C#編程之AOP編程思想

更新時間：2022年03月18日 11:50:21 作者：.NET開發(fā)菜鳥

這篇文章介紹了C#編程之AOP編程思想，文中通過示例代碼介紹的非常詳細。對大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

一、什么是AOP

AOP：Aspect Oriented Programming的縮寫，意為面向切面編程，通過預(yù)編譯方式和運行期間動態(tài)代理實現(xiàn)程序功能的統(tǒng)一維護的一種技術(shù)。AOP是OOP思想的延續(xù)。利用AOP可以對業(yè)務(wù)邏輯的各個部分進行隔離，從而使得業(yè)務(wù)邏輯各部分之間的耦合度降低，提高程序的可重用性，同時提高了開發(fā)的效率。

為什么要學(xué)習(xí)AOP呢？

AOP的應(yīng)用場景非常廣泛，在一些高級工程師或者架構(gòu)師的面試過程中，頻率出現(xiàn)的比較多。

二、編程思想的發(fā)展路線

1、POP

POP：Procedure Oriented Programming的縮寫，即面向過程編程，是一種以過程為中心的編程思想。

面向過程是分析出解決問題的步驟，然后用函數(shù)或者方法，把這些步驟一步一步的實現(xiàn)，使用的時候在一個一個的一次調(diào)用函數(shù)或者方法，這就是面向過程編程。最開始的時候都是面向過程編程。面向過程是最為實際的一種思考方式。就算是面向?qū)ο缶幊?，里面也是包含有面向過程的編程思想，因為面向過程是一種基礎(chǔ)的編程思考方式，它從實際出發(fā)來考慮如何實現(xiàn)需求。

POP的不足：面向過程編程，只能處理一些簡單的問題，無法處理一些復(fù)雜的問題。如果問題很復(fù)雜，全部以流程來思考的話，會發(fā)現(xiàn)流程很混亂，甚至流程都不能進行下去。

2、OOP

OOP：Object Oriented Programming的縮寫，即面向?qū)ο缶幊獭?/p>

早期的計算機編程都是面向過程的，因為早期的編程都比較簡單。但是隨著時間的發(fā)展，需求處理的問題越來越多，問題就會越來越復(fù)雜，這時就不能簡單的使用面向過程的編程了，就出現(xiàn)了面向?qū)ο缶幊獭Ｔ谟嬎銠C里面，把所有的東西都想象成一種事物?，F(xiàn)實世界中的對象都有一些屬性和行為，也就對應(yīng)計算機中的屬性和方法。

面向?qū)ο缶幊叹褪前褬?gòu)成問題的事物分解成各個對象，建立對象的目的不是為了完成一個步驟，而是為了描述某個事物在整個解決問題的步驟中的行為。

我們以一棟大樓為例來說明OOP的不足。

我們把系統(tǒng)比喻成一棟樓，類或者對象是磚塊，磚塊組成了一面墻，多面墻構(gòu)成一間房間，多個房間構(gòu)成一棟樓。
這就好比一個模塊的功能是由多個類實現(xiàn)，模塊又組成了某一項服務(wù)，多個服務(wù)構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)。一個系統(tǒng)開發(fā)完成并不代表就真的完成了，以后肯定會有各種需求的變更出現(xiàn)，需求變更出現(xiàn)以后就要去修改代碼，代碼都在類里面，這就相當于去修改類。如果是小范圍的修改影響還不是很大，如果是大范圍的修改，影響就比較大了。即使每次修改都很小，但是如果經(jīng)常進行修改，影響也會很大。就會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。我們得出結(jié)論：類應(yīng)該是固定的，不應(yīng)該頻繁的去修改，甚至是不允許修改。這也是為什么有那么多的設(shè)計原則和設(shè)計模式。大部分的設(shè)計模式都是為了解決這類問題的，即在不修改類的前提下去擴展功能。

