AOP - PostSharp 2.0

PostSharp是一个非常优秀的AOP框架，使用上非常方便，功能强大，对目标拦截的方法不需要做什么修改，但现在已经商业化运作
从PostSharp官方网站下载一个试用版，安装

简单示例
PostSharp采用Post-Compile的方式实现AOP，即对已经生成的程序集，按照拦截规则进行修改，对需要拦截的方法注入拦截代码。这种方式与基于动态代理的方式相比，没有过多限制，比如不需要目标方法为virtual类型或者实现了接口等
1. 新建一个PostSharp.Test的Console测试项目添加引用: PostSharp、PostSharp.Laos
2. 程序引用的命名空间
using System;
using System.Reflection;
using PostSharp.Laos;
3. 测试用的代码如下:

private static void SayHello(string user, string title)
{
    Console.WriteLine(string.Format("Hello {0} {1}", title, user));
}
private static void ThrowException()
{
    throw new Exception("I'm a test message.");
}
static void Main(string[] args)
{
    SayHello("Richie", "Mr.");
    try
    {
        ThrowException();
    }
    catch
    {
    }
    Console.ReadKey();
    return;
}

4. 然后在项目中实现一个aspect:

[Serializable]
public class OnMyExceptionAspect : OnMethodBoundaryAspect
{
    public override void OnEntry(MethodExecutionEventArgs eventArgs)
    {
        base.OnEntry(eventArgs);
        Console.WriteLine(string.Format("Entering method: {0}", eventArgs.Method.Name));
        object[] arguments = eventArgs.GetReadOnlyArgumentArray();
        ParameterInfo[] parameters = eventArgs.Method.GetParameters();
        for (int i = 0; arguments != null && i < arguments.Length; i++)
            Console.WriteLine(string.Format(" arg{0} {1}: {2}", i + 1, parameters[i].Name, arguments[i]));
    }
    public override void OnExit(MethodExecutionEventArgs eventArgs)
    {
        base.OnExit(eventArgs);
        Console.WriteLine(string.Format("Exiting method: {0}", eventArgs.Method.Name));
    }
    public override void OnException(MethodExecutionEventArgs eventArgs)
    {
        Console.WriteLine("There's an error occured:" + eventArgs.Exception.Message);
        base.OnException(eventArgs);
    }
}

我们使用这个aspect对测试代码进行拦截处理，输出方法调用的日志信息
5. 接下来的2个步骤就是设置项目，使得PostSharp在编译结束后能够对生成的程序集进行修改，假如拦截处理机制
    a). 在项目中添加一个assembly指令，告诉PostSharp对哪些目标实施拦截
[assembly: PostSharp.Test.OnMyExceptionAspect(
    AttributeTargetAssemblies = "PostSharp.Test",
    AttributeTargetTypes = "PostSharp.Test.Program")]
    b). 修改项目文件，让PostSharp在编译完成后能够注入拦截代码:
    先通过VS的右键菜单卸载项目
    
    然后通过VS邮件菜单编辑项目文件，添加一个import指令:
    
    在<Import Project="$(MSBuildToolsPath)\Microsoft.CSharp.targets" />后面添加一条import指令如下:
    <Import Project="E:\Program Files\PostSharp 2.0\PostSharp.targets" />
6. 重新加载项目，编译，PostSharp就会在我们指定的位置上使用我们的OnMyExceptionAspect对Program的方法调用注入拦截代码，运行结果如下:
    

使用Attribute方式
上面使用一个assembly指令告诉PostSharp应该对哪些方法实施拦截，OnMethodBoundaryAspect类已经继承了Attribute，因此我们可以通过给类或者方法添加Attribute的方式来代替assembly指令
下面示例需要引用的命名空间:

using System;

using System.ComponentModel;

using System.Reflection;

using PostSharp.Extensibility;

using PostSharp.Laos;

我们用下面的PropertyChangedNotificationAttribute来实现对象属性更改通知:

[Serializable]
[MulticastAttributeUsage(MulticastTargets.Method)]
public class PropertyChangedNotificationAttribute : OnMethodBoundaryAspect
{
    private object _preValue;
    public override void OnExit(MethodExecutionEventArgs eventArgs)
    {
        base.OnExit(eventArgs);
        if (!eventArgs.Method.IsSpecialName) return;
        if (!eventArgs.Method.Name.StartsWith("get_")
            && !eventArgs.Method.Name.StartsWith("set_")) return;
        bool isSetter = eventArgs.Method.Name.StartsWith("set_");
        string property = eventArgs.Method.Name.Substring(4);
        if (isSetter)
            Console.WriteLine(string.Format("Property \"{0}\" was changed from \"{1}\" to \"{2}\"."
                , property
                , this._preValue
                , this.GetPropertyValue(eventArgs.Instance, property)));
        else
            Console.WriteLine(string.Format("Property \"{0}\" was read.", property));
    }
    public override void OnEntry(MethodExecutionEventArgs eventArgs)
    {
        base.OnEntry(eventArgs);
        //记录属性更改前的值
        if (!eventArgs.Method.IsSpecialName) return;
        if (!eventArgs.Method.Name.StartsWith("set_")) return;
        string property = eventArgs.Method.Name.Substring(4);
        this._preValue = this.GetPropertyValue(eventArgs.Instance, property);
    }
    private object GetPropertyValue(object instance, string property)
    {
        PropertyInfo getter = instance.GetType().GetProperty(property);
        return getter.GetValue(instance, null);
    }
}

