Aspect-Oriented Programming AOP Programmazione Orientata agli Aspetti

AOP

Programmazione Orientata agli Aspetti

Un sistema software è la realizzazione di una serie di requisiti In fase di disegno di un sistema i requisiti vengono classificati e raggruppati allo scopo di identificare i moduli implementativi Separare le realizzazioni dei requisiti in moduli differenti è una fase fondamentale per la realizzazione del sistema Si assegnano così le responsabilità ad ogni modulo che risulta coeso e non accoppiato Le metodologie di programmazione in vario modo supportano la Separation Of Concerns Separation of concerns Aspect-Oriented Programming

Un sistema software è la realizzazione di una serie di requisiti

In fase di disegno di un sistema i requisiti vengono classificati e raggruppati allo scopo di identificare i moduli implementativi

Separare le realizzazioni dei requisiti in moduli differenti è una fase fondamentale per la realizzazione del sistema

Si assegnano così le responsabilità ad ogni modulo che risulta coeso e non accoppiato

Le metodologie di programmazione in vario modo supportano la Separation Of Concerns

L'ingegneria del software si è occupata di trovare un rimedio al problema della Separation Of Concern introducendo i concetti di modularizzazione e sviluppando metodologie e linguaggi che supportassero tali concetti. In questo senso abbiamo assistito ad un'evoluzione nelle metodologie e negli strumenti di supporto a queste: I linguaggi procedurali hanno introdotto l’astrazione funzionale L’OOP ha introdotto il concetto di astrazione di 'oggetto' e quindi il costrutto di classe L’AOP introduce il concetto di astrazione di 'concern' e quindi il costrutto di aspetto Aspect-Oriented Programming Separation of concerns

L'ingegneria del software si è occupata di trovare un rimedio al problema della Separation Of Concern introducendo i concetti di modularizzazione e sviluppando metodologie e linguaggi che supportassero tali concetti.

In questo senso abbiamo assistito ad un'evoluzione nelle metodologie e negli strumenti di supporto a queste:

I linguaggi procedurali hanno introdotto l’astrazione funzionale

L’OOP ha introdotto il concetto di astrazione di 'oggetto' e quindi il costrutto di classe

L’AOP introduce il concetto di astrazione di 'concern' e quindi il costrutto di aspetto

In un sistema bancario i concerns sono rispettivamente: la gestione dei clienti il calcolo degli interessi la gestione del bancomat la gestione della persistenza la gestione delle autorizzazioni la gestione della sicurezza il logging ... Esempio di concerns di un sistema Aspect-Oriented Programming

In un sistema bancario i concerns sono rispettivamente:

la gestione dei clienti

il calcolo degli interessi

la gestione del bancomat

la gestione della persistenza

la gestione delle autorizzazioni

la gestione della sicurezza

il logging

...

Un concern è un requisito che deve essere soddisfatto al fine di realizzare gli obiettivi dell'intero sistema di conseguenza: Un sistema software è la realizzazione di una serie di concerns Definizione di Concern Aspect-Oriented Programming

Un concern è un requisito che deve essere soddisfatto al fine di realizzare gli obiettivi dell'intero sistema

di conseguenza:

Un sistema software è la realizzazione di una serie di concerns

In un sistema bancario i concerns sono rispettivamente: la gestione dei clienti il calcolo degli interessi la gestione dell'ATM (bancomat) la gestione della persistenza la gestione delle autorizzazioni la gestione della sicurezza il logging ... Esempio di concerns di un sistema Aspect-Oriented Programming Core concerns Crosscutting concerns

In un sistema bancario i concerns sono rispettivamente:

la gestione dei clienti

il calcolo degli interessi

la gestione dell'ATM (bancomat)

la gestione della persistenza

la gestione delle autorizzazioni

la gestione della sicurezza

il logging

...

