Exemple d'AOP en Java avec AspectJ

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Description

La Programmation Orientée Aspect (Aspect Oriented Program) ou AOP, est un paradigme de programmation qui permet de rajouter du code avant ou après l'appel à une méthode.

Dans cette source nous utiliserons AspectJ, un tisseur d'aspect standard en Java, la dernière version est compatible avec Java 5 à 9.

L'exemple est un classique en AOP, il s'agit d'automatiser l'affichage de logs au début et à la fin de chaque méthode pour tracer les paramètres et les résultats.
Pour tester le code joint, exécuter les commandes mvn package puis java -jar target/aop-1.0.jar

Voici la classe principale, avec un main et une méthode récursive qui calcule la factorielle.

package ccm.kx.aop;

/**
 * @author KX
 */
public class MathUtil {

    public static long factorial(int n) {
        if (n < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Can't compute " + n + "!");
        return n > 1 ? n * factorial(n - 1) : 1;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("3! = " + factorial(3));
        try {
            System.out.println("-2! = " + factorial(-2));
        } catch (RuntimeException e) {
            System.err.println("-2! throws an error");
        }
    }
}

Sans AOP, l'affichage de l'exécution devrait être :

3! = 6
-2! throws an error

Avec AspectJ nous allons rajouter des logs afin d'obtenir l'affichage suivant :

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsBefore
INFOS: void ccm.kx.aop.MathUtil.main(String[]) starts with [[Ljava.lang.String;@1234567] params

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsBefore
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [3] params

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsBefore
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [2] params

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsBefore
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [1] params

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAfterReturning
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) finishes with [1] params and returns 1

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAfterReturning
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) finishes with [2] params and returns 2

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAfterReturning
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) finishes with [3] params and returns 6

3! = 6

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsBefore
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [-2] params

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAfterThrowing
AVERTISSEMENT: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) fails with [-2] params
java.lang.IllegalArgumentException: Can t compute -2!
        at ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(MathUtil.java:10)
        at ccm.kx.aop.MathUtil.main(MathUtil.java:17)

-2! throws an error

déc. 15, 2018 1:23:46 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAfterReturning
INFOS: void ccm.kx.aop.MathUtil.main(String[]) finishes with [[Ljava.lang.String;@1234567] params and returns null

Pour faire cela nous allons ajouter une classe avec l'annotation @Aspect qui permettra au tisseur d'aspect de prendre en compte les méthodes @Before @AfterReturning et @AfterThrowing qu'elle contient.

package ccm.kx.aop;

import java.util.*;
import java.util.logging.*;
import org.aspectj.lang.*;
import org.aspectj.lang.annotation.*;

/**
 * @author KX
 */
@Aspect
public class AutomaticLogsAspect {

    private static final Level LEVEL_BEFORE = Level.INFO;
    private static final Level LEVEL_AFTER_RETURNING = Level.INFO;
    private static final Level LEVEL_AFTER_THROWING = Level.WARNING;

    @Pointcut("execution(* *(..))") // all methods
    public void allMethodsPointcut() {
    }

    @Before("allMethodsPointcut()")
    public void automaticLogsAllMethodsBefore(JoinPoint joinPoint) throws Throwable {
        Logger logger = Logger.getLogger(joinPoint.getSourceLocation().getWithinType().getName());
        if (logger.isLoggable(LEVEL_BEFORE)) {
            logger.log(LEVEL_BEFORE, joinPoint.getSignature() + " starts with " + Arrays.toString(joinPoint.getArgs()) + " params");
        }
    }

    @AfterReturning(pointcut = "allMethodsPointcut()", returning = "result")
    public void automaticLogsAllMethodsAfterReturning(JoinPoint joinPoint, Object result) throws Throwable {
        Logger logger = Logger.getLogger(joinPoint.getSourceLocation().getWithinType().getName());
        if (logger.isLoggable(LEVEL_AFTER_RETURNING)) {
            logger.log(LEVEL_AFTER_RETURNING, joinPoint.getSignature() + " finishes with " + Arrays.toString(joinPoint.getArgs()) + " params and returns " + result);
        }
    }

