使用AOP使C#代码更清晰



简介

如果你很熟悉面向方面编程(AOP),你就会知道给代码增加“切面”可以使代码更清晰并且具有可维护性。但是AOP通常都依赖于第三方类库或者硬编码的.net特性来工作。虽然这些实现方式的好处大于它们的复杂程度,但是我仍然在寻找一种实现AOP的更为简单的方式,来试我的代码更为清晰。我将它们单独移出来,并命名为AspectF。



Aspect Oriented Programming (AOP)的背景

“切面”指的是那些在你写的代码中在项目的不同部分且有相同共性的东西。它可能是你代码中处理异常、记录方法调用、时间处理、重新执行一些方法等等的一些特殊方式。如果你没有使用任何面向切面编程的类库来做这些事情,那么在你的整个项目中将会遗留一些很简单而又重复的代码,它将使你的代码很难维护。例如,在你的业务逻辑层有些方法需要被记录,有些异常需要被处理,有些执行需要计时,数据库操作需要重试等等。所以,也许你会写出下面这样的代码。

public bool InsertCustomer(string firstName, string lastName, int age,
Dictionary<string, string> attributes)
{
if (string.IsNullOrEmpty(firstName))
throw new ApplicationException("first name cannot be empty");
if (string.IsNullOrEmpty(lastName))
throw new ApplicationException("last name cannot be empty");
if (age < 0)
throw new ApplicationException("Age must be non-zero");
if (null == attributes)
throw new ApplicationException("Attributes must not be null");

// Log customer inserts and time the execution
Logger.Writer.WriteLine("Inserting customer data…");
DateTime start = DateTime.Now;

try
{
CustomerData data = new CustomerData();
bool result = data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
if (result == true)
{
Logger.Writer.Write("Successfully inserted customer data in "
+ (DateTime.Now-start).TotalSeconds + " seconds");
}
return result;
}
catch (Exception x)
{
// Try once more, may be it was a network blip or some temporary downtime
try
{
CustomerData data = new CustomerData();
if (result == true)
{
Logger.Writer.Write("Successfully inserted customer data in "
+ (DateTime.Now-start).TotalSeconds + " seconds");
}
return result;
}
catch
{
// Failed on retry, safe to assume permanent failure.
// Log the exceptions produced
Exception current = x;
int indent = 0;
while (current != null)
{
string message = new string(Enumerable.Repeat(‘\t’, indent).ToArray())
+ current.Message;
Debug.WriteLine(message);
Logger.Writer.WriteLine(message);
current = current.InnerException;
indent++;
}
Debug.WriteLine(x.StackTrace);
Logger.Writer.WriteLine(x.StackTrace);
return false;
}
}
}


你会看到上面只有两行关键代码,它调用了CustomerData实例的一个方法插入了一个Customer。但去实现这样的业务逻辑,你真的很难去照顾所有的细节(日志记录、重试、异常处理、操作计时)。项目越成熟,在你的代码中需要维护的这些“边边角角”就更多了。所以你肯定经常会到处拷贝这些“样板”代码,但只在这些样板内写少了真是的东西。这多不值!你不得不对每个业务逻辑层的方法都这么做。比如现在你想在你的业务逻辑层中增加一个UpdateCustomer方法。你不得不再次拷贝所有的这些“样板”,然后将两行关键代码加入其中。

思考这样的场景,你需要做出一个项目级别的改变——针对如何处理异常。你不得不处理你写的这“上百”的方法,然后一个一个地修改它们。如果你想修改计时的逻辑,做法同样如此。

面向切面编程就可以很好地处理这些问题。当你采用AOP,你会以一种很酷的方式来实现它:

[EnsureNonNullParameters]
[Log]
[TimeExecution]
[RetryOnceOnFailure]
public void InsertCustomerTheCoolway(string firstName, string lastName, int age,
Dictionary<string, string> attributes)
{
CustomerData data = new CustomerData();
data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
}


