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AOP (Aspect-Oriented Programming)

簡述

近期在跟高雄軟體King討論Log紀錄的機制方式，得知了AOP的機制，於是認真稍微研究了AOP的使用與實現方式。雖然King提供的AspCore真的快速實現了AOP，不過還是想花點時間去認真看若不使用Framework該如何實現這件事情~

AOP使用橫切入方法在原Class中插入新方法的且不會破壞原Class Method的一種技巧。

將橫切關注點（Cross-cutting concerns）與業務主體進行進一步分離，以提高程式碼的模組化程度！

我們直接來帶例子來瞭解比較快~

如果今天你拿到的他人已寫好Service程式碼如下
















public interface IXXXService{
    void QueryData()
}

public class XXXService:IXXXService{
    
    public IXXXService(){
    
    }
    
    public void QueryData(){
        ....
    }
}

突然發現它裡面的使用方法並沒有提供Log機制，此時你想加入Log你該怎麼作?

第一種方法也許你可以直接修改裡面的程式碼




























public interface IXXXService{
    void QueryData()
}

public class XXXService:IXXXService{
    
    private readonly ILog _log;
    
    public IXXXService(ILog log){
        _log = log;
    }
    
    public void QueryData(){
        try{
           _log.I("QueryData");
           ....
        }
        catch(Exception e)
        {
          _log.E($"Imp QueryData " + {e.ToString()});
        }
        ....
    }
}

我們直接對Service作修改，注入你自己的Log Fun，並在方法內加入Try-Catch機制，但這種方法很明顯會直接異動到原程式碼。而且基本上Log跟原本的邏輯是沒有直接性的關係，所以寫在一起不是一個很好的方法。

那有何方法可以不用動到裡面的程式碼加入Log呢?使原本Service保有它就是具單純處裡商業邏輯的職責?我們可以使用簡單的靜態Proxy方法去作到這件事情。










































// 原程式碼
public interface IXXXService{
    void QueryData()
}

public class XXXService:IXXXService{
    
    public IXXXService(){
    
    }
    
    public void QueryData(){
        ....
    }
}

//使用Proxy

public class ProxyXXX : IXXXService{

    private readonly IXXXService _xxxService;
    private readonly ILog _log;
    
    public ProxyXXX(IXXXService xxxService, ILog log){
        _xxxService = xxxService;
        _log = log;
    }
    
    public void QueryData(){
        try{
            _log.I("QueryData");
            _xxxService.QueryData();
            
        }catch(Exception e){
            _log.E($"Imp QueryData " + {e.ToString()});
        }
    }

}

直接宣告一個Proxy Class去實作IXXXService方法，因為是透過Proxy，所以有機會在做執行動作的前後做介入(Try-Catch , Log)。這樣可以再不改原程式碼下新增Log Function。

這種概念其實就是一種利用橫切的手法將關注點（Ex:Log）與業務主體進行進一步分離。

進一步來說主要如果有許多程式的需求其實跟程式的邏輯沒有直接關係，但是又需要在適時穿插在Function中，例如最常見的就是在程式中插入紀錄log的功能。像這類的需求通常會使用Aspect或是cross-cutting concern手法。讓此種與邏輯無關的需求與原邏輯Function拆開，提高設計的修改性與降低耦合性。

如下圖示意，一般我們在寫程式時，很常需要處理譬如錯誤紀錄、權限驗證，乃至於額外可能增加使用者查詢歷程等等功能，我們若使用AOP概念，就不用對每個方法依依加入這些功能，而是如灰黃紅的箭頭指向，以橫插方式，所有方法要執行時就一定得經過權限、資料與錯誤的處裡，這就是中介設計的一種概念。

以上講完，如果接手的程式當中，Service有上百支方法，我們不可能逐步透過靜態Proxy去實作對每個方法介入我們要增加的功能，此時我們就會使用動態Proxy來達成這個目標。

動態Proxy

在C#實作動態代理可以透過RealProxy與DispatchProxy兩個類別實現。前者可在一般的 .Net Framework上使用，而 .Net Core則需使用後者。

