Java中几种代理实现的方式

一、问题来源

      最近在做项目的过程中，遇到一个问题，随着项目的日益庞大，组件间关系依赖复杂，项目的运行日志在多线程中杂乱无章，问题的定位与排查越来越困难；因此，团队讨论后决定使用日志聚合工具，对同一业务的单个流程的日志进行聚合，为了方便日志聚合，团队决定对项目日志的输出进行增强，对每个运行流程添加相同的traceId输出。

     我们的项目采用了目前最流程的日志框架log4j进行日志管理，所以首先想到了log4j的MDC类，看了一下MDC的实现原理，大致为MDC持有一个继承的Threadlocal引用，重写了其中的set、get方法，使其中Threadlocal的引用对象为Map，像Map中添加参数，日志格式中使用参数名可以直接输出参数值。所以log4j的MDC方案基本符合我们的日志功能增强的需求。

    基本方案确定后，我们又遇到另一个问题，我们何时向MDC中添加自定义的traceId呢？以何种方式将traceId放入MDC中呢？

    经过团队的讨论，我们决定采用切面编程的思想将traceId在调用流程线程入口时添加进MDC中；最终，问题进行到这一步，团队决定分工执行，恰巧我分工到了如何实现切面的问题上，因此，我总结了一下现在Java中比较常用的切面实现方案：

二、切面的几种实现方式

     1、硬编码

        改变原有代码逻辑，在执行方法之前，先校验MDC是否存在traceId,不存在则生成放入。此方法大多数情况下不可取，日志增强功能只是辅助功能，不能改变原有方法的逻辑，希望实现可配置。

     2、静态/动态代理

        为类添加代理类，创建类工厂，从工厂中取代理类，不直接使用原有类的实例，静态代理的实现方式参照http://www.runoob.com/design-pattern/proxy-pattern.html；动态代理可以考虑使用JDK的动态代理，这两种实现都需要被代理类有接口；还可以考虑cglib，此种实现方式，实现起来原有代码改动过大，不太适合我们的情形。

    3、Spring AOP

            此方法实现参照https://docs.spring.io/spring/docs/2.5.x/reference/aop.html，此种方式可以直接实现切面，在xml配置所需要拦截的切点就好，但考虑到我们的原有系统，有许多不是spring容器管理的入口，所以此方式对我们来说也不完全适用。

    4、修改Java字节码文件

            考虑到Java类的加载运行机制，先由Javac将源文件编译成class文件，再由Classloader将calss加载进入内存，Jvm创建对象，分配空间，最后执行。整个过程中，Jvm加载class文件是动态进行加载的，所以我们想到，可以先定义好切面，通过项目初始化启动时，解析自定义的xml切点配置信息，利用字节码修改工具将class文件进行修改，植入切面。最终我决定选用javasisst实现new的对象的切面。主要的实现如下：解析xml测试类

package javasisst;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.Map;

import javax.xml.parsers.ParserConfigurationException;

import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
import org.dom4j.Document;
import org.dom4j.Element;
import org.dom4j.io.SAXReader;
import org.xml.sax.SAXException;

import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.CtMethod;

/**
 * @author bennet
 * @create_time 2018-09-08 21:14:11
 * @todo 解析xml 测试修改字节码结果
 * @class javasisst.Test
 */
public class Test {

	private final static Logger logger = LogManager.getLogger(Test.class);
	/**
	 * 切面map
	 */
	private static Map<String, AspectBean> aspectMap = new HashMap<String, AspectBean>();

	/**
	 * 切点map
	 */
	private static List<AspectBean> aspectPoints = new ArrayList<AspectBean>();

	public static void main(String[] args) throws Exception {		
		aspectXmlParser();
		ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
//		Map<String, CtClass> ctMethods = new HashMap<String, CtClass>();
//		for (Map.Entry<String, AspectBean> mEntry : aspectMap.entrySet()) {
//			CtClass ctClass = classPool.get(mEntry.getValue().getClassName());
//			CtMethod declaredMethod = ctClass.getDeclaredMethod(mEntry.getValue().getMethodName());
//			ctMethods.put(mEntry.getKey(), declaredMethod);
//		}
		for (AspectBean aspectBean : aspectPoints) {
			CtClass ctClass = classPool.get(aspectBean.getClassName());
			CtMethod declaredMethod = ctClass.getDeclaredMethod(aspectBean.getMethodName());
			// 切面bean
			AspectBean aspectBean2 = aspectMap.get(aspectBean.getAspectId());
			// 切面类
			CtClass ctClass2 = classPool.get(aspectBean2.getClassName());
			//非静态方法
//			String fieldSrc="public "+ctClass2.getName()+" "+ctClass2.getSimpleName()+";";
//			logger.info("添加成员源码为："+fieldSrc);
			// 添加成員
//			ctClass.addField(new CtField(ctClass2, ctClass2.getSimpleName(), ctClass));
			// 方法前加入源碼
//			String src = "{if("+ctClass2.getSimpleName()+"==null){"+ctClass2.getSimpleName()+"=new "+ctClass2.getName()+"();"+"}"+ ctClass2.getSimpleName() + "." + aspectBean2.getMethodName() + "();}";
			//静态方法直接调用
			String src="{"+ctClass2.getName()+"."+aspectBean2.getMethodName()+"();}";
			logger.info("源码为：" + src);
			declaredMethod.insertBefore(src);
			// 系统默认生成class的路径 重写class
			ctClass.writeFile(ClassLoader.getSystemResource("").getPath());
		}
		AspectPointTest test = new AspectPointTest();
		test.helloWorld();
	}