这里你需要区分这些通用的东西,像日志记录、计时、重试、验证等这些通常被称为“边边角角”的东西,最重要的是完全与你的“真实”代码无关。这可以使方法将会变得美观而清晰。所有的这些细节都在方法外被处理,并且只是在代码外加上了一些属性。这里,每一个属性代表一个Aspect(切面)。例如,你可以增加“日志记录”切面到任何代码中,只需要增加一个Log属性。无论你使用何种AOP的类库,该类库都能够确保这些“切面”被有效地加入到代码中,当然时机不一,可能是在编译时,也可能是在运行时。

有许多AOP类库通过使用编译事件和IL操作允许你在编译时“处理”这些方面,例如PostSharp;而某些类库使用DynamicProxy在运行时处理;某些要求你的类继承自ContextBoundObject使用C#内建特性来supportAspects。所有的这些都有某些“不便”。你不得不使用某些外部库,做足够的性能测试来那些类库可扩展等等。而你需要的只是一个非常简单的方式来实现“隔离”,可能并不是想要完全实现AOP。记住,你的目的是隔离那些并不重要的核心代码,来让一切变得简单并且清晰!

AspectF如何来让这一切变得简单!

让我展示一种简答的方式来实现这种隔离,仅仅使用标准的C#代码,类和代理的简单调用,没有用到“特性”或者“IL操作”这些东西。它提供了可重用性和可维护性。最好的一点是它的“轻量级”——仅仅一个很小得类。

public void InsertCustomerTheEasyWay(string firstName, string lastName, int age,
Dictionary<string, string> attributes)
{
AspectF.Define
.Log(Logger.Writer, "Inserting customer the easy way")
.HowLong(Logger.Writer, "Starting customer insert",
"Inserted customer in {1} seconds")
.Retry()
.Do(() =>
{
CustomerData data = new CustomerData();
data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
});
}


让我们看看它与通常的AOP类库有何不同:

(1)     不在方法的外面定义“切面”,而是在方法的内部直接定义。

(2)     取代将“切面”做成类,而是将其构建成方法

现在,看看它有什么优势:

(1)     没有很“深奥”的要求(Attributes, ContextBoundObject, Post build event, IL Manipulation,DynamicProxy)

(2)     没有对其他依赖的性能担忧

(3)     直接随意组合你要的“切面”。例如,你可以只对日志记录一次,但尝试很多次操作。

(4)     你可以传递参数,局部变量等到“切面”中,而你在使用第三方类库的时候,通常不能这么做

(5)     这不是一个完整的框架或类库,而仅仅是一个叫做AspectF的类

(6)     可能以在代码的任何地方定义方面,例如你可以将一个for 循环包裹成一个“切面”

让我们看看使用这种方案构建一个“切面”有多简单!这个方案中“切面”都是以方法来定义的。AspectExtensions类包含了所有的这些“预构建”的切面,比如:Log、Retry、TrapLog、TrapLogThrow等。例如,这里展示一下Retry是如何工作的:

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF Retry(this AspectF aspects)
{
return aspects.Combine((work) =>
Retry(1000, 1, (error) => DoNothing(error), DoNothing, work));
}

[DebuggerStepThrough]
public static void Retry(int retryDuration, int retryCount,
Action<Exception> errorHandler, Action retryFailed, Action work)
{
do
{
try
{
work();
}
catch (Exception x)
{
errorHandler(x);
System.Threading.Thread.Sleep(retryDuration);
}
} while (retryCount– > 0);
retryFailed();
}


你可以让“切面”调用你的代码任意多次。很容易在Retry切面中包裹对数据库、文件IO、网络IO、Web Service的调用,因为它们经常由于各种基础设施问题而失败,并且有时重试一次就可以解决问题。我有个习惯是总是去尝试数据库插入,更新,删除、web service调用,处理文件等等。而这样的“切面”无疑让我对处理这样的问题时轻松了许多。

下面展示了一下它是如何工作的,它创建了一个代理的组合。而结果就像如下这段代码:

Log(() =>
{
HowLong(() =>
{
Retry(() =>
{
Do(() =>
{
CustomerData data = new CustomerData();
data.Insert(firstName, lastName, age, attributes);
});
});
});
});


AspectF类除了压缩这样的代码之外,其他什么都没有。

下面展示,你怎样创建你自己的“切面”。首先为AspectF类创建一个扩展方法。比如说,我们创建一个Log:

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF Log(this AspectF aspect, TextWriter logWriter,
string beforeMessage, string afterMessage)
{
return aspect.Combine((work) =>
{
logWriter.Write(DateTime.Now.ToUniversalTime().ToString());
logWriter.Write(‘\t’);
logWriter.Write(beforeMessage);
logWriter.Write(Environment.NewLine);

work();

logWriter.Write(DateTime.Now.ToUniversalTime().ToString());
logWriter.Write(‘\t’);
logWriter.Write(afterMessage);
logWriter.Write(Environment.NewLine);
});
}


你调用AspectF的Combine方法来压缩一个将要被放进委托链的委托。委托链在最后将会被Do方法调用。

public class AspectF
{
/// <summary>
/// Chain of aspects to invoke
/// </summary>
public Action<Action> Chain = null;
/// <summary>
/// Create a composition of function e.g. f(g(x))
/// </summary>
/// <param name="newAspectDelegate">A delegate that offers an aspect’s behavior.
/// It’s added into the aspect chain</param>
/// <returns></returns>
[DebuggerStepThrough]
public AspectF Combine(Action<Action> newAspectDelegate)
{
if (this.Chain == null)
{
this.Chain = newAspectDelegate;
}
else
{
Action<Action> existingChain = this.Chain;
Action<Action> callAnother = (work) =>
existingChain(() => newAspectDelegate(work));
this.Chain = callAnother;
}
return this;
}


这里Combine方法操作的是被“切面”扩展方法传递过来的委托,例如Log,然后它将该委托压入之前加入的一个“切面”的委托中,来保证第一个切面调用第二个,第二个调用第三个,知道最后一个调用真实的(你想要真正执行的)代码。

Do/Return方法做最后的执行操作。

/// <summary>
/// Execute your real code applying the aspects over it
/// </summary>
/// <param name="work">The actual code that needs to be run</param>
[DebuggerStepThrough]
public void Do(Action work)
{
if (this.Chain == null)
{
work();
}
else
{
this.Chain(work);
}
}


就是这些,现在你有一个非常简单的方式来分隔那些你不想过度关注的代码,并使用C#享受AOP风格的编程模式。

AspectF类还有其他几个方便的“切面”,大致如下(当然你完全可以DIY你自己的‘切面’)。

public static class AspectExtensions
{
[DebuggerStepThrough]
public static void DoNothing()
{

}

[DebuggerStepThrough]
public static void DoNothing(params object[] whatever)
{

}

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF Delay(this AspectF aspect, int milliseconds)
{
return aspect.Combine((work) =>
{
System.Threading.Thread.Sleep(milliseconds);
work();
});
}

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF MustBeNonNull(this AspectF aspect, params object[] args)
{
return aspect.Combine((work) =>
{
for (int i = 0; i < args.Length; i++)
{
object arg = args[i];
if (arg == null)
{
throw new ArgumentException(string.Format("Parameter at index {0} is null", i));
}
}
work();
});
}

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF MustBeNonDefault<T>(this AspectF aspect, params T[] args) where T : IComparable
{
return aspect.Combine((work) =>
{
T defaultvalue = default(T);
for (int i = 0; i < args.Length; i++)
{
T arg = args[i];
if (arg == null || arg.Equals(defaultvalue))
{
throw new ArgumentException(string.Format("Parameter at index {0} is null", i));
}
}
work();
});
}

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF WhenTrue(this AspectF aspect, params Func<bool>[] conditions)
{
return aspect.Combine((work) =>
{
foreach (Func<bool> condition in conditions)
{
if (!condition())
{
return;
}
}
work();
});
}

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF RunAsync(this AspectF aspect, Action completeCallback)
{
return aspect.Combine((work) => work.BeginInvoke(asyncresult =>
{
work.EndInvoke(asyncresult); completeCallback();
}, null));
}

[DebuggerStepThrough]
public static AspectF RunAsync(this AspectF aspect)
{
return aspect.Combine((work) => work.BeginInvoke(asyncresult =>
{
work.EndInvoke(asyncresult);
}, null));
}
}


现在,你已经拥有了一个简洁的方式来隔离那些细枝末节的代码,去享受AOP形式的编程而无需使用任何“笨重”的框架。

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