實作情境

根據MSDN的Dynamic Proxy教學說明情境，我們假設情境上有個Customer Model，我們要透過Repository去操作資料。

因此我們先針對Context設計基礎建設，有Customer Model與Repository相關實作，Repository就作一般的CRUD操作。

Customer Model







 public class Customer
{
  public int Id { get; set; }
  public string Name { get; set; }
  public string Address { get; set; }
}

IRepository









 public interface IRepository<T>
{
    void Add(T entity);
    void Delete(T entity);
    void Update(T entity);
    IEnumerable<T> GetAll();
    T GetById(int id);
}

Repository


























public class Repository<T> : IRepository<T>
{
        public void Add(T entity)
        {
            Console.WriteLine("Adding {0}", entity);
        }
        public void Delete(T entity)
        {
            Console.WriteLine("Deleting {0}", entity);
        }
        public void Update(T entity)
        {
            Console.WriteLine("Updating {0}", entity);
        }
        public IEnumerable<T> GetAll()
        {
            Console.WriteLine("Getting entities");
            return null;
        }
        public T GetById(int id)
        {
            Console.WriteLine("Getting entity {0}", id);
            return default(T);
        }
}

在基礎建設實作完後，在一般沒使用Proxy的情境下，可直接Create Repository Instance使用CRUD。

Main























 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //Simple Use - No Logger
            Console.WriteLine("***\r\n Begin program - no logging\r\n");
            IRepository<Customer> customerRepository =
              new Repository<Customer>();
            var customer = new Customer
            {
                Id = 1,
                Name = "Customer 1",
                Address = "Address 1"
            };
            customerRepository.Add(customer);
            customerRepository.Update(customer);
            customerRepository.Delete(customer);
            Console.WriteLine("\r\nEnd program - no logging\r\n***");

        }
    }

輸出結果

用RealProxy實作Dynamic Proxy

Repositroy加入Log

現在我們透過RealProxy實作在Repository層每個CRUD操作介入插入Log以及Try-Catch。

RealProxy基本上實作Dynamic Proxy非常簡單，只需實作Invoke方法。底層原理用C#反射去實作被代理者的方法。有興趣做深層研究可以參考這篇Aspect-oriented programming，有提到AOP的原理大致是根據Reflection, Metaobject Protocols, Composition Filters演變過來的。





































public class DynamicProxy<T> : RealProxy
    {
        private readonly T _decorated;
        public DynamicProxy(T decorated)
          : base(typeof(T))
        {
            _decorated = decorated;
        }
        // Log Fun
        private void Log(string msg, object arg = null)
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine(msg, arg);
            Console.ResetColor();
        }
        // Impleation Invoke
        public override IMessage Invoke(IMessage msg)
        {
            var methodCall = msg as IMethodCallMessage;
            var methodInfo = methodCall.MethodBase as MethodInfo;

            Log("In Dynamic Proxy - Before executing '{0}'", methodCall.MethodName);

            try
            {
                var result = methodInfo.Invoke(_decorated, methodCall.InArgs);
                Log("In Dynamic Proxy - After executing '{0}' ", methodCall.MethodName);
                return new ReturnMessage(result, null, 0, methodCall.LogicalCallContext, methodCall);
            }
            catch (Exception e)
            {
                Log(string.Format("In Dynamic Proxy- Exception {0} executing '{1}'", e),methodCall.MethodName);
                return new ReturnMessage(e, methodCall);
            }
        }
    }

實作完動態代理完，Client端使用如下














var repository = new Repository<Customer>();                      
var customerRepoProxy =(IRepository<Customer>)new DynamicProxy<IRepository<Customer>>(repository);

var newcustomer = new Customer
 {
    Id = 1,
    Name = "New Customer ",
    Address = "New Address"
 };
customerRepoProxy.Add(newcustomer);
customerRepoProxy.Update(newcustomer);
customerRepoProxy.Delete(newcustomer);

我們可以在建一個Repository工廠，能彈性產生或組裝不同代理者










public class RepositoryFactory
{
        public static IRepository<T> Create<T>()
        {
            var repository = new Repository<T>(); 
            var decoratedRepository =(IRepository<T>)new DynamicProxy<IRepository<T>>(repository).GetTransparentProxy();
            return decoratedRepository;
        }
}

Repository加入Authentication

透過Dynamic Proxy的使用，在原本的Repository CRUD上加入Log與Try-Catch後，接著我們嘗試建置一個Dynamic Proxy~模擬方法作權限驗證。

