Аспектно - ориентированное программирование Денис С. Мигинский

Концепции АОП Как парадигма программирования : Расщепление классов на несколько независимых частей Расщепление методов Изменение поведения в зависимости от контекста вызова (« контекстный полиморфизм ») Как методология : Единицей модульности является аспект, при этом способ выделения аспекта не фиксируется : вопрос « что первично, поведение или состояние ?», решается для каждой отдельной задачи или подзадачи, а не всей парадигмы Классы, функции могут быть составными

Задача : расширение поведения Требуется расширить поведение классов так чтобы : Перед / после всех или некоторых методов выполнялись определенные действия ( журналирование, авторизация и т. д.) Классы ничего не знали о таком расширении ( замечание : на расширение функциональности также распространяется принцип подстановки LSP) Соблюдался принципе DRY при определении одинакового поведения для нескольких функций / классов

Варианты решения 1. Создание подкласса. Плюсы : реализуемо почти в любом языке Минусы : проблемы при инстанцировании, дублирование кода 2. Создание proxy- класса Плюсы : реализуемо почти в любом языке, можно определить proxy на целую иерархию классов Минусы : проблемы при инстанцировании, до конца не решает проблемы дублирования кода ( решается MOP, если он поддерживается ) 3. Использование вспомогательных методов Плюсы : нет проблем при инстанцировании Минусы : мало языков с поддержкой методов, до конца не решает проблемы дублирования кода 4. Кодогенерация, инструментирование байт - кода Плюсы : полностью решает задачу Минусы : без специализированных фреймворков реализация очень сложна

Взаимодействие с Clojure с Java Java- вызовы из Clojure: Прямой доступ к инструментарию Java: инстанцирование классов, вызов методов, обращение к полям и т. д., синтаксический сахар для вызова классов, реализующих, фактически, функции высшего порядка (Thread, Future и т. д.) Обращение из Java к произвольному динамическому языку : Java Scripting API Обращение из Java к Clojure: Компиляция классов / интерфейсов ( в том числе динамическая )

Генерация Java- класса из пространства имен Clojure (ns ru.nsu.fit.dt.ClojureClass (:gen-class ;explicitly generate class-file :state state ;accessor for state :init init ;init function :constructors {[String] []} :main false :prefix impl- :methods [[printHello [] void] ^:static [staticPrintHello [] void]])) (defn impl-init [s] [[] (atom s)]) (defn impl-printHello [this] (println "ClojureClass this))) (defn impl-staticPrintHello [] (println "ClojureClass static call"))

Вызов из Java /* * Предварительно следует убедиться * что Clojure-классы сгенерированы. * Для Eclipse: установить зависимость от Clojure-проекта, * в build-path добавить его директорию classes */ public class MainClass { public static void main (String[] args){ ClojureClass.staticPrintHello(); new ClojureClass ("java call").printHello(); } >> ClojureClass static call ClojureClass call: java call

Решение задачи : генерация proxy- класса (ns ru.nsu.fit.dt.ProxyGenerator (:gen-class :main false :prefix impl- :methods [^:static [wrap [Object Class] Object]])) (defn impl-wrap [obj iface] (println "Wrap target iface:"(.getName iface)) ;;эта функция будет генерировать класс (gen-proxy-class iface) ;;а эта – создавать композицию из proxy и объекта (wrap-obj iface obj))

Код для генерации класса ;;;генерируем класс (defrecord SomeInterface_proxy ;;;атрибуты [obj] ;;;реализуемый интерфейс SomeInterface ;;;метод реализуемого интерфейса (someMethod [msg] (println (.getName (class obj)) ": someMethod called") (. obj someMethod msg))) (->SomeInterface_proxy obj) ;;;Вышеприведенный код должен генерироваться автоматически ;;;по переданному дескриптору интерфейса

