劉旭斌，朱國賓，關(guān)培超，朱鑫偉

（1.武漢大學(xué) 國際軟件學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.武漢大學(xué) 測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079）

在地理信息服務(wù)平臺中，用戶可瀏覽、發(fā)布以及使用各種地理服務(wù)，而管理員則需對用戶行為進(jìn)行審批管理。在Web服務(wù)進(jìn)程中，為了進(jìn)行錯誤追蹤、分析用戶行為，以便更好地提供服務(wù)，需對用戶行為進(jìn)行日志記錄。

一個常規(guī)的Web 應(yīng)用系統(tǒng)，一般會涉及系統(tǒng)業(yè)務(wù)相關(guān)的模塊和分布在這些模塊中的公共行為（如數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理、安全性、日志處理、權(quán)限控制、例外處理等）[1]。我們通常把前者稱為核心關(guān)注點，后者因其“貫穿性”的特點稱為橫切關(guān)注點[1]。在地理信息服務(wù)平臺中，OOP可以很方便地將其中的“名詞”（如服務(wù)、用戶等）映射為Java系統(tǒng)中的對象，這樣更加貼近日常的思維方式，便于理解。即采用OOP處理核心關(guān)注點時，可以提高建模的效率。但由于橫切關(guān)注點（如日志記錄）幾乎涉及到系統(tǒng)中的各個對象，如果采用OOP直接編碼的方式，這些代碼會分散在各個對象代碼中，造成大量冗余，使得系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)邏輯模塊與輔助模塊耦合性較高。這樣不僅會造成代碼分散、混亂的問題，而且不便于后期維護(hù)和管理。此時OOP的傳統(tǒng)優(yōu)勢不僅不能得到充分的發(fā)揮，反而成為影響代碼簡潔高效維護(hù)的障礙。而AOP則可以有效地解決這一問題。

AOP是對OOP技術(shù)的一種補(bǔ)充。OOP 把應(yīng)用分解成帶有層次結(jié)構(gòu)的對象，而AOP把程序分解成為一些切面或關(guān)注點[2]，它允許程序員對橫切性的問題（Crosscutting Concerns——跨越典型職責(zé)界線的行為，例如事務(wù)處理、權(quán)限控制等）進(jìn)行模塊化[2]，開發(fā)由原來的一維模式變?yōu)榱硕S模式，提高了應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)維護(hù)的效率。AOP 就其本質(zhì)而言，是用一種松散耦合的方式來實現(xiàn)獨立的關(guān)注點，并組合這些關(guān)注點來實現(xiàn)最終系統(tǒng)[3]，它很好地彌補(bǔ)了OOP和EJB的不足，可使地理信息服務(wù)平臺的開發(fā)變得更加簡潔高效易維護(hù)，代碼重用性也得到了極大的提高。

1 AOP的基本思想

AOP的概念是由施樂Palo Alto 研究中心的Gregor Kiczales于1977年提出的。由于OOP無法解決切面和業(yè)務(wù)核心邏輯模塊形成橫切，從而造成代碼糾結(jié)問題。為此，研究者提出了一種新的AOP編程思想，解決了面向?qū)ο蠓椒ㄔ诜枪δ軉卧獧M向管理存在的缺陷，提供了一種明確捕獲和模塊化橫切關(guān)注點（日志、事務(wù)、權(quán)限認(rèn)證等）的機(jī)制[4]，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，實現(xiàn)調(diào)用者和被調(diào)用者之間的充分解耦[5]。而切面、連接點、切入點、通知等機(jī)制是AOP的核心所在。切面是實現(xiàn)橫切關(guān)注點的模塊，連接點是切面將會被植入的點，切入點是一個或多個連接點的集合，通知則是在切入點將要執(zhí)行的邏輯代碼。

AOP的核心思想是將與系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)邏輯無關(guān)的系統(tǒng)橫切關(guān)注點（如數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理、安全性檢查、日志記錄等）抽取出來，單獨對其進(jìn)行建模、設(shè)計、實現(xiàn)，以提高系統(tǒng)程序的抽象性和模塊化程度，改善軟件的可復(fù)用性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。如圖1所示，從遺留系統(tǒng)中分別抽取出核心業(yè)務(wù)邏輯模塊和日志、事務(wù)等橫切關(guān)注點，然后使用面向?qū)ο缶幊痰乃枷雽崿F(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯方法，將模塊化后的切面切入到業(yè)務(wù)邏輯方法前后，使其由原來的面向?qū)ο蟮囊痪S空間實現(xiàn)，變成現(xiàn)在的二維空間實現(xiàn)。也就是說，原來的事務(wù)處理、日志等功能的實現(xiàn)被限制在每一個需要調(diào)用它的模塊中，而現(xiàn)在這些模塊只需專注實現(xiàn)自己的業(yè)務(wù)功能即可，從而避免了代碼的分散和混亂，提高了代碼的重用性。