實作AuthenticationProxy







































public class AuthenticationProxy<T> : RealProxy
{
        private readonly T _decorated;
        public AuthenticationProxy(T decorated)
          : base(typeof(T))
        {
            _decorated = decorated;
        }
        private void Log(string msg, object arg = null)
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Green;
            Console.WriteLine(msg, arg);
            Console.ResetColor();
        }
        public override IMessage Invoke(IMessage msg)
        {
            var methodCall = msg as IMethodCallMessage;
            var methodInfo = methodCall.MethodBase as MethodInfo;

            try
            {
                Log("User authenticated - You can execute '{0}' ",methodCall.MethodName);
                var result = methodInfo.Invoke(_decorated, methodCall.InArgs);
                return new ReturnMessage(result, null, 0,
                  methodCall.LogicalCallContext, methodCall);
            }
            catch (Exception e)
            {
                Log(string.Format(
                  "User authenticated - Exception {0} executing '{1}'", e),methodCall.MethodName);
                return new ReturnMessage(e, methodCall);
            }

            Log("User not authenticated - You can't execute '{0}' ",methodCall.MethodName);
            return new ReturnMessage(null, null, 0, methodCall.LogicalCallContext, methodCall);

        }
}

實作完AuthenticationProxy後，我們修改一下原先的Repository Factory

















 public class RepositoryFactory
{
        public static IRepository<T> Create<T>()
        {
            var repository = new Repository<T>();
            
            
            var decoratedRepository =(IRepository<T>)new DynamicProxy<IRepository<T>>(repository).GetTransparentProxy();

            // Create a dynamic proxy for the class already decorated
            decoratedRepository =(IRepository<T>)new AuthenticationProxy<IRepository<T>>(decoratedRepository).GetTransparentProxy();


            return decoratedRepository;
        }
}

Client端使用如下















//Use Dynamic Proxy 
Console.WriteLine("***\r\n Begin program - logging with dynamic proxy\r\n");
IRepository<Customer> customerRepoProxy = RepositoryFactory.Create<Customer>();
var newcustomer = new Customer
{
   Id = 1,
   Name = "New Customer ",
   Address = "New Address"
};
customerRepoProxy.Add(newcustomer);
customerRepoProxy.Update(newcustomer);
customerRepoProxy.Delete(newcustomer);
Console.WriteLine("\r\nEnd program - logging with dynamic proxy\r\n***");
Console.ReadLine();

使用DispatchProxy實作Dynamic Proxy

Repositroy加入Log

根據上述範例，我們使用DispatchProxy再實作一次。DispatchProxy操作起來差不多，只是除了要實作Invoke外，對於Create Class Instance那段我們也需要額外實作(Decorate)。















































public class DynamicProxy<T> : DispatchProxy where T : class
{

        public T Target { get; private set; }
        
        public DynamicProxy() : base()
        {

        }

        public static T Decorate(T target = null)
        {
            var proxy = Create<T, DynamicProxy<T>>() as DynamicProxy<T>;

            proxy.Target = target ?? Activator.CreateInstance<T>();

            return proxy as T;
        }


        private void Log(string msg, object arg = null)
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red;
            Console.WriteLine(msg, arg);
            Console.ResetColor();
        }

        protected override object Invoke(MethodInfo targetMethod, object[] args)
        {
            Log("In Dynamic Proxy - Before executing '{0}'", targetMethod.Name);

            try
            {
                // 使用Class Method
                var result = targetMethod.Invoke(Target, args);
                Log("In Dynamic Proxy - After executing '{0}' ", targetMethod.Name);
                return result;

            }
            catch(Exception e)
            {
                Log(string.Format("In Dynamic Proxy- Exception {0} executing '{1}'", e), targetMethod.Name);
                return null;
            }
        }
}

實作完後，Client端使用方法如下



 var repository = new Repository<Customer>();
 var messageDispatchProxy = DynamicProxy<IRepository<Customer>>.Decorate(repository);

這邊一樣實作RepositoryFactory彈性產生或組裝不同代理者。










public class RepositoryFactory
{
        public static IRepository<T> Create<T>()
        {
            var repository = new Repository<T>();
            var proxyRepo = DynamicProxy<IRepository<T>>.Decorate(repository);
            return proxyRepo;
        }
}