Вспомогательные функции ;;;вычисляем имя (строку) SomeInterface_proxy (defn- proxy-nm [iface] (.concat (.getSimpleName iface) "_proxy")) ;;; вычисляем символ SomeInterface_proxy (defn- proxy-sym [iface] (symbol (proxy-nm iface))) ;;; вычисляем символ конструктора ->SomeInterface_proxy ;;; после eval получаем функцию-конструктор, как объект (defn- proxy-cons [iface] (eval (symbol (.concat "->" (proxy-nm iface))))) ;;; конструируем proxy (defn wrap-obj [iface obj] ((proxy-cons iface) obj))

Кодогенерация (defn gen-proxy-class [iface] (eval (concat (list 'defrecord (proxy-sym iface) ['obj] (symbol (.getName iface))) ;;вычисляем методы интроспекцией (for [m (.getMethods iface)] (let [m-name (.getName m) m-sym (symbol m-name)] ;;упрощение жизни: считаем, что все методы ;;от одного аргумента (list m-sym '[this msg] ;;расширение функциональности (list println '(.getName (class obj)) ":" m-name "called") ;;вызов исходного метода (list '. 'obj m-sym 'msg)))))))

Анализ решения Плюсы : Относительно простое решение ( в сравнении с прямой кодогенерацией или инструментированием байт - кода ) Обеспечивается DRY Не специфично для Clojure: может быть воспроизведено в JRuby, Groovy для JVM, во многих динамических языках для CLR Минусы : Теряем в производительности при вызове Требуется явное « оборачивание » ( проблема устраняется при использовании DI)

Понятие компонентно - ориентированного программирования Основа : Объектно - ориентированное программирование Мотивация : Связь моделей через базовые классы ( имеющие реализацию ) увеличивает хрупкость системы Дополнительные ограничения ( к ООП ): Наследование в общем виде запрещено Разрешается только имплементация классом ( компонентой ) интерфейса (- ов )

Объектная модель Clojure: протоколы, типы, записи ;;;генерация класса во время компиляции ;;;аналогично :gen-class (gen-class …) ;;;генерация интерфейса во время компиляции (gen-interface …) ;;;декларация протокола/генерация интерфейса ;;;во время исполнения (defprotocol MyProto (method1 [this]) (method2 [this] [this y])) ;;;генерация классов (как реализаций протоколов/интерфейсов) ;;;во время исполнения (deftype …) (defrecord …)

Аспектно - ориентированное программирование : предпосылки Методологические проблемы : Разделение ответственностей 2- го класса (cross-cutting concerns) Технологический прототип : Common Lisp Object System Meta-Object Protocol Первая « каноническая » реализация : Язык AspectJ, автор Грегор Кичалес, Xerox PARC Инструментарий для разработки : AspectJ Development Tool for Eclipse (AJDT)

Основные понятия AspectJ Join point ( точка выполнения ) – любая идентифицируемая точка программы ( во время компиляции и или выполнения ) Pointcut ( срез ) – набор ( класс ) точек выполнения программы, шаблон которому удовлетворяет этот набор точек Advice – изменение функциональности, применяемое к точке выполнения Inter-type declaration – дополнительное внешнее свойство уже существующего класса Aspect ( аспект ) – организационная сущность для всего вышеперечисленного

Задача : внешняя проверка контракта Контракт : height, width >= 0 Rectangle инстанцируется в RecatngleFactory Модификация Rectangle запрещена в Client Задача : Формально проверять контракт (AOT или JIT) без вмешательства в код

Решение на AspectJ public aspect RectangleConstraints { pointcut rcSetter (double newval) : set (double Rectangle.*) && args (newval); void around (double newval) : rcSetter (newval){ if (newval >= 0) proceed (newval); else proceed (0); } pointcut wrongInstance () : call (Rectangle.new(..)) && !within (RectangleFactory); declare warning: wrongInstance (): "Incorrect instantiation context for Rectangle"; declare warning: set (double Rectangle.*) && !within (RectangleFactory): "Incorrect modification context for Rectangle"; }