然后给测试类添加PropertyChangedNotification的attribute就能通过AOP实现对象属性更改通知的效果:

[PropertyChangedNotification]
public class Person
{
    private string firstName;
    private string lastName;
    public Person(string first, string last)
    {
        this.firstName = first;
        this.lastName = last;
    }
    public string FirstName
    {
        get { return firstName; }
        set { firstName = value; }
    }
    public string LastName
    {
        get { return lastName; }
        set { lastName = value; }
    }
    public string Name
    {
        get { return this.FirstName + " " + this.LastName; }
    }
}


static void Main(string[] args)
{
    Person user = new Person("Richie", "Liu");
    user.FirstName = "RicCC";
    Console.WriteLine(string.Format("{{ {0} {1} }}", user.FirstName, user.LastName));
    Console.ReadKey();
}

编译生成，运行结果如下:
    
因为我们在Property的setter方法进入（OnEntry）时用反射读取了属性的值，记录修改之前的属性值；然后在setter方法结束（OnExit）时又使用反射去读取了修改之后的属性值，因此在***was changed from *** to ***这条消息之前，有2条属性的读取日志

Cache示例
PostSharp中有个缓存方法调用的示例：第一次调用方法的时候，执行这个方法，并把执行结果缓存起来；后面再调用这个方法时，就直接从缓存中取结果，让方法返回，而不执行方法体
实现这一功能的aspect类如下:

[Serializable]
public sealed class CacheAttribute : OnMethodBoundaryAspect
{
    // 用来生成缓存的key值，key值中包含方法名、参数值等，因此参数不一时方法会被执行
    private MethodFormatStrings formatStrings;
    // 用于缓存
    private static readonly Dictionary cache = new Dictionary();


    // 编译时刻执行的方法
    // Cache这个attribute用于方法上，某些方法不允许使用缓存，将在下面进行检查
    public override bool CompileTimeValidate(MethodBase method)
    {
        // Don't apply to constructors.
        if (method is ConstructorInfo)
        {
            Message.Write(SeverityType.Error, "CX0001", "Cannot cache constructors.");
            return false;
        }
        MethodInfo methodInfo = (MethodInfo)method;
        // Don't apply to void methods.
        if (methodInfo.ReturnType.Name == "Void")
        {
            Message.Write(SeverityType.Error, "CX0002", "Cannot cache void methods.");
            return false;
        }
        // Does not support out parameters.
        ParameterInfo[] parameters = method.GetParameters();
        for (int i = 0; i < parameters.Length; i++)
        {
            if (parameters[i].IsOut)
            {
                Message.Write(SeverityType.Error, "CX0003", "Cannot cache methods with return values.");
                return false;
            }
        }
        return true;
    }
    // 编译时刻执行的方法
    public override void CompileTimeInitialize(MethodBase method, AspectInfo aspectInfo)
    {
        this.formatStrings = Formatter.GetMethodFormatStrings(method);
    }


    public override void OnEntry(MethodExecutionArgs eventArgs)
    {
        //生成缓存的key值
        string key = this.formatStrings.Format(
            eventArgs.Instance, eventArgs.Method, eventArgs.Arguments.ToArray());
        lock (cache)
        {
            object value;
            //查看是否存在缓存
            if (!cache.TryGetValue(key, out value))
                // 缓存不存在，继续执行这个方法，并将key存在MethodExecutionTag，在执行完毕的
                // OnSuccess事件时使用key值将结果放到缓存中
                eventArgs.MethodExecutionTag = key;
            else
            {
                // 已经在缓存中存在，则将执行的返回值直接设置为缓存中的值，不执行方法体而立即返回
                eventArgs.ReturnValue = value;
                eventArgs.FlowBehavior = FlowBehavior.Return;
            }
        }
    }


    //这个事件只有在方法体被执行了，并且执行成功没有异常发生时才会触发
    public override void OnSuccess(MethodExecutionArgs eventArgs)
    {
        // 取得缓存的key值
        string key = (string)eventArgs.MethodExecutionTag;
        // 把执行结果放入缓存中
        lock (cache)
        {
            cache[key] = eventArgs.ReturnValue;
        }
    }
}

测试代码如下:

public static void Main( string[] args )
{
    Console.WriteLine( "1 ->" + GetDifficultResult( 1 ) );
    Console.WriteLine( "2 ->" + GetDifficultResult( 2 ) );
    Console.WriteLine( "1 ->" + GetDifficultResult( 1 ) );
    Console.WriteLine( "2 ->" + GetDifficultResult( 2 ) );
    Console.ReadKey();
}
[Cache]
private static int GetDifficultResult( int arg )
{
    // 如果方法体被执行了，则会输出下面的消息，否则不会输出，说明使用了缓存
    Console.WriteLine( "Some difficult work!" );
    Thread.Sleep( 1000 );
    return arg;
}