OOP的不足：產(chǎn)生新的需求會導(dǎo)致程序代碼不斷的進行修改，容易造成程序的不穩(wěn)定。

如果非常了解OOP的話，那么我們應(yīng)該知道，從對象的組織角度來講，分類方法都是以繼承關(guān)系為主線的，我們稱為縱向。如果只使用OOP思想的話，會帶來兩個問題：
1、共性問題。
2、擴展問題，需要對先有類進行擴展時就比較困難了。

OOP與POP的區(qū)別：

在對比面向過程的時候，面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ前咽挛镒钚』癁閷ο?，包括屬性和方法。當程序的?guī)模比較小的時候，面向過程編程還是有一些優(yōu)勢的，因為這時候程序的流程是比較容易梳理清楚的。以早上去上班為例，過程就是起床、穿衣、刷牙洗臉、去公司。每一步都是按照順序完成的，我們只需要按照步驟去一步一步的實現(xiàn)里面的方法就行了，最后在依次調(diào)用實現(xiàn)的方法即可，這就是面向過程開發(fā)。

如果使用面向?qū)ο缶幊蹋覀兙托枰橄蟪鰜硪粋€員工類，該員工具有起床、穿衣、刷牙洗臉、去公司的四個方法。但是，最終要實現(xiàn)早上去上班的這個需求的話，還是要按照順序依次來調(diào)用四個方法。最開始的時候，我們是按照面向過程的思想來思考該需求，然后在按照面向?qū)ο蟮乃枷雭沓橄蟪鰩讉€方法，最終要實現(xiàn)這個需求，還是要按照面向過程的順序來實現(xiàn)。

面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^程的區(qū)別僅僅是在思考問題方式上面的不同。最終你會發(fā)現(xiàn)，在你實現(xiàn)這個需求的時候，即使使用了面向?qū)ο蟮乃枷氤橄蟪鰜砹藛T工類，但是最后還是要使用面向過程來實現(xiàn)這個需求。

3、AOP

AOP：Aspect Oriented Programming的縮寫，即面向切面編程。是對OOP的一種補充，在不修改原始類的情況下，給程序動態(tài)添加統(tǒng)一功能的一種技術(shù)。

OOP關(guān)注的是將需求功能劃分為不同的并且相對獨立、封裝良好的類，依靠繼承和多態(tài)來定義彼此的關(guān)系。AOP能夠?qū)⑼ㄓ眯枨蠊δ軓牟幌嚓P(guān)的類中分離出來，很多類共享一個行為，一旦發(fā)生變化，不需要去修改很多類，只需要去修改這一個類即可。

AOP中的切面是指什么呢？切面指的是橫切關(guān)注點?？聪旅嬉粡垐D：

OOP是為了將狀態(tài)和行為進行模塊化。上圖是一個商場系統(tǒng)，我們使用OOP將該系統(tǒng)縱向分為訂單管理、商品管理、庫存管理模塊。在該系統(tǒng)里面，我們要進行授權(quán)驗證。像訂單、商品、庫存都是業(yè)務(wù)邏輯功能，但是這三個模塊都需要一些共有的功能，比如說授權(quán)驗證、日志記錄等。我們不可能在每個模塊里面都去寫授權(quán)驗證，而且授權(quán)驗證也不屬于具體的業(yè)務(wù)，它其實屬于功能性模塊，并且會橫跨多個業(yè)務(wù)模塊?？梢钥吹竭@里是橫向的，這就是所謂的切面。通俗的將，AOP就是將公用的功能給提取出來，如果以后這些公用的功能發(fā)生了變化，我們只需要修改這些公用功能的代碼即可，其它的地方就不需要去更改了。所謂的切面，就是只關(guān)注通用功能，而不關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯，而且不修改原有的類。

AOP優(yōu)勢：

將通用功能從業(yè)務(wù)邏輯中抽離出來，提高代碼復(fù)用性，有利于后期的維護和擴展。
軟件設(shè)計時，抽出通用功能（切面），有利于軟件設(shè)計的模塊化，降低軟件架構(gòu)的復(fù)雜度。