	/**
	 * @author bennet-xiao
	 * @throws ParserConfigurationException
	 * @throws IOException
	 * @throws SAXException
	 * @create_time 2018-09-08 17:42:21
	 * @todo 将xml解析为Map
	 */
	private static void aspectXmlParser() throws Exception {
		SAXReader reader = new SAXReader();
		File file = new File(ClassLoader.getSystemResource("").getPath() + "/aspect.xml");
		Document document = reader.read(file);
		// 根节点
		Element root = document.getRootElement();
		if (root == null) {
			throw new NullPointerException("没有找到定义的切面！");
		}
		//切面
		@SuppressWarnings("rawtypes")
		Iterator aspects = root.elementIterator("Aspect");
		while (aspects.hasNext()) {
			Element aspect = (Element) aspects.next();
			String aspectId = aspect.element("id").getTextTrim();
			String className = aspect.element("class").getTextTrim();
			String methodName = aspect.element("method").getTextTrim();
			aspectMap.put(aspectId, new AspectBean(className,methodName));
		}
		
        //切点
		@SuppressWarnings("rawtypes")
		Iterator aspectPointIters= root.elementIterator("AspectPoint");
		while (aspectPointIters.hasNext()) {
			Element aspect = (Element) aspectPointIters.next();
			String aspectId = aspect.element("AspectId").getTextTrim();
			String className = aspect.element("class").getTextTrim();
			String methodName = aspect.element("method").getTextTrim();
			aspectPoints.add(new AspectBean(className,methodName,aspectId));
		}
	}
	
	
	@org.junit.Test
	public void name() {
		AspectPointTest test = new AspectPointTest();
		test.helloWorld();
	}
}

xml结构：

<Aspects>
	<!-- 定义切面配置 -->
	<Aspect>
	    <!-- 切面id -->
		<id>testAddTraceIdInMDC</id>
		<!--切面类  -->
		<class>javasisst.AspcetTest</class>
		<!-- 切面方法 -->
		<method>addTraceIdInMDC</method>
	</Aspect>
	<!-- 定义切点 -->
	<AspectPoint>
	    <!-- 切面id -->
		<AspectId>testAddTraceIdInMDC</AspectId>
		<!-- 切入类型  1、前切  2、后切  3、round-->
		<Type>1</Type>
		<!--切点类  -->
		<class>javasisst.AspectPointTest</class>
		<!-- 切点方法 -->
		<method>helloWorld</method>
	</AspectPoint>
</Aspects>

log4j配置：

status = error
dest = err
name = PropertiesConfig

filter.threshold.type = ThresholdFilter
filter.threshold.level = debug

appender.console.type = Console
appender.console.name = STDOUT
appender.console.layout.type = PatternLayout
appender.console.layout.pattern = [%X{traceId}][%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n
appender.console.filter.threshold.type = ThresholdFilter
appender.console.filter.threshold.level = debug

rootLogger.level = debug
rootLogger.appenderRef.stdout.ref = STDOUT
 

切面方法：

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package javasisst;

import java.util.UUID;

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
import org.apache.logging.log4j.ThreadContext;

/**
 * @author bennet
 * @create_time 2018-09-08 16:42:57
 * @todo 切面测试类
 * @class javasisst.AspcetTest
 */
public class AspcetTest {

	private final static Logger logger = LogManager.getLogger(AspcetTest.class);

	/**
	 * the key for log
	 */
	public final static String LOGKEY = "traceId";

	/**
	 * @author bennet-xiao
	 * @create_time 2018-09-08 16:43:48
	 * @todo 在MDC中添加traceId
	 */
	public static void addTraceIdInMDC() {
		logger.info("进入切面方法");
		// log4j 2.x中不存在MDC类 详见
		// https://logging.apache.org/log4j/2.x/manual/thread-context.html
		String value = ThreadContext.get(LOGKEY);
		// 不存在放入traceId
		if (StringUtils.isEmpty(value)) {
			String traceId = uuidGenrator();
			logger.info("生成traceId【{}】", traceId);
			ThreadContext.put(LOGKEY,traceId);
		}
	}

	/**
	 * @author bennet-xiao
	 * @create_time 2018-09-08 16:56:10
	 * @todo 简单实现生成traceId方法
	 * @return
	 */
	private static String uuidGenrator() {
		return UUID.randomUUID().toString();
	}
}

切点方法：

package javasisst;

import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;
import org.apache.logging.log4j.ThreadContext;

/**
 * @author bennet
 * @create_time 2018-09-08 18:38:31
 * @todo 切點測試
 * @class javasisst.AspectPointTest
 */
public class AspectPointTest {
	
	private final static Logger logger=LogManager.getLogger(AspectPointTest.class);	

	/**
	 * @author bennet-xiao
	 * @create_time 2018-09-08 17:38:57
	 * @todo  简单的方法
	 */
	public void helloWorld() {
        logger.info("hello world!"+ThreadContext.get(AspcetTest.LOGKEY));
	}
}

最终效果：

三、结论

    通过以上步骤，使问题得到解决，最终代码详见github，没有最好的实现方式，每个问题都得具体分析，最终得到解决方案，以上就是我解决问题的流程。