Client端使用如下











var messageDispatchProxy = RepositoryFactory.Create<Customer>();
var customer = new Customer
{
  Id = 1,
  Name = "Customer 1",
  Address = "Address 1"
};
messageDispatchProxy.Add(customer);
messageDispatchProxy.Update(customer);
messageDispatchProxy.Delete(customer);

Repositroy加入Authentication

一樣實作模擬驗證




































public class AuthenticationProxy<T> : DispatchProxy where T : class
    {

        public T Target { get; private set; }

        public AuthenticationProxy() : base()
        {

        }

        public static T Decorate(T target = null)
        {
            var proxy = Create<T, AuthenticationProxy<T>>() as AuthenticationProxy<T>;

            proxy.Target = target ?? Activator.CreateInstance<T>();

            return proxy as T;
        }


        private void Log(string msg, object arg = null)
        {
            Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Green;
            Console.WriteLine(msg, arg);
            Console.ResetColor();
        }

        protected override object Invoke(MethodInfo targetMethod, object[] args)
        {
            Log("User authenticated  - Before executing '{0}'", targetMethod.Name);
            var result = targetMethod.Invoke(Target, args);
            Log("User authenticated  - After executing '{0}' ", targetMethod.Name);
            return result;
        }
    }

修改Repository











public class RepositoryFactory
{
        public static IRepository<T> Create<T>()
        {
            var repository = new Repository<T>();
            var proxyRepo = DynamicProxy<IRepository<T>>.Decorate(repository);
            proxyRepo = AuthenticationProxy<IRepository<T>>.Decorate(proxyRepo);
            return proxyRepo;
        }
}

Client使用不變











var messageDispatchProxy = RepositoryFactory.Create<Customer>();
var customer = new Customer
{
  Id = 1,
  Name = "Customer 1",
  Address = "Address 1"
};
messageDispatchProxy.Add(customer);
messageDispatchProxy.Update(customer);
messageDispatchProxy.Delete(customer);

AspectCore使用

目前對於AOP， .Net Core已經有現成的工具可以直接使用，稱AspectCore。針對AspectCore，個人覺得使用上Neil Tsai的AspectCore｜.Net Core 輕量AOP實現算解說的蠻清楚的。不過我再根據上述微軟MSDN教學描述的Context作延續使用。

上述我們提到在使用動態Proxy使用Repository撈取Custmoer資料。接下來我們在Web上使用AspectCore去達到這件事情。在Web架構上我們以常見的集中式架構去作設計，撰寫Customer Service取使用Repository。並使用AspCore，在Controller呼叫Service時，增加Log顯示。

Step1:新增Web MVC專案

我們使用Visual Studio新增一MVC專案，過程沒什麼其他特別設定，這邊起始新增專案就不多加描述。

Step2:安裝AspCore

直接使用Cli安裝AspCore，或使用NutGet套件管理員安裝AspectCore.Extensions.DependencyInjection

dotnet add package AspectCore.Extensions.DependencyInjection

Step3:實作CustmoerService

接著我們開始實作Service，首先先新增Customer Service Interface，只實作AddCustmoer。





public interface ICustomerService
{
  void AddCustmoer(Customer customer);
}

接著撰寫實作

















public class CustmoerService : ICustomerService
{

    private readonly IRepository<Customer> _repo;

    public CustmoerService(IRepository<Customer> repo)
    {
            _repo = repo;
    }

    public void AddCustmoer(Customer customer)
    {
            _repo.Add(customer);
    }

}

Step4:使用AbstractInterceptorAttribute設計Service攔截器

Service撰寫完後，開始用AspCore撰寫攔截器(代理使用Service)，攔截Service呼叫並在前後介入Log顯示。





















public class ServiceInterceptor : AbstractInterceptorAttribute
{
    [FromServiceContext]
    public ILogger<ServiceInterceptor> Logger { get; set; }

    public async override Task Invoke(AspectContext context, AspectDelegate next)
    {
        try
        {
            Logger.LogInformation("In Dynamic Proxy - Before executing '{0}'", context.ServiceMethod.Name); 
            await next(context);  // 進入 Service 前會於此處被攔截（如果符合被攔截的規則）...
            Logger.LogInformation("In Dynamic Proxy - After executing '{0}'", context.ServiceMethod.Name);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Logger.LogError(ex.ToString());  // 記錄例外錯誤...
            throw;
        }
    }
}