    @AfterThrowing(pointcut = "allMethodsPointcut()", throwing = "exception")
    public void automaticLogsAllMethodsAfterThrowing(JoinPoint joinPoint, Throwable exception) throws Throwable {
        Logger logger = Logger.getLogger(joinPoint.getSourceLocation().getWithinType().getName());
        if (logger.isLoggable(LEVEL_AFTER_THROWING)) {
            logger.log(LEVEL_AFTER_THROWING, joinPoint.getSignature() + " fails with " + Arrays.toString(joinPoint.getArgs()) + " params", exception);
        }
    }

}

Remarque : il n'y a rien à modifier dans la classe MathUtil, le code va venir s'ajouter automatiquement à la compilation grâce à la configuration Maven ci-dessous :

<properties>
   <java.source.version>1.5</java.source.version>
   <aspectj.version>1.9.2</aspectj.version>
</properties>

<dependencies>
   <dependency>
      <groupId>org.aspectj</groupId>
      <artifactId>aspectjrt</artifactId>
      <version>${aspectj.version}</version>
   </dependency>
</dependencies>

<build>
   <plugins>
      <plugin>
         <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
         <artifactId>aspectj-maven-plugin</artifactId>
         <version>1.11</version>
         <dependencies>
            <dependency>
               <groupId>org.aspectj</groupId>
               <artifactId>aspectjtools</artifactId>
               <version>${aspectj.version}</version>
            </dependency>
         </dependencies>
         <configuration>
            <source>${java.source.version}</source>
            <target>${java.source.version}</target>
            <complianceLevel>${java.source.version}</complianceLevel>
         </configuration>
         <executions>
            <execution>
               <goals>
                  <goal>compile</goal>
               </goals>
            </execution>
         </executions>
      </plugin>
   </plugins>
</build>

Ci-dessous un code obtenu par décompilation après le tissage des aspects, cela permet de comprendre comment va se comporter le programme à l'exécution.

package ccm.kx.aop;

import org.aspectj.lang.JoinPoint;
import org.aspectj.lang.JoinPoint.StaticPart;
import org.aspectj.lang.Signature;
import org.aspectj.runtime.internal.Conversions;
import org.aspectj.runtime.reflect.Factory;

public class MathUtil {
    private static StaticPart ajc$tjp_0;
    private static StaticPart ajc$tjp_1;

    static {
        ajc$preClinit();
    }

    private static void ajc$preClinit() {
        final Factory factory = new Factory("MathUtil.java", MathUtil.class);
        ajc$tjp_0 = factory.makeSJP("method-execution", factory.makeMethodSig("9", "factorial", "ccm.kx.aop.MathUtil", "int", "n", "", "long"), 8);
        ajc$tjp_1 = factory.makeSJP("method-execution", factory.makeMethodSig("9", "main", "ccm.kx.aop.MathUtil", "[Ljava.lang.String;", "args", "", "void"), 14);
    }

    public static long factorial(final int n) {
        final JoinPoint jp = Factory.makeJP(MathUtil.ajc$tjp_0, null, null, Conversions.intObject(n));
        try {
            AutomaticLogsAspect.aspectOf().automaticLogsAllMethodsBefore(jp);
            if (n < 0) {
                throw new IllegalArgumentException("Can't compute " + n + "!");
            }
            final long n2 = (n > 1) ? (n * factorial(n - 1)) : 1L;
            AutomaticLogsAspect.aspectOf().automaticLogsAllMethodsAfterReturning(jp, Conversions.longObject(n2));
            return n2;
        } catch (Throwable exception) {
            AutomaticLogsAspect.aspectOf().automaticLogsAllMethodsAfterThrowing(jp, exception);
            throw exception;
        }
    }

    public static void main(String args[]) {
        final JoinPoint joinpoint = Factory.makeJP(ajc$tjp_1, null, null, args);
        try {
            AutomaticLogsAspect.aspectOf().automaticLogsAllMethodsBefore(joinpoint);
            System.out.println((new StringBuilder("3! = ")).append(factorial(3)).toString());
            try {
                System.out.println((new StringBuilder("-2! = ")).append(factorial(-2)).toString());
            } catch (RuntimeException _ex) {
                System.err.println("-2! throws an error");
            }
            AutomaticLogsAspect.aspectOf().automaticLogsAllMethodsAfterReturning(joinpoint, null);
            return;
        } catch (Throwable throwable) {
            AutomaticLogsAspect.aspectOf().automaticLogsAllMethodsAfterThrowing(joinpoint, throwable);
            throw throwable;
        }
    }
}

Remarque : plutôt que d'utiliser les 3 annotations @Begin @AfterReturning et @AfterThrowing nous pourrions utiliser l'annotation @Around qui est plus puissante mais génère un bytecode plus complexe (avec des classes intermédiaires), de plus elle est incompatible avec les annotations @Before et @After.

