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C#中使用面向切面编程(AOP)中实践代码整洁

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张蘅水 DotNet程序员

来自:张蘅水

链接:http://www.cnblogs.com/chenug/p/9848852.html


一、前言


    最近在看《架构整洁之道》一书,书中反复提到了面向对象编程的 SOLID 原则(在作者的前一本书《代码整洁之道》也是被大力阐释),而面向切面编程(Aop)作为面向对象编程的有力补充,对实践整洁代码更是如虎添翼。


    除了整洁之道系列的影响外,本文还致敬、借鉴、补充了Aspect Oriented Programming (AOP) in C# with SOLID一文。


    二、Aop 是什么?


    在讨论 Aop 之前,我们可以先看看一段很常见的代码。


    public string GetSomeOne()

    {

        try

        {

           var result=DosomeThing();

            _logger.Information(result);

            return result;

        }

        catch (Exception e)

        {

            _logger.Error(e.Message);

            return null;

        }

    }

    public string GetOtherOne()

    {

        try

        {

            var result = DosomeThing();

            _logger.Information(result);

            return result;

        }

        catch (Exception e)

        {

            _logger.Error(e.Message);

            return null;

        }

    }


    这是一段很典型的面向过程的代码,我们可以看到有相同的异常处理逻辑,如果我们想要避免重复的代码,我们至少可以把异常处理封装一下:


    public string GetOtherOne()

    {

        return TryRun<String>(()=> DosomeThing());

    }

    public T TryRun<T>(Func<T> action)

    {

        try

        {

           return action.Invoke();

        }

        catch (Exception e)

        {

            _logger.Error(e.Message);

            return default(T);

        }

    }


    代码简洁了很多,但是我们实际上是将真实的方法代码与日志代码纠缠在一起,违反了 单一责任原则 。


    有没有一种可能,让我们不需要在原来的代码上显式调用 TryCache 呢?


    一个可能的答案是借助 AOP 来解决。使用 AOP,我们可以在不改变原来代码的前提下,添加额外的单元功能(如异常处理,日志处理、重试机制等)。 


    AOP 可以把原来一大串的面向过程的代码重构成多个部分,聚焦于每一小部分,使我们的代码 可读性 和 维护性 更高,避免了 代码重复和代码纠缠 的问题。


    三、装饰器实现 AOP


    C# 可以使用的 Aop 框架有很多,在我们谈论他们之前,我们可以先利用语言自带的特性,实现基础的 AOP 效果。 最简单的形式莫过于 装饰器模式 ,它的雏形大致如下:


    public class TryHandler<TClient>:IMyClient where TClient : IMyClient

    {

            private readonly TClient _client;

            private readonly ILogger _logger;

            public TryHandler(TClient client, ILogger logger)

            {

                _client = client;

                _logger = logger;

            }

            public string GetOtherOne()

            {

                try

                {

                    var result = DosomeThing();

                    return result;

                }

                catch (Exception e)

                {

                    _logger.Error(e.Message);

                    return null;

                }

            }

    }


    可以看到装饰器只是在原来的对象上面扩展,符合 开放封闭原则。我们在调用的时候,只需显式创建装饰实例对象。


     var tryClient=new TryHandler<MyClient>(new MyClient());

     tryClient.GetOtherOne();


    细心的读者可能还会发现,我们还可以在这个日志装饰器上面再附加一个装饰器,比如一个针对结果处理的装饰器。


    var resultClient=new ResultHandler<TryHandler<MyClient>>(tryClient);


    但是这样的调用方法还是不尽人意,想象如果某个对象有三四个装饰器,那么我们创建实例的时候就需要多次传递。一个解决方法是 借助依赖注入 (DI) ,只需注册一次服务类型,避免通过创建实例来获取对象。


    另外,对于 .net core自带的 DI 来说,更便捷的方法是借助开源类库Scrutor 来注册装饰器对象。


    services.Decorate<IMyClient, TryHandler<MyClient>>();

    services.Decorate<IMyClient, ResultHandler<MyClient>>();


    虽然解决了易用性,但是我们很快就发现了另一些不尽人意的地方,装饰器模式只能适用于 特定的类型,约束是比较强的。如果我们希望我们示例中的装饰器可以实现通用,就需要找别的方法了。


    四、动态代理实现 Aop


    动态代理是指运行时生成,通过隐式重写方法来附加额外的功能,而其中最流行的莫过于 Castle DynamicProxy了。


    Castle DynamicProxy 的常规用法是继承 IInterceptor 接口,通过实现 Intercept 方法来处理代理的逻辑。


    public class DoSomethingAspect : IInterceptor

    {

        public void Intercept(IInvocation invocation)

        {

            try

            {

                DoSomething();

                invocation.Proceed();

            }

            catch (Exception ex)

            {

                throw;

            }

        }


        void DoSomething()

        {

        }

    }


    在调用的时候,类似装饰器一样需要创建代理实例。


    static void Main(string[] args)

    {

        var proxyClient = GetInterfaceProxy<IMyClient>(new MyClient(),new DoSomethingAspect());

        proxyClient.GetOtherOne();

    }


    static T GetInterfaceProxy<T>(T instance,params IInterceptor[] interceptors)

    {

        if (!typeof(T).IsInterface)

              throw new Exception("T should be an interface");


        ProxyGenerator proxyGenerator = new ProxyGenerator();

              return

                  (T)proxyGenerator.CreateInterfaceProxyWithTarget(typeof(T), instance, interceptors);