2 典型AOP工具的比較

自AOP提出以后，經(jīng)過多年的深入研究，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了成熟度較高的AOP工具，如AspectJ、JBoss、Spring AOP等。但各種工具關(guān)注面不同，實現(xiàn)機(jī)制也有所區(qū)別，導(dǎo)致風(fēng)格各異，適用場合也不同。本文將集中探討AspectJ和Spring AOP的異同，并從多個角度比較它們的特征以及適用情況。

需要明確的是，不論哪一種工具，其設(shè)計目標(biāo)都是將橫切的切面問題模塊化。因此，切入點就是AOP的核心。此外，AOP工具還提供了類型間聲明和通知機(jī)制。3者的組合，構(gòu)成了切面。不同AOP工具的主要區(qū)別在于切面聲明的方式以及如何應(yīng)用到系統(tǒng)中。

1） AspectJ的切面聲明類似于Java語言中的類聲明，是基于Java語言的語法及語義的擴(kuò)展。它擁有屬于自身的基于Java平臺的AOP語法、AspectJ編譯器以及啟動器。

2）Spring AOP實現(xiàn)切面聲明的方式包括基于XML方式、@AspectJ注解方式等。Spring AOP不需要獨立的啟動器，因為它依賴的是 Spring 框架方便的、最小化的運行配置。

AspectJ由Java語言擴(kuò)展而來，屬于代碼級，在處理新建項目時可以考慮使用，而在處理遺留系統(tǒng)中則不太適合，因為可能會大量修改源代碼。Spring AOP提供的XML風(fēng)格切面聲明在修改切入點時只需在XML配置文件中進(jìn)行修改，更加簡潔方便。表1詳細(xì)對比了2種方式的特征。

表1 2種實現(xiàn)方式特征對比

和大多數(shù)Web項目一樣，本文介紹的地理信息服務(wù)平臺中的日志系統(tǒng)要求不是特別精細(xì)，只需使用輕量級的Spring AOP即可滿足需求。而對于其他項目，若是遺留系統(tǒng)，需添加日志模塊，則選擇Spring AOP更加合適，它可以在不修改源代碼的基礎(chǔ)上將日志模塊整合進(jìn)去，而AspectJ則更適合用在粒度級要求更加精細(xì)的系統(tǒng)中。

3 解決方案

本文介紹的地理信息服務(wù)平臺旨在為用戶提供一個發(fā)布共享各種地理服務(wù)的平臺，用戶也可申請使用其他用戶共享的服務(wù)。在該平臺中，普通用戶的注冊、服務(wù)發(fā)布及使用等申請，以及管理員審批動作，均需記錄在日志系統(tǒng)中。但在開發(fā)中，日志輸出分散在各個模塊，且在許多源文件中相互糾結(jié)，使得系統(tǒng)的相關(guān)復(fù)雜度較高，不利于后期的改進(jìn)及維護(hù)。因此，我們將采用AOP解決方案，以期降低相關(guān)復(fù)雜度，使系統(tǒng)變得簡單可靠，便于維護(hù)。

此系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯是用戶可通過平臺瀏覽新聞、申請注冊賬號、申請發(fā)布服務(wù)、申請使用服務(wù)，管理員可通過平臺發(fā)布新聞以及對用戶申請進(jìn)行審批，而日志系統(tǒng)負(fù)責(zé)記錄下這些動作，前者的執(zhí)行會引發(fā)后者的執(zhí)行，并將數(shù)據(jù)等信息傳遞給后者，以便準(zhǔn)確記錄。

為了測試AOP方式解決方案的優(yōu)勢，設(shè)計了基于OOP的解決方案進(jìn)行對比。

方案一：僅OOP實現(xiàn)，見圖2。

方案二：OOP與AOP結(jié)合實現(xiàn)，見圖3。

OOP+AOP實現(xiàn)圖方案二在方案一的基礎(chǔ)上，將代碼中日志記錄獨立出來成為一個模塊，通過AOP配置文件，實現(xiàn)自動攔截切點（原理見圖4）和日志輸出功能。