AOP的劣勢：

AOP的對OOP思想的一種補充，它無法單獨存在。如果說單獨使用AOP去設(shè)計一套系統(tǒng)是不可能的。在設(shè)計系統(tǒng)的時候，如果系統(tǒng)比較簡單，那么可以只使用POP或者OOP來設(shè)計。如果系統(tǒng)很復(fù)雜，就需要使用AOP思想。首先要使用POP來梳理整個業(yè)務(wù)流程，然后根據(jù)POP的流程，去整理類和模塊，最后在使用AOP來抽取通用功能。

AOP和OOP的區(qū)別：

面向目標不同：OOP是面向名詞領(lǐng)域(抽象出來一個事物，比如學(xué)生、員工，這些都是名詞)。AOP是面向動詞領(lǐng)域(比如鑒權(quán)、記錄日志，這些都是動作或行為)。
思想結(jié)構(gòu)不同：OOP是縱向的(以繼承為主線，所以是縱向的)。AOP是橫向的。
注重方面不同：OOP是注重業(yè)務(wù)邏輯單元的劃分，AOP偏重業(yè)務(wù)處理過程中的某個步驟或階段。

POP、OOP、AOP三種思想是相互補充的。在一個系統(tǒng)的開發(fā)過程中，這三種編程思想是不可或缺的。

三、實現(xiàn)AOP

我們在上面講解了有關(guān)AOP的一些理論知識，那么如何在代碼里面實現(xiàn)呢？

實現(xiàn)AOP有兩種方式：

靜態(tài)代理實現(xiàn)。所謂靜態(tài)代理，就是我們自己來寫代理對象。
動態(tài)代理實現(xiàn)。所謂動態(tài)代理，就是在程序運行時，去生成一個代理對象。

1、靜態(tài)代理

實現(xiàn)靜態(tài)代理需要使用到兩種設(shè)計模式：裝飾器模式和代理模式。

裝飾器模式：允許向一個現(xiàn)有的對象添加新的功能，同時又不改變這個現(xiàn)有對象的結(jié)構(gòu)。屬于結(jié)構(gòu)型設(shè)計模式，它是作為現(xiàn)有類的一種包裝。首先會創(chuàng)建一個裝飾類，用來包裝原有的類，并在保持類的完整性的前提下，提供額外的功能?？聪旅娴睦?。

我們首先創(chuàng)建一個User類：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace StaticDemo.Model
{
    public class User
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Password { get; set; }
    }
}

接著我們創(chuàng)建一個賬號服務(wù)的接口，里面有一個方法，用來注冊一個用戶：

using StaticDemo.Model;

namespace StaticDemo.Services
{
    /// <summary>
    /// 接口
    /// </summary>
    public interface IAccountService
    {
        /// <summary>
        /// 注冊用戶
        /// </summary>
        /// <param name="user"></param>
        void Reg(User user);
    }
}

然后創(chuàng)建一個類來實現(xiàn)上面的接口：

using StaticDemo.Model;
using System;

namespace StaticDemo.Services
{
    /// <summary>
    /// 實現(xiàn)IAccountService接口
    /// </summary>
    public class AccountService : IAccountService
    {
        public void Reg(User user)
        {
            // 業(yè)務(wù)代碼 之前 或者之后執(zhí)行一些其它的邏輯
            Console.WriteLine($"{user.Name}注冊成功");
        }
    }
}

我們在創(chuàng)建一個裝飾器類：

using StaticDemo.Model;
using StaticDemo.Services;
using System;

namespace StaticDemo
{
    /// <summary>
    /// 裝飾器類
    /// </summary>
    public class AccountDecorator : IAccountService
    {
        private readonly IAccountService _accountService;

        public AccountDecorator(IAccountService accountService)
        {
            _accountService = accountService;
        }

        public void Reg(User user)
        {
            Before();
            // 這里調(diào)用注冊的方法，原有類里面的邏輯不會改變
            // 在邏輯前面和后面分別添加其他邏輯
            _accountService.Reg(user);
            After();
        }

        private void Before()
        {
            Console.WriteLine("注冊之前的邏輯");
        }

        private void After()
        {
            Console.WriteLine("注冊之后的邏輯");
        }
    }
}