    }


    有很多开源项目在使用 Castle DynamicProxy,其稳定性和可靠性是值得信赖的,更多的使用方法可以参照官方示例或者第三方开源项目的代码。需要特别注意的是,Castle DynamicProxy 只能作用于接口或者虚方法,这是动态代理的特性(局限)。


    除了 Castle DynamicProxy 外, AspectCore也是一个不错的选择。AspectCore 的快速简单应用通过继承 AbstractInterceptorAttribute 的 Attribute类来标记并拦截代理对应的接口或者虚方法(更详细的用法可以参考 作者写的使用方法)。


    public interface ICustomService

    {

        [CustomInterceptor]

        void Call();

    }


    public class CustomInterceptorAttribute : AbstractInterceptorAttribute 

    {

        public async override Task Invoke(AspectContext context, AspectDelegate next)

        {

            try

            {

                Console.WriteLine("Before service call");

                await next(context);

            }

            catch (Exception)

            {

                Console.WriteLine("Service threw an exception!");

                throw;

            }

            finally

            {

                Console.WriteLine("After service call");

            }

         }

     }


    虽然易用性很好,但是要注意使用的场合,如果是在低层次(如基础设施层、应用入口层等)或者特定的应用模块内使用,对整体架构影响不大。


    如果是在高层次(逻辑层、核心层、领域层等)使用,则会带来不必要的依赖污染。


    所以并不是推荐使用这种 Attribute 拦截代理的方式,好在 AspectCore 的设计考虑到解耦的需要,可以在单独配置代理拦截。


    serviceCollection.ConfigureDynamicProxy(config =>

    {

     config.Interceptors.AddTyped<CustomInterceptorAttribute>(Predicates.ForMethod("ICustomService", "Call"));

    });


    但是不管是 Castle DynamicProxy 还是 AspectCore 都只能作用与接口或者虚方法,这也是动态代理的局限(特性)。


    如果我们想要在不受限制地在非虚方法上实现 AOP 的效果,就需要别的方法了。


    五、编译时织入实现 AOP


    进行 AOP 的另一种方法是通过编译时织入,在编译的程序集内部的方法中添加额外的 IL 代码,附加我们想要的功能。


    PostSharp 是其中比较流行的一种,然而由于其商业化的性质,在这里不做过多介绍。开源方面,Fody 是其中的佼佼者。


    Fody 在编译时使用 Mono.Cecil 修改 . net 程序集的 IL 代码。如果你没有 IL 代码方面的知识,可以直接使用基于 Fody 开发的插件。其中最流行的插件是Costura和 Virtuosity。Costura 将依赖项作为资源嵌入,实现多个 DLL 文件合并成一个 exe https://www.cnblogs.com/instance/p/4863811.html的功能,而 Virtuosity 则是在构建的时候将所有成员更改为 virtual ,重写 ORM (如EF的导航属性、NHibernate)、 Mock(RhinoMocks、NMock)以及前面提到的动态代理中需要 virtual 的地方为 virtual。


    Fody 中的插件还有很多,除了 Costura 和 Virtuosity 之外,我个人还使用过 MethodDecorator,实现编译时重写类的方法或者构造函数来实现 AOP 的效果。


    所有 Fody 的插件,首先都必须引入一个 FodyWeavers.xml ,并声明使用的插件。


    <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

    <!--FodyWeavers.xml-->

    <Weavers>

      <MethodDecorator />

    </Weavers>


    不同的插件在后面的使用方法会有所不同,以 MethodDecorator 为例,我们需要新建一个特定格式的 Attribute 类,然后标记在特定的类方法上面。


    public class TestService 

    {

        [FodyTestAttribute]

        public void DoSomething()

        {

        }

    }

    [AttributeUsage(AttributeTargets.Method  | AttributeTargets.Module)]

    public class FodyTestAttribute : Attribute

    {

        protected object InitInstance;

        protected MethodBase InitMethod;

        protected Object[] Args;

        public void Init(object instance, MethodBase method, object[] args)

        {

            InitMethod = method;

            InitInstance = instance;

            Args = args;

        }

        public void OnEntry()

        {

            Console.WriteLine("Before");

        }

        public void OnExit()

        {

           Console.WriteLine("After");

        }

        public void OnException(Exception exception)

        {

        }

    }


    最后还需要一个 AssemblyInfo.cs 来配置哪些 Attribute 类产生作用。


    //AssemblyInfo.cs

    using System;

    [module: FodyTest]


    重新编译生成,在输出中还可以看到 Fody 的输出。



    既然我们可以在编译时织入 IL 代码,那么我们是不是可以提前生成我们想要的 AOP 效果,比如说借助代码生成器。


    六、代码生成器实现 AOP 效果


    T4是常见的文本生成框架,我们可以使用此工具在设计时生成代码。前面我们提到过装饰器模式有特异性的问题,只能针对特定类型实现 AOP 效果,而借助代码生成器,我们可以直接生成对应的代码模板,避免了重复的劳动。由于我个人对 T4 没什么使用经验,有兴趣的读者可以参考Aspect Oriented Programming (AOP) in C# via T4 一文。


    除了 T4 之外,Roslyn 也是一个强有力的工具,已经有人基于 Roslyn 实现 AOP 的效果,将 Roslyn 封装为 dotnet 全局工具 ,针对特定的文件插入指定的代码段,有兴趣的读者可以参考 AOP_With_Roslyn 的代码示例。


    结语


    AOP 是我们 避免代码重复 和 增强代码可读性 的有力工具,是我们编写整洁代码的有力保证,借助 C# 语言自身的特性和诸多强大的开源工具,使我们更专注于代码功能。



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