // 类实例对象的constructor ，指向类对象。 
 util.Aspect.addBefore(this.context.constructor, 'startAbility', false,
      (instance: Object, wantParam: Want) => {
        console.info('UIAbilityContext startAbility: want.bundleName is ' + wantParam.bundleName);
      });

2.需要明确插桩的影响范围（可以根据JS原型链去理解）。
3. addBefore 注意事项：

util.Aspect.addBefore(Test, 'foo', false, (instance: Test) => { // 该函数的参数 第一个是一个对象，后续参数 则需要参考 源于函数声明
  ....
});
// 如果想要调用原有的函数，可以使用一个变量进行传递：
let oringalFoo = new Test().foo;
util.Aspect.addBefore(Test, 'foo', false, (instance: Test) => { // 该函数的参数 第一个是一个对象，后续参数 则需要参考 原函数声明
  // 方式一：如果原方法没有使用this，则可以直接调用原方法
  oringalFoo();
  // 方式二：如果原方法中使用了this，应该使用bind绑定instance，但是会有编译warning
  oringalFoo.bind(instance);
});

4.addAfter 注意事项：

util.Aspect.addAfter(Test, 'foo', false, (instance: Test, ret: string) => { // 该函数的参数 第一个是一个对象，第二个参数是 原函数的返回值
  console.log('execute foo');
  return ret;  // 一定要将原方法的返回值 传递出去
});

5.struct 不能插桩和替换； 方法的属性为只读时，不可以插桩和替换; 构造函数也不能被插桩和替换；

五、参考链接

鸿蒙官网-应用切面编程设计
es6的class&继承，揭开静态属性的原理和calss的本质

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