Step5:設定Starup的DI及AspCore代理

A. 在Configure設置Services與Repository

在Starup設置Service與Repository DI設置



services.AddTransient<IRepository<Customer>, Repository<Customer>>();
services.AddTransient<ICustomerService, CustmoerService>();

B.設置動態代理

在Starup設置DynamicProxy DI設置

services.ConfigureDynamicProxy(config => { config.Interceptors.AddTyped<ServiceInterceptor>(Predicates.ForService("*Service")); });

常用代理規則設定：

  • 全域會被代理
​  config.Interceptors.AddTyped<ServiceInterceptor>();
  • 後綴為 Service 會被代理：
​  config.Interceptors.AddTyped<ServiceInterceptor>(Predicates.ForService("*Service"));
  • 前綴為 Execute 的方法會被代理：
​  config.Interceptors.AddTyped<ServiceInterceptor>(Predicates.ForMethod("Execute*"));
  • App1 命名空間下的 Service 不會被代理：
​  config.NonAspectPredicates.AddNamespace("App1");
  • 最後一層為 App1 的命名空間下的 Service 不會被代理：
​  config.NonAspectPredicates.AddNamespace(".App1");
  • ICustomService 不會被代理：
​  config.NonAspectPredicates.AddService("ICustomService");
  • 後綴為 Service 不會被代理：
​  config.NonAspectPredicates.AddService("Service");
  • 命名為 Query 的方法不會被代理：
​  config.NonAspectPredicates.AddMethod("Query");
  • 後綴為 Query 的方法不會被代理：
​  config.NonAspectPredicates.AddMethod("*Query");

AspectCore 也提供 NonAspectAttribute 來使得 Service 或 Method 不會被代理。只要在Interface方法上加上[NonAspect]，Service的此方法就會被忽略不被代理






public interface IXXXService
{
​  [NonAspect]
​  void XXXMethod;
}

C.在program.cs於 CreateHostBuilder 處加上 UseServiceProviderFactory

在Program.cs 的 CreateHostBuilder 處加上 UseServiceProviderFactory(new DynamicProxyServiceProviderFactory())，將預設 DI 交由 AspectCore 處理








public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            webBuilder.UseStartup<Startup>();
        })
        .UseServiceProviderFactory(newDynamicProxyServiceProviderFactory());

Step6:在HomeController注入ICustomerService，並在Privacy API加入Service動作

為了方便Demo看到AspCore攔截Service功能，我們在 .Net Core Web初始專案的HomeController Privacy API加入AddCustmoer功能服務，當User點擊Privacy分頁，就會呼叫CustomerService功能，攔截器會攔截此呼叫，並先印出Log後，在執行Service方法~























private readonly ILogger<HomeController> _logger;
private readonly ICustomerService _repoService;

public HomeController(ILogger<HomeController> logger, ICustomerService repoService)
{
   _logger = logger;
   _repoService = repoService;
}

public IActionResult Privacy()
{
            var customer = new Customer
            {
                Id = 1,
                Name = "Customer 1",
                Address = "Address 1"
            };

            _repoService.AddCustmoer(customer);

            return View();
}

Step7執行測試

Summary

此篇大致整理AOP的使用情境與方法，也對於AspCore使用方式簡單實作一個Demo。希望對於未聽過與使用過的人可以快速對於AOP概念有所了解。

Code Demo

參考

Aspect-oriented software development

Aspect-Oriented Programming : Aspect-Oriented Programming with the RealProxy Class

Javascript面面觀：核心篇《模式-Reflection, Proxy and AOP》

AspectCore｜.Net Core 輕量 AOP 實現``

Last changed by 
 
YU-SHIH-PENG
嗨~我叫阿鵬，已從事系統領域多年，底層驅動至上應用層架構設計都具有相當的實作經驗。個性喜好學習，因此成立已持續兩年的研討讀書會，除了技術研討外，也對於不同其餘的軟實力知識有相當興趣。喜歡具有工作彈性空間且具研發挑戰性質的事物，更喜愛熱於討論與交流的團隊。 Git: https://github.com/spyua
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