Задача : примеси в Java package ru.nsu.fit.dt; public interface IFoo { //хотим реализацию для этих методов public void printHello(String msg); public String doubleMsg(String msg); } //хотим включить IFoo как примесь в эти классы public class Bar1{} public class Bar2{} public class Bar3{}

Решение package ru.nsu.fit.dt.weave; import ru.nsu.fit.dt.IFoo; public aspect FooInjector { public void IFoo.printHello (String msg){ System.out.println ("IFoo impl (" + this.getClass().getName() + "): " + msg); } public String IFoo.doubleMsg (String msg){ return msg+msg; } declare parents: ru.nsu.fit.dt.Bar* implements IFoo; }

Расширение иерархии package ru.nsu.fit.dt; public class Composite //фактически, включаем примесь, методы реализовать не //обязательно implements IFoo { private IFoo part; public Composite (IFoo part){ this.part = part; } public void printHello (String msg){ System.out.println ("InnerComposite printHello:"); part.printHello(msg); }

Решение задачи расширения поведения public aspect CompositeInterceptor { pointcut interceptPrint (Object obj) : //перехватываемый вызов call (* *.println(..)) && //условие на состояние стека вызовов cflow(execution(* ru.nsu.fit.dt.Composite.* (..))) && //без этого получим бесконечную рекурсию !within(CompositeInterceptor) && //связывание параметров this(obj); before (Object obj): interceptPrint (obj){ System.out.println("INTERCEPT: println called in " + obj.getClass().getName()); }

Обзор AspectJ: основные виды pointcut Аксессоры : get – обращение к полю set – присваивание полю Вызов : call – точка вызова метода execute – точка входа в метод Связывание аргументов : this – объект, из которого произошел вызов target – объект, к которому применен метод args – аргументы вызова Контекст вызова : within – вызов из любого метода конкретного класса withincode – вызов из конкретного метода cflow, cflowbelow – состояние стека Произвольное условие на аргументы : if

Виды advice before (IFoo obj): somePointcut (obj){} after (IFoo obj): somePointcut (obj){} after (IFoo obj) returning (String res): somePointcut (obj){} after (IFoo obj) throwing (Exception ex): somePointcut (obj){} String around (IFoo obj) : somePointcut (obj){ //… Object[] args = thisJoinPoint.getArgs(); proceed(obj); //… return … }

Основные декларации String SomeClass.someMethod(String param){ //… } declare parents: SomeClass extends BaseClass implements SomeInterface; declare warning: someStaticPointcut() "message"; declare error: someStaticPointcut() "message";

Другие возможности AspectJ Аспекты с состоянием, управление инстанцированием аспектов Управление порядком применения advises Абстрактные pointcuts Генерализация аспектов Использование Java- аннотаций в pointcuts Альтернативная форма языка – Java- аннотации и т. д.). Эти аннотации могут быть имплементированы в других фреймворках (Spring AOP и т. д.)

Пример проектирования : авторизация Требуется авторизация вызовов Service без изменения существующего кода.

Решение Проблема : аспект определяет как poincuts, которые не зависят от модели безопасности, так и реализацию этой модели. Требуется разделить на два аспекта.

Решение с генерализацией аспектов

Применение абстрактных аспектов в проектировании Базовый аспект без поведения Базовый ( абстрактный ) аспект определяет набор pointcuts, как точек расширения системы, но не определяет логику Производный аспект определяет логику (advices, inter-type declaratiuons) Таким образом, определяется точка расширения в аспектной форме. См. пример выше. Базовый аспект без привязки к коду Базовый аспект определяет логику в привязке к абстрактным pointcuts Производный аспект определяет все необходимые pointcuts, привязывая таким образом логику к конкретному коду. Примеры : универсальные наблюдатели (Observer/Listener), механизмы Undo/Redo и т. д.