我們會發(fā)現(xiàn)裝飾器類同樣實現(xiàn)了IAccountService接口。最后我們在Main方法里面調(diào)用：

using StaticDemo.Model;
using StaticDemo.Services;
using System;

namespace StaticDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 實例化對象
            IAccountService accountService = new AccountService();
            // 實例化裝飾器類，并用上面的實例給構(gòu)造方法傳值
            var account = new AccountDecorator(accountService);
            var user = new User { Name = "Rick", Password = "12345678" };
            // 調(diào)用裝飾器類的注冊方法，相當于調(diào)用實例化對象的注冊方法
            account.Reg(user);

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運行結(jié)果：

下面我們在來看看如何使用代理模式實現(xiàn)。

代理模式：即一個類代表另一個類的功能。我們會創(chuàng)建一個代理類，這個代理類和裝飾器類基本一樣。看一下代碼：

using StaticDemo.Model;
using StaticDemo.Services;
using System;

namespace StaticDemo
{
    /// <summary>
    /// 代理類
    /// </summary>
    public class ProxyAccount : IAccountService
    {
        private readonly IAccountService _accountService;

        /// <summary>
        /// 構(gòu)造函數(shù)沒有參數(shù)
        /// 直接在里面創(chuàng)建了AccountService類
        /// </summary>
        public ProxyAccount()
        {
            _accountService = new AccountService();
        }

        public void Reg(User user)
        {
            before();
            _accountService.Reg(user);
            after();
        }

        private void before()
        {
            Console.WriteLine("代理：注冊之前的邏輯");
        }

        private void after()
        {
            Console.WriteLine("代理：注冊之后的邏輯");
        }
    }
}

Main方法里面調(diào)用：

using StaticDemo.Model;
using StaticDemo.Services;
using System;

namespace StaticDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region 裝飾器模式
            //// 實例化對象
            //IAccountService accountService = new AccountService();
            //// 實例化裝飾器類，并用上面的實例給構(gòu)造方法傳值
            //var account = new AccountDecorator(accountService);
            //var user = new User { Name = "Rick", Password = "12345678" };
            //// 調(diào)用裝飾器類的注冊方法，相當于調(diào)用實例化對象的注冊方法
            //account.Reg(user);
            #endregion

            #region 代理模式
            var account = new ProxyAccount();
            var user = new User { Name = "Tom", Password = "12345678" };
            account.Reg(user);
            #endregion

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運行結(jié)果：

可能有的人會發(fā)現(xiàn)，裝飾器類和代理類很相像，功能也一模一樣，僅僅是構(gòu)造函數(shù)不同。那么裝飾器模式和代理模式有區(qū)別嗎？有些東西，形式上看起來區(qū)別很小，但實際上他們區(qū)別很大。它們在形式上確實一樣，不管是裝飾器類還是代理類，它們都要實現(xiàn)相同的接口，但是它們在運用的時候還是有區(qū)別的。

裝飾器模式關(guān)注于在一個對象上動態(tài)添加方法，而代理模式關(guān)注于控制對象的訪問。簡單來說，使用代理模式，我們的代理類可以隱藏一個類的具體信息。var account = new ProxyAccount();僅看這段代碼不看源碼，不知道里面代理的是誰。

當使用代理模式的時候，我們常常是在代理類中去創(chuàng)建一個對象的實例：_accountService = new AccountService()。而當我們使用裝飾器模式的時候，我們通常是將原始對象作為一個參數(shù)傳遞給裝飾器的構(gòu)造函數(shù)。簡單來說，在使用裝飾器模式的時候，我們可以明確地知道裝飾的是誰，而且更重要的是，代理類里面是寫死的，在編譯的時候就確定了關(guān)系。而裝飾器是在運行時來確定的。

2、動態(tài)代理

動態(tài)代理實現(xiàn)也有兩種方式；

通過代碼織入的方式。例如PostSharp第三方插件。我們知道.NET程序最終會編譯成IL中間語言，在編譯程序的時候，PostSharp會動態(tài)的去修改IL，在IL里面添加代碼，這就是代碼織入的方式。
通過反射的方式實現(xiàn)。通過反射實現(xiàn)的方法非常多，也有很多實現(xiàn)了AOP的框架，例如Unity、MVC過濾器、Autofac等。