與方案一相比，方案二更易降低每個模塊的復(fù)雜度，提高模塊的可靠性，使得代碼更為簡單。如果我們把OOP看作從上到下的軟件開發(fā)過程，那么AOP則是從左到右的軟件開發(fā)過程[6]，即從面向?qū)ο蟮囊痪S思考方式轉(zhuǎn)變成二維空間的實現(xiàn)[7]。

使用方案二方式實現(xiàn)地理信息服務(wù)平臺時，其中的日志記錄按緊急程度分為debug、info、warning、err、引用emerg 5個level級別，其中，debug為不包含函數(shù)條件或問題的其他信息；info為提供信息的消息 ；warning為預(yù)警信息；err為阻止工具或某些子系統(tǒng)部分功能實現(xiàn)的錯誤條件；引用emerg為該系統(tǒng)不可用。而本平臺日志系統(tǒng)需記錄的為一般消息（即用戶和管理員的操作），所以選擇使用info級別記錄相應(yīng)的日志。日志系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)如圖5所示。

實現(xiàn)時，我們需要找到切面相應(yīng)的連接點。在UserApproveDao.java類中，針對具體的用戶注冊申請、管理員審批及刪除注冊申請的動作，找到對應(yīng)的方法addUserApprove( )、Approve( )、delUserApprove( )， 即為連接點JoinPoint。

通知Advice的實現(xiàn)是通過記錄日志的方法log_AOP(JoinPoint joinPoint, Object returnValue)完成的。

Java代碼（部分）：

public void log_AOP(JoinPoint joinPoint, Object returnValue) {

if(join Point.get Signa ture().get Name().equals("addUserApprove")) {

String userId = (String) joinPoint.getArgs()[0];

syslog.info(logFormat.format(..);

}

//后續(xù)動作

}

最后，需要配置系統(tǒng)的配置文件applicationContext.xml。

Xml代碼（部分）：

pointcut-ref="pointCut_0" returning="returnValue" />

在比較OOP和AOP兩種方案時，采用相同的測試條件：

1）硬件配置：ubuntu服務(wù)器；蘋果Mac（4 G內(nèi)存，CPU 2.66 GHz雙核）；

2）軟件支持平臺：Windows7（64位）, myeclipse 10.5, syslog-ng_3.3.1；

3）測試案例：2n(n=1，2，3，…，13)個線程同時向日志服務(wù)器寫日志；

4）前提條件：網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，局域網(wǎng)100 MB帶寬；

5）預(yù)期結(jié)果：在線程數(shù)較少的情況下，2種方式的耗時相差不大。但隨著線程數(shù)指數(shù)級遞增，2種方式的耗時也逐漸增大，AOP方式的耗時會比傳統(tǒng)編碼方式的耗時長，且2者的差距越來越大。

測試結(jié)果如表2、表3所示。

表2 傳統(tǒng)直接編碼方式

表3 AOP方式

測試和對比（見圖6）表明，在線程數(shù)較少時，兩者的差別不大，甚至基于AOP的實現(xiàn)所耗時間系統(tǒng)性地低于基于OOP的實現(xiàn)方式。但隨著線程數(shù)指數(shù)級的遞增，AOP方式的耗時比傳統(tǒng)編碼方式的耗時長，且差距越來越大。但在實用情況下，如果考慮1 024個并發(fā)數(shù)量是合理的系統(tǒng)指標(biāo)時，這部分額外增加的時間仍在可以接受的范圍之類。進(jìn)一步考慮到AOP方式實現(xiàn)可以降低模塊之間的耦合性，避免代碼分散和混亂，在代碼量方面可以縮減很多，而且降低了整個項目的復(fù)雜度，所以在具體Java Web項目開發(fā)中，如果對運行時間要求不是特別苛刻的話，恰當(dāng)?shù)厥褂肁OP可以提高開發(fā)效率。

4 結(jié) 語

作為OOP思想的補(bǔ)充，AOP在軟件開發(fā)中扮演著越來越重要的角色。從提出到現(xiàn)在，AOP的研發(fā)是迅速的，且慢慢趨向于成熟。它不是一種取代OOP的技術(shù)，而是與OOP相互補(bǔ)充，它解決了OOP中橫切關(guān)注面分散在核心業(yè)務(wù)邏輯代碼中，無法進(jìn)行模塊化的問題。在未來的項目開發(fā)中，AOP將作為一種不可或缺的編程思想，滲透在各個應(yīng)用領(lǐng)域。

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