Sono concerns la cui implemetazione è 'trasversale' a molti moduli del sistema Aspect-Oriented Programming Crosscutting Concerns

Sono concerns la cui implemetazione è 'trasversale' a molti moduli del sistema

XML parsing in org.apache.tomcat Ottima modularizzazione Aspect-Oriented Programming Case study Apache

XML parsing in org.apache.tomcat

Ottima modularizzazione

URL Pattern matching in org.apache.tomcat Buona modularizzazione Aspect-Oriented Programming Case study Apache

URL Pattern matching in org.apache.tomcat

Buona modularizzazione

Logging in org.apache.tomcat Pessima modularizzazione Aspect-Oriented Programming Case study Apache

Logging in org.apache.tomcat

Pessima modularizzazione

Code tangling: si ha quando un modulo deve gestire più concerns contemporaneamente, business logic, performance, logging, security, ... e quando un modulo presenta al suo interno elementi implementativi di altri concerns Aspect-Oriented Programming Crosscutting Concerns - conseguenze

Code tangling:

si ha quando un modulo deve gestire più concerns contemporaneamente, business logic, performance, logging, security, ...

e quando un modulo presenta al suo interno elementi implementativi di altri concerns

Code scattering: si ha quando una funzionalità è implementata in più di un modulo (il requisito è disperso) è di due tipologie: Blocchi di codice duplicato: stesso codice in moduli differenti Blocchi di codice complementare: altri moduli implementano parti complementari del concern Aspect-Oriented Programming Crosscutting Concerns - conseguenze

Code scattering:

si ha quando una funzionalità è implementata in più di un modulo (il requisito è disperso)

è di due tipologie:

Blocchi di codice duplicato: stesso codice in moduli differenti

Blocchi di codice complementare: altri moduli implementano parti complementari del concern

Quindi il sistema presenta i seguenti difetti: Codice ridondante La sua struttura tende a non essere esplicita Presenta difficoltà nell'implementazione di ulteriori requisiti L'OOP in questo caso non è in grado di fornire un adeguato supporto Aspect-Oriented Programming Crosscutting Concerns - conseguenze

Quindi il sistema presenta i seguenti difetti:

Codice ridondante

La sua struttura tende a non essere esplicita

Presenta difficoltà nell'implementazione di ulteriori requisiti

L'OOP in questo caso non è in grado di fornire un adeguato supporto

L'Aspect Oriented Programming complementa l'OOP Offre gli strumenti e i costrutti per la modularizzazione dei crosscutting concerns Abilita l'applicazione dei crosscutting concerns in modo dichiarativo Favorisce il disaccoppiamento fra i moduli Consente, attraverso l'uso degli aspetti, la rimozione delle dipendenze di un crosscutting concerns nei moduli interessati Aspect-Oriented Programming Overview

L'Aspect Oriented Programming complementa l'OOP

Offre gli strumenti e i costrutti per la modularizzazione dei crosscutting concerns

Abilita l'applicazione dei crosscutting concerns in modo dichiarativo

Favorisce il disaccoppiamento fra i moduli

Consente, attraverso l'uso degli aspetti, la rimozione delle dipendenze di un crosscutting concerns nei moduli interessati

Aspect : funzionalità crosscutting Joinpoint : punto di applicazione dell'aspetto (when) Advice : l'implementazione del crosscutting concern (what) Pointcut : espressione per la selezione dei joinpoint (where) Target : il modulo (oggetto) dove verrà applicato l'aspetto Aspect-Oriented Programming Terminologia

Aspect : funzionalità crosscutting

Joinpoint : punto di applicazione dell'aspetto (when)

Advice : l'implementazione del crosscutting concern (what)

Pointcut : espressione per la selezione dei joinpoint (where)

Target : il modulo (oggetto) dove verrà applicato l'aspetto

Fra le varie implementazioni open source si distinguono per qualità e diffusione: AspectJ Reference implementation per l'AOP Spring AOP Basandosi sui pricipi fondamentali di Spring come la DI offre strumenti di supporto dichiarativi per l'AOP basati su XML e annotazioni Java Aspect-Oriented Programming AOP's Java framework