我們先來看看如何使用PostSharp實現(xiàn)動態(tài)代理。PostSharp是一款收費的第三方插件。

首先新創(chuàng)建一個控制臺應(yīng)用程序，然后創(chuàng)建一個訂單業(yè)務(wù)類：

using System;

namespace PostSharpDemo
{
    /// <summary>
    /// 訂單業(yè)務(wù)類
    /// </summary>
    public class OrderBusiness
    {
        public void DoWork()
        {
            Console.WriteLine("執(zhí)行訂單業(yè)務(wù)");
        }
    }
}

接著在Main方法里面調(diào)用：

using System;

namespace PostSharpDemo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            OrderBusiness order = new OrderBusiness();
            // 調(diào)用方法
            order.DoWork();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

運行結(jié)果：

這時又提出了一個新的需求，要去添加一個日志功能，記錄業(yè)務(wù)的執(zhí)行情況，按照以前的辦法，需要定義一個日志幫助類：

using System;
using System.IO;

namespace PostSharpDemo
{
    public class LgoHelper
    {
        public static void RecoreLog(string message)
        {
            string strPath = AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory+"\\log.txt";
            using(StreamWriter sw=new StreamWriter(strPath,true))
            {
                sw.WriteLine(message);
                sw.Close();
            }
        }
    }
}

如果不使用AOP，我們就需要在記錄日志的地方實例化Loghelper對象，然后記錄日志：

using System;

namespace PostSharpDemo
{
    /// <summary>
    /// 訂單業(yè)務(wù)類
    /// </summary>
    public class OrderBusiness
    {
        public void DoWork()
        {
            // 記錄日志
            LgoHelper.RecoreLog("執(zhí)行業(yè)務(wù)前");
            Console.WriteLine("執(zhí)行訂單業(yè)務(wù)");
            LgoHelper.RecoreLog("執(zhí)行業(yè)務(wù)后");
        }
    }
}

我們再次運行程序，查看結(jié)果：

我們看看日志內(nèi)容：

這樣修改可以實現(xiàn)記錄日志的功能。但是上面的方法會修改原先已有的代碼，這就違反了開閉原則。而且添加日志也不是業(yè)務(wù)需求的變動，不應(yīng)該去修改業(yè)務(wù)代碼。下面使用AOP來實現(xiàn)。首先安裝PostSharp，直接在NuGet里面搜索，然后安裝即可：

然后定義一個LogAttribute類，繼承自O(shè)nMethodBoundaryAspect。這個Aspect提供了進入、退出函數(shù)等連接點方法。另外，Aspect上必須設(shè)置“[Serializable] ”，這與PostSharp內(nèi)部對Aspect的生命周期管理有關(guān)：

using PostSharp.Aspects;
using System;

namespace PostSharpDemo
{
    [Serializable]
    [AttributeUsage(AttributeTargets.Method, AllowMultiple = false, Inherited = true)]
    public class LogAttribute: OnMethodBoundaryAspect
    {
        public string ActionName { get; set; }
        public override void OnEntry(MethodExecutionArgs eventArgs)
        {
            LgoHelper.RecoreLog(ActionName + "開始執(zhí)行業(yè)務(wù)前");
        }

        public override void OnExit(MethodExecutionArgs eventArgs)
        {
            LgoHelper.RecoreLog(ActionName + "業(yè)務(wù)執(zhí)行完成后");
        }
    }
}

然后Log特性應(yīng)用到DoWork函數(shù)上面：

using System;

namespace PostSharpDemo
{
    /// <summary>
    /// 訂單業(yè)務(wù)類
    /// </summary>
    public class OrderBusiness
    {
        [Log(ActionName ="DoWork")]
        public void DoWork()
        {
            // 記錄日志
            // LgoHelper.RecoreLog("執(zhí)行業(yè)務(wù)前");
            Console.WriteLine("執(zhí)行訂單業(yè)務(wù)");
            // LgoHelper.RecoreLog("執(zhí)行業(yè)務(wù)后");
        }
    }
}