@Around("allMethodsPointcut()") // Do not use with @Before or @After
public Object automaticLogsAllMethodsAround(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
    Logger logger = Logger.getLogger(joinPoint.getSourceLocation().getWithinType().getName());
    if (logger.isLoggable(LEVEL_BEFORE)) {
        logger.log(LEVEL_BEFORE, joinPoint.getSignature() + " starts with " + Arrays.toString(joinPoint.getArgs()) + " params");
    }
    Object result = null;
    Throwable throwable = null;
    double time = System.nanoTime();
    try {
        result = joinPoint.proceed();
    } catch (Throwable t) {
        throwable = t;
    } finally {
        time = System.nanoTime() - time;
    }
    if (throwable != null) {
        if (logger.isLoggable(LEVEL_AFTER_THROWING)) {
            logger.log(LEVEL_AFTER_THROWING, joinPoint.getSignature() + " fails with " + Arrays.toString(joinPoint.getArgs()) + " params after " + time / 1000000 + "ms", throwable);
        }
        throw throwable;
    } else {
        if (logger.isLoggable(LEVEL_AFTER_RETURNING)) {
            logger.log(LEVEL_AFTER_RETURNING, joinPoint.getSignature() + " finishes with " + Arrays.toString(joinPoint.getArgs()) + " params after " + time / 1000000 + "ms and returns " + result);
        }
        return result;
    }
}

L'affichage résultat serait alors :

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: void ccm.kx.aop.MathUtil.main(String[]) starts with [[Ljava.lang.String;@1234567] params

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [3] params

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [2] params

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [1] params

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) finishes with [1] params after 0.04ms and returns 1

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) finishes with [2] params after 8.55ms and returns 2

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) finishes with [3] params after 17.00ms and returns 6

3! = 6

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) starts with [-2] params

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
AVERTISSEMENT: long ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(int) fails with [-2] params after 0.08ms
java.lang.IllegalArgumentException: Can t compute -2!
        at ccm.kx.aop.MathUtil.factorial_aroundBody0(MathUtil.java:10)
        at ccm.kx.aop.MathUtil$AjcClosure1.run(MathUtil.java:1)
        at org.aspectj.runtime.reflect.JoinPointImpl.proceed(JoinPointImpl.java:149)
        at ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect.automaticLogsAllMethodsAround(AutomaticLogsAspect.java:56)
        at ccm.kx.aop.MathUtil.factorial(MathUtil.java:8)
        at ccm.kx.aop.MathUtil.main_aroundBody2(MathUtil.java:17)
        at ccm.kx.aop.MathUtil$AjcClosure3.run(MathUtil.java:1)
        at org.aspectj.runtime.reflect.JoinPointImpl.proceed(JoinPointImpl.java:149)
        at ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect.automaticLogsAllMethodsAround(AutomaticLogsAspect.java:56)
        at ccm.kx.aop.MathUtil.main(MathUtil.java:14)

-2! throws an error

déc. 15, 2018 1:23:45 PM ccm.kx.aop.AutomaticLogsAspect automaticLogsAllMethodsAround
INFOS: void ccm.kx.aop.MathUtil.main(String[]) finishes with [[Ljava.lang.String;@1234567] params after 49.98ms and returns null

NB. La stack de l'exception est un exemple de la complexité introduite par @Around

Remarque : pour les applications Spring on pourra utiliser le framework Spring AOP qui reprends en partie la syntaxe d'AspectJ, mais le tissage des aspects ne serait plus fait à la compilation mais à l'exécution via des proxy dédiés.

Codes Sources

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