参数为1和2的时候分别执行以下方法体，后面2次调用则都是从缓存中直接取返回值了

DbInvoke示例
这也是PostSharp中一个比较有意思的示例，其工作方式大致如下，先使用下面代码声明一些方法:

[DbInvoke("ConnectionString")]
internal static class DataLayer
{
#pragma warning disable 626
    extern static public void CreateCustomer(string customerName, out int customerId);
    extern static public void ModifyCustomer(int customerId, string customerName);
    extern static public void DeleteCustomer(int customerId);
    extern static public void ReadCustomer(int customerId, out string customerName);
#pragma warning restore 626
}

这里每个方法代表一个数据库的存储过程，通过DbInvoke这个attribute实施拦截（DbInvoke继承自PostSharp.Aspects.ImplementMethodAspect，PostSharp直接使用这个类的OnExecution方法代替对原方法的调用，他用于实现对extern方法、abstract类的方法提供拦截实现），然后将方法名作为存储过程名字，参数名字则作为存储过程参数名，将.NET数据类型转化为数据库的数据类型，执行存储过程，并处理out、ref类型的参数，将存储过程执行结果的参数值设置到方法的相关参数上
通过这样的方式，将数据库的存储过程声明为.NET中的extern方法，简化对存储过程的调用方式

Aspect的类型
1. OnMethodBoundaryAspect
    可以override OnEntry、OnExit、OnSuccess、OnException等方法实施拦截，可以读取入参，修改ref、out类型的入参，决定是否调用被拦截的方法体，以及读取、修改方法的返回值等，一般可以用于自己编写的assembly，进行日志记录等操作
    PostSharp对原方法注入一个try{}catch(){}语句，在适当的位置注入各个拦截事件的调用代码
    当对同一个方法使用多个该类型的aspect时，可以通过设置或者实现AspectPriority来确定各个拦截器的执行顺序
    类似于前面的Cache示例中使用到的，在aspect之间或者拦截的各个方法之间，可以通过MethodExecutionEventArgs的MethodExecutionTag属性来传递必要的状态信息
2. OnExceptionAspect
    用于实现异常捕获，可以运用于第三方开发的，没有源代码的assembly上
3. OnFieldAccessAspect
    方便对field的读取、设置进行拦截处理，override OnGetValue、OnSetValue方法实施拦截。测试过程中无法读取到FieldInfo属性，不知道是不是只有商业版注册后才可以使用这个功能
    对field访问的拦截只能适用于当前程序集，如果其他程序集直接诶访问field无法实现拦截，所以对于public、protected类型的field，PostSharp会将field重命名，然后自动生成一个原field名字的property，这会导致依赖的程序集二进制兼容性被破坏，需要重新编译。这个行为也可以通过选项进行配置，阻止PostSharp这样做
4. OnMethodInvocationAspect
    override OnInvocation方法实施拦截，PostSharp不是直接修改注入目标程序集，而是为目标方法生成一个委托，修改当前程序集中的调用，改为调用委托，从而实现拦截（这种方式叫做Call-site weaving，调用方织入，对应的另一种方式叫做Target-site weaving，目标织入）。这种方式可以实现对第三方程序集方法实施拦截
5. ImplementMethodAspect
    如前面的DbInvoke示例，这个aspect用于extern方法、abstract类的方法进行拦截，不要求目标方法有具体的实现

Aspect的生命周期
aspect在编译期实例化，PostSharp将aspect的实例序列化存到assembly中，在运行时再反序列化回来
对multicast类型的attribute，PostSharp会为每个匹配到的类型、方法等单独创建一个该attribute的实例对象应用于目标上
multicast概念：本来我们写一个custom attribute，必须在每个需要运用的方法、类型上面使用这个attribute，PostSharp中的multicast指可以指定比较宽的一个范围，或者使用正则表达式以及一些filter等，将这个attribute应用到匹配到的多个目标对象上面去，类似于多播这样的效果。这就是在前面使用过的assembly指令
这个概念导致的一个结果，对于理解PostSharp的行为比较重要，如果某个multicast类型的attribute指定为作用于field，但又将这个attribute设置在了type上面，则PostSharp会为该type的所有field运用这个attribute，从而运用拦截处理

另外，PostSharp的示例Advanced\AssemblyExplorer项目演示了如何使用PostSharp的CodeModel。PostSharp没有使用Mono.Cecil和CCI等开源项目，而是建立了自己的CodeModel来分析和修改assembly的元数据以及IL代码等，通过这个示例可以大致了解如何使用PostSharp的CodeModel来实现某些元数据、IL层面的操作

参考：
Aspect Oriented Programming 101
AOP Implementation of INotifyPropertyChanged