這樣修改以后，只需要在方法上面添加一個特性，以前記錄日志的代碼就可以注釋掉了，這樣就不會再修改業(yè)務(wù)邏輯代碼了，運行程序：

在看看日志：

這樣就實現(xiàn)了AOP功能。

我們在看看使用Remoting來實現(xiàn)動態(tài)代理。

首先還是創(chuàng)建一個User實體類：

namespace DynamicProxy.Model
{
    public class User
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Password { get; set; }
    }
}

然后創(chuàng)建一個接口，里面有一個注冊方法：

using DynamicProxy.Model;

namespace DynamicProxy.Services
{
    public interface IAccountService
    {
        void Reg(User user);
    }
}

然后創(chuàng)建接口的實現(xiàn)類：

using DynamicProxy.Model;
using System;

namespace DynamicProxy.Services
{
    public class AccountService : MarshalByRefObject, IAccountService
    {
        public void Reg(User user)
        {
            Console.WriteLine($"{user.Name}注冊成功");
        }
    }
}

然后創(chuàng)建一個泛型的動態(tài)代理類：

using System;
using System.Runtime.Remoting;
using System.Runtime.Remoting.Messaging;
using System.Runtime.Remoting.Proxies;

namespace DynamicProxy
{
    public class DynamicProxy<T> : RealProxy
    {
        private readonly T _target;

        // 執(zhí)行之前
        public Action BeforeAction { get; set; }

        // 執(zhí)行之后
        public Action AfterAction { get; set; }

        // 被代理泛型類
        public DynamicProxy(T target) : base(typeof(T))
        {
            _target = target;
        }

        // 代理類調(diào)用方法
        public override IMessage Invoke(IMessage msg)
        {
            var reqMsg = msg as IMethodCallMessage;
            var target = _target as MarshalByRefObject;

            BeforeAction();
            // 這里才真正去執(zhí)行代理類里面的方法
            // target表示被代理的對象，reqMsg表示要執(zhí)行的方法
            var result = RemotingServices.ExecuteMessage(target, reqMsg);
            AfterAction();
            return result;
        }

    }
}

我們看到，這個泛型動態(tài)代理類里面有兩個泛型委托：BeforeAction、AfterAction。通過構(gòu)造函數(shù)把代理泛型類傳遞進去。最后調(diào)用Invoke方法執(zhí)行代理類的方法。

最后我們還要創(chuàng)建一個代理工廠類，用來創(chuàng)建代理對象，通過調(diào)用動態(tài)代理來創(chuàng)建動態(tài)代理對象：

using System;

namespace DynamicProxy
{
    /// <summary>
    /// 動態(tài)代理工廠類
    /// </summary>
    public static class ProxyFactory
    {
        public static T Create<T>(Action before, Action after)
        {
            // 實例化被代理泛型對象
            T instance = Activator.CreateInstance<T>();
            // 實例化動態(tài)代理，創(chuàng)建動態(tài)代理對象
            var proxy = new DynamicProxy<T>(instance) { BeforeAction = before, AfterAction = after };
            // 返回透明代理對象
            return (T)proxy.GetTransparentProxy();
        }
    }
}

我們最后在Main方法里面調(diào)用：

using DynamicProxy.Model;
using DynamicProxy.Services;
using System;

namespace DynamicProxy
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 調(diào)用動態(tài)代理工廠類創(chuàng)建動態(tài)代理對象，傳遞AccountService，并且傳遞兩個委托
            var acount = ProxyFactory.Create<AccountService>(before:() =>
            {
                Console.WriteLine("注冊之前");
            }, after:() =>
            {
                Console.WriteLine("注冊之后");
            });

            User user = new User() 
            {
             Name="張三",
             Password="123456"
            };
            // 調(diào)用注冊方法
            acount.Reg(user);

            Console.ReadKey();
        }
    }
}

程序運行結(jié)果：