Fra le varie implementazioni open source si distinguono per qualità e diffusione:

AspectJ

Reference implementation per l'AOP

Spring AOP

Basandosi sui pricipi fondamentali di Spring come la DI offre strumenti di supporto dichiarativi per l'AOP basati su XML e annotazioni Java

AspectJ Aspect-Oriented Programming AspectJ

AspectJ

E' un'estensione del linguaggio Java: Ogni programma aspectj è un programma java Sfrutta tutte le potenzialità del linguaggio Bassa curva di apprendimento Come ogni linguaggio è costituito da: Una definizione: aggiunge i costrutti per il weaving dei crosscutting concern Una implementazione: compilatore, debugger e l'integrazione con i più diffusi ambienti di sviluppo Aspect-Oriented Programming AspectJ

E' un'estensione del linguaggio Java:

Ogni programma aspectj è un programma java

Sfrutta tutte le potenzialità del linguaggio

Bassa curva di apprendimento

Come ogni linguaggio è costituito da:

Una definizione: aggiunge i costrutti per il weaving dei crosscutting concern

Una implementazione: compilatore, debugger e l'integrazione con i più diffusi ambienti di sviluppo

Rappresenta un punto di esecuzione di un programma: Invocazione ed esecuzione di un metodo Invocazione ed esecuzione del costruttore Accesso ai campi Inizializzazione di classe Lancio di una eccezione quindi dove applicare un crosscutting concern dove viene effettivamente applicato un aspetto Aspect-Oriented Programming AspectJ - Joinpoint

Rappresenta un punto di esecuzione di un programma:

Invocazione ed esecuzione di un metodo

Invocazione ed esecuzione del costruttore

Accesso ai campi

Inizializzazione di classe

Lancio di una eccezione

quindi dove applicare un crosscutting concern

dove viene effettivamente applicato un aspetto

E' il costrutto che consente di esprimere i criteri per la selezione dei joinpoints E' possibile collezionare il contesto di esecuzione nei joinpoints selezionati dal pointcut Esempio: Aspect-Oriented Programming AspectJ - Pointcut public pointcut print() : call ( public void Message.print*(..));

E' il costrutto che consente di esprimere i criteri per la selezione dei joinpoints

E' possibile collezionare il contesto di esecuzione nei joinpoints selezionati dal pointcut

Esempio:

Specifica il codice che deve essere eseguito ad un pointcut AspectJ consente tre modalità di applicazione di un advice: before: prima joinpoint After: dopo Around: intorno al joinpoint Esempio: Aspect-Oriented Programming AspectJ - Advice void around () : print() { System.out.println( "Buongiorno!" ); proceed (); System.out.println( "Arrivederci!" ); return ; }

Specifica il codice che deve essere eseguito ad un pointcut

AspectJ consente tre modalità di applicazione di un advice:

before: prima joinpoint

After: dopo

Around: intorno al joinpoint

Esempio:

Aspects è l'unità di modularizzazione del concern, ed è come una classe java Un aspetto contiene i pointcuts e gli advice Esempio: Aspect-Oriented Programming AspectJ - Aspect public aspect ServiceAspect { public pointcut print() : call ( public void Message.print*(..)); void around () : print() { System.out.println( "Buongiorno!" ); proceed (); System.out.println( "Arrivederci!" ); return ; } }

Aspects è l'unità di modularizzazione del concern, ed è come una classe java

Un aspetto contiene i pointcuts e gli advice

Esempio:

Spring AOP Aspect-Oriented Programming Spring AOP

Spring AOP

Aspect-Oriented Programming Pattern GoF DECORATOR - Abstract Aggiunge comportamenti addizionali ad un oggetto dinamicamente. Può essere applicato: per “decorare” con azioni un oggetto a run-time senza impatti per l'oggetto decorato per suddividere le responsabilità e aumentare il disaccoppiamento per privilegiare la composizione (HAS-A) all'estensione (IS-A) per aprire alle estensioni ma chiudere alle modifiche le classi ( open-closed principle ) Ritroviamo esempi pratici di DECORATOR all'interno della JSE nel package java.io (classi input/output streams) e in ambito JEE nei Filter .

