软件设计因为引入面向对象思想而逐渐变得丰富起来。“一切皆为对象”的精义,使得程序世界所要处理的逻辑简化,开发者可以用一组对象以及这些对象之间的关系将软件系统形象地表示出来。而从对象的定义,进而到模块,到组件的定义,利用面向对象思想的封装、继承、多态的思想,使得软件系统开发可以向搭建房屋那样,循序渐进,从砖石到楼层,进而到整幢大厦的建成。应用面向对象思想,在设计规模更大、逻辑更复杂的系统时,开发周期反而能变的更短。自然其中,需要应用到软件工程的开发定义、流程的过程控制,乃至于质量的缺陷管理。但从技术的细节来看,面向对象设计技术居功至伟。然而,面向对象设计的唯一问题是,它本质是静态的,封闭的,任何需求的细微变化都可能对开发进度造成重大影响。
可能解决该问题的方法是设计模式。GOF将面向对象软件的设计经验作为设计模式纪录下来,它使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构,帮助开发人员做出有利于系统复用的选择。设计模式解决特定的设计问题,使面向对象设计更灵活、优雅,最终复用性更好。然而,设计模式虽然给了我们设计的典范与准则,通过最大程度的利用面向对象的特性,诸如利用继承、多态,对责任进行分离、对依赖进行倒置,面向抽象,面向接口,最终设计出灵活、可扩展、可重用的类库、组件,乃至于整个系统的架构。在设计的过程中,通过各种模式体现了对象的行为,暴露的接口,对象间关系,以及对象分别在不同层次中表现出来的形态。然而鉴于对象封装的特殊性,“设计模式”的触角始终在接口与抽象中大做文章,而对于对象内部则无能为力。
Aspect-Oriented Programming(面向方面编程,AOP)正好可以解决这一问题。它允许开发者动态地修改静态的OO模型,构造出一个能够不断增长以满足新增需求的系统,就象现实世界中的对象会在其生命周期中不断改变自身,应用程序也可以在发展中拥有新的功能。AOP利用一种称为“横切”的技术,剖解开封装的对象内部,并将那些影响了多个类的行为封装到一个可重用模块,并将其名为“Aspect”,即方面。所谓“方面”,简单地说,就是将那些与业务无关,却为业务模块所共同调用的逻辑或责任,例如事务处理、日志管理、权限控制等,封装起来,便于减少系统的重复代码,降低模块间的耦合度,并有利于未来的可操作性和可维护性。
面向方面编程(AOP)是施乐公司帕洛阿尔托研究中心(Xerox PARC)在上世纪90年代发明的一种编程范式。但真正的发展却兴起于近几年对软件设计方兴未艾的研究。由于软件系统越来越复杂,大型的企业级应用越来越需要人们将核心业务与公共业务分离。AOP技术正是通过编写横切关注点的代码,即“方面”,分离出通用的服务以形成统一的功能架构。它能够将应用程序中的商业逻辑同对其提供支持的通用服务进行分离,使得开发人员从重复解决通用服务的劳动中解脱出来,而仅专注于企业的核心商业逻辑。因此,AOP技术也就受到越来越多的关注,而应用于各种平台下的AOP技术也应运而生。但由于AOP技术相对于成熟的OOP技术而言,在性能、稳定性、适用性等方面还有待完善,同时AOP技术也没有形成一个统一的标准,这使得AOP技术的研究更具有前沿性的探索价值。
AOP技术的优势是显而易见的。在面向对象的世界里,人们提出了各种方法和设计原则来保障系统的可复用性与可扩展性,以期建立一个松散耦合、便于扩展的软件系统。例如GOF提出的“设计模式”,为我们提供了设计的典范与准则。设计模式通过最大程度的利用面向对象的特性,诸如利用继承、多态,对责任进行分离、对依赖进行倒置,面向抽象,面向接口,最终设计出灵活、可扩展、可重用的类库、组件,乃至于整个系统的架构。在设计的过程中,通过各种模式体现对象的行为、暴露的接口、对象间关系、以及对象分别在不同层次中表现出来的形态。然而鉴于对象封装的特殊性,“设计模式”的触角始终在接口与抽象中大做文章,而对于对象内部则无能为力。
通过“横切”技术,AOP技术就能深入到对象内部翻云覆雨,截取方法之间传递的消息为我所用。由于将核心关注点与横切关注点完全隔离,使得我们能够独立的对“方面”编程。它允许开发者动态地修改静态的OO模型,构造出一个能够不断增长以满足新增需求的系统,就象现实世界中的对象会在其生命周期中不断改变自身,应用程序也可以在发展中拥有新的功能。
设计软件系统时应用AOP技术,其优势在于:
(一)在定义应用程序对某种服务(例如日志)的所有需求的时候。通过识别关注点,使得该服务能够被更好的定义,更好的被编写代码,并获得更多的功能。这种方式还能够处理在代码涉及到多个功能的时候所出现的问题,例如改变某一个功能可能会影响到其它的功能,在AOP中把这样的麻烦称之为“纠结(tangling)”。
(二)利用AOP技术对离散的方面进行的分析将有助于为开发团队指定一位精于该项工作的专家。负责这项工作的最佳人选将可以有效利用自己的相关技能和经验。
(三)持久性。标准的面向对象的项目开发中,不同的开发人员通常会为某项服务编写相同的代码,例如日志记录。随后他们会在自己的实施中分别对日志进行处理以满足不同单个对象的需求。而通过创建一段单独的代码片段,AOP提供了解决这一问题的持久简单的方案,这一方案强调了未来功能的重用性和易维护性:不需要在整个应用程序中一遍遍重新编写日志代码,AOP使得仅仅编写日志方面(logging aspect)成为可能,并且可以在这之上为整个应用程序提供新的功能。
总而言之,AOP技术的优势使得需要编写的代码量大大缩减,节省了时间,控制了开发成本。同时也使得开发人员可以集中关注于系统的核心商业逻辑。此外,它更利于创建松散耦合、可复用与可扩展的大型软件系统。