Aggiunge comportamenti addizionali ad un oggetto dinamicamente.

Può essere applicato:

per “decorare” con azioni un oggetto a run-time senza impatti per l'oggetto decorato

per suddividere le responsabilità e aumentare il disaccoppiamento

per privilegiare la composizione (HAS-A) all'estensione (IS-A)

per aprire alle estensioni ma chiudere alle modifiche le classi ( open-closed principle )

Ritroviamo esempi pratici di DECORATOR all'interno della JSE nel package java.io (classi input/output streams) e in ambito JEE nei Filter .

Aspect-Oriented Programming Pattern GoF DECORATOR - Class diagram

Aspect-Oriented Programming Pattern GoF PROXY - Abstract Fornisce un surrogato di un oggetto target per controllarne l'accesso. Può essere applicato: per fornire una rappresentazione di un oggetto distribuito sulla rete (REMOTE PROXY ) per fornire uno strumento che faciliti il lazy-loading di risorse all'interno della classe ( VIRTUAL PROXY ) per controllare l'accesso all'oggetto target (PROTECTION PROXY) per applicare comportamenti addizionali quando l'oggetto target è invocato ( SMART REFERENCE ) Si distingue dal DECORATOR (o WRAPPER) perchè hai il controllo completo dell'accesso. Ritroviamo un esempio pratico di applicazione del pattern PROXY all'interno della tecnologia RMI (oggetto stub ).

Fornisce un surrogato di un oggetto target per controllarne l'accesso.

Può essere applicato:

per fornire una rappresentazione di un oggetto distribuito sulla rete (REMOTE PROXY )

per fornire uno strumento che faciliti il lazy-loading di risorse all'interno della classe ( VIRTUAL PROXY )

per controllare l'accesso all'oggetto target (PROTECTION PROXY)

per applicare comportamenti addizionali quando l'oggetto target è invocato ( SMART REFERENCE )

Si distingue dal DECORATOR (o WRAPPER) perchè hai il controllo completo dell'accesso. Ritroviamo un esempio pratico di applicazione del pattern PROXY all'interno della tecnologia RMI (oggetto stub ).

Aspect-Oriented Programming Pattern GoF PROXY - Class diagram

Aspect-Oriented Programming DYNAMIC PROXY - Abstract Presenti dalla versione 1.3 della JSE, una Dynamic Proxy Class è una classe che implementa a run-time, piuttosto che a design-time, una o più interfacce. target interface target class invocation handler (implementa java.lang.reflect.InvocationHandler ) dynamic proxy class (generata a run-time dalla JVM)

Presenti dalla versione 1.3 della JSE, una Dynamic Proxy Class è una classe che implementa a run-time, piuttosto che a design-time, una o più interfacce.

target interface

target class

invocation handler (implementa java.lang.reflect.InvocationHandler )

dynamic proxy class (generata a run-time dalla JVM)

Aspect-Oriented Programming DYNAMIC PROXY - Class diagram

Aspect-Oriented Programming DYNAMIC PROXY - Sequence diagram

Aspect-Oriented Programming DYNAMIC PROXY - Invocation handler POJO impl interface dynamic proxy factory invocation handler

Aspect-Oriented Programming Spring AOP module

Aspect-Oriented Programming SPRING AOP Support Spring fornisce le seguenti modalità di supporto alla programmazione orientata agli aspetti: Proxy Factory Bean @AspectJ annotation-driven Pure-POJO

Spring fornisce le seguenti modalità di supporto alla programmazione orientata agli aspetti:

Proxy Factory Bean

@AspectJ annotation-driven

Pure-POJO

Aspect-Oriented Programming PROXY FACTORY BEAN - Proxy mode Target Bean Target Interface Proxy Factory Interceptor List Pointcut Advice

Aspect-Oriented Programming PROXY FACTORY BEAN - Decorator mode

Permette di evitare la dependency injection automatizzando la creazione dei proxy che soddisfano il pointcut definito Aspect-Oriented Programming PROXY FACTORY BEAN – Autoproxy facility BeanPostProcessor Pointcut Advice

Permette di evitare la dependency injection automatizzando la creazione dei proxy che soddisfano il pointcut definito

Aspect-Oriented Programming SPRING AOP - Advice Before org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice After-returning org.springframework.aop.AfterReturningAdvice After-throwing org.springframework.aop.ThrowsAdvice Around org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor Introduction org.springframework.aop.IntroductionInterceptor

Before org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice

After-returning org.springframework.aop.AfterReturningAdvice

After-throwing org.springframework.aop.ThrowsAdvice

Around org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor

Introduction org.springframework.aop.IntroductionInterceptor

Aspect-Oriented Programming Around Advice

Aspect-Oriented Programming Around Advice - Code

AspectJ mette a disposizione la possibilità di configurare POJO come aspetti mediante annotazioni . Per facilitare l'attivazione di un bean AspectJ e trattarlo come un aspetto Spring mette a disposizione un autoproxy factory <aop:aspectj-autoproxy> Aspect-Oriented Programming @AspectJ annotation crea un autoproxy factory di tipo AnnotationAwareAspectJ AutoProxyCreator @AspectJ annotations

AspectJ mette a disposizione la possibilità di configurare POJO come aspetti mediante annotazioni .

Per facilitare l'attivazione di un bean AspectJ e trattarlo come un aspetto Spring mette a disposizione un autoproxy factory

<aop:aspectj-autoproxy>

Permette di applicare aspetti ad una classe POJO in una modalità meno invasiva rispetto all'uso della ProxyFactoryBean Aspect-Oriented Programming Pure POJO aspect Before Advice XML Tag

Permette di applicare aspetti ad una classe POJO in una modalità meno invasiva rispetto all'uso della ProxyFactoryBean

<aop:config> <aop:aspect> <aop:advisor> <aop:pointcut> <aop:before> <aop:around> <aop:after> <aop:after-returning> <aop:after-throwing> Tag XML per la dichiarazione di POJO-based aspects Aspect-Oriented Programming Pure POJO XML elements

Tag XML per la dichiarazione di

POJO-based aspects

Servizio per recupero account utente. Comportamenti cross-cutting individuati: tracing Before hit counter Before caching Around error handler After-throwing Aspect-Oriented Programming Case study overview

Servizio per recupero account utente.

Comportamenti cross-cutting individuati:

tracing Before

hit counter Before

caching Around

error handler After-throwing

...let's coding... Aspect-Oriented Programming Case study live session

References http://aopalliance.sourceforge.net/ http://www.springframework.org/ http://www.eclipse.org/aspectj/ Spring in Action – Craig Walls with Ryan Breidenbach – Manning AspectJ in Action - Ramnivas Laddad - Manning Expert One-on-One J2EE Design and Development - Rod Johnson – Wrox Expert One-on-One J2EE Development without EJB - Rod Johnson, Juergen Hoeller - Wrox Aspect-Oriented Programming

http://aopalliance.sourceforge.net/

http://www.springframework.org/

http://www.eclipse.org/aspectj/

Spring in Action – Craig Walls with Ryan Breidenbach – Manning

AspectJ in Action - Ramnivas Laddad - Manning

Expert One-on-One J2EE Design and Development - Rod Johnson – Wrox

Expert One-on-One J2EE Development without EJB - Rod Johnson, Juergen Hoeller - Wrox

Grazie per la cortese attenzione e... ...happy coding applying aspects!!! Aspect-Oriented Programming Conclusioni

Grazie per la cortese attenzione e...