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AOP(Aspect-Oriented Programming)

OOP와 AOP

객체지향 프로그래밍(OOP)

OOP 참고

• 모듈화의 핵심 단위는 비즈니스 로직
• 객체마다 핵심 기능을 수행하기 위한 로직과 부가 기능 코드를 작성하기 때문에 하나의 부가 기능을 여러 곳에서 동일하게 사용하게 됨
  • 이 경우, 기존 프로젝트에 기능을 추가하거나 수정하게 되면 적용된 모든 곳에서 추가와 수정이 필요하다는 문제점이 발생함

관점 지향 프로그래밍(AOP)

• 객체지향 프로그래밍 패러다임을 보완하는 기술로, 메소드나 객체의 기능을 핵심 관심사(Core Concern)와 공통 관심사(Cross-cutting Concern)로 나누어 프로그래밍하는 것을 말함
• 어떤 로직을 기준으로 핵심 관심사(핵심적인 관점)와 공통 관심사(부가적인 관점)으로 나누고, 각각을 하나의 관점으로 보고 모듈화하겠다는 의미
  • 핵심 관심사(core concern): 비즈니스 로직을 구현하는 과정에서 비즈니스 로직이 처리하려는 목적 기능
  • 공통 관심사(cross-cutting concern): 각각의 모듈들의 주 목적 외에 필요한 부가적인 기능들(로깅, 동기화, 오류 검사 등)로, 공통적으로 사용되는 기능

AOP의 장점

• 공통 관심 사항을 핵심 관심 사항으로부터 분리시켜 핵심 로직을 깔끔하게 유지할 수 있음
  • 코드의 가독성과 유지보수성 등을 높일 수 있음
• 각각의 모듈에 수정이 필요하면 다른 모듈의 수정 없이 해당 로직만 변경하면 됨
• 공통 로직을 적용할 대상을 선택할 수 있음

Spring의 AOP

• 스프링 프레임워크에서 제공하는 기능 중 하나로, 관점지향 프로그래밍을 지원하는 기술
• 로깅, 보안, 트랜잭션 관리 등과 같은 공통 관심 사항을 모듈화하여 중복을 줄이고 유지보수성을 향상하는데 도움을 줌

AOP 용어 정리

• Joinpoint
  • 추상적인 개념으로 Advice가 적용될 수 있는 위치로, AOP를 적용할 수 있는 모든 지점을 말함
    • ex) 객체 생성 시점, 메서드 실행 시점, 생성자 호출 시점, 필드 값 접근 시점 등등
  • 스프링 AOP는 프록시 방식을 사용하므로 조인 포인트는 항상 메서드 실행 지점으로 제한됨
• Pointcut
  • Joinpoint 중에서 실제 Advice가 적용될 위치를 선별하는 기능
  • 스프링 AOP는 프록시 기반이기 때문에 Joinpoint가 메서드 실행 시점 밖에 없고 Pointcut도 메서드 실행 시점만 가능
• Advice
  • 실질적인 부가 기능 로직을 정의하는 곳
    • Aspect를 언제 핵심 코드에 적용할지를 정의함
  • 공통 관심사와 횡단 관점에 해당함
  • Joinpoint에 삽입되어 실행되어야 하는 코드, 메서드
• Aspect
  • Advice + Pointcut을 모듈화 한 것
    • 실제로 동작 코드를 의미하는 Advice와 작성한 Advice가 실제로 적용되는 메소드인 Pointcut을 합친 개념
  • 부가기능(로깅, 보안, 트랜잭션 등)을 나타내는 공통 관심사에 대한 추상적인 명칭
• Advisor
  • 스프링 AOP에서만 사용되는 용어로 하나의 Advice와 하나의 Pointcut 한 쌍으로 구성
• Target
  • Advice를 삽입할 대상이 되는 객체
    • 비즈니스 로직을 수행하는 클래스가 될 수도 있고, 프록시 객체가 될 수도 있음
  • Pointcut으로 결정
• Weaving
  • AOP에서 Joinpoint들을 Advice로 감싸는 과정
  • 작성한 Advice(공통 코드)를 핵심 로직 코드에 삽입하는 것으로 적용 시점에 따라 3가지로 나뉨
    • 컴파일 시 위빙, 클래스 로딩 시 위빙, 런타임 시 위빙
• AOP 프록시
  • AOP 기능을 구현하기 위해 만든 프록시 객체
  • 스프링에서 AOP 프록시는 JDK 동적 프록시와 CGLIB 프록시가 있고, CGLIB 프록시가 기본값

Advice

스프링에서는 Advice에 관련된 5가지 애노테이션을 제공하고, 포인트컷에 지정된 대상 메서드에서 Advice가 실행되는 시점을 정할 수 있음

• Before Advice(@Before)
  • 대상 객체의 메소드 호출 전에 공통 기능을 실행함
• Around Advice(@Around)
  • 대상 객체의 메소드 실행 전, 후 또는 익셉션 발생 시점에 공통 기능을 실행하는데 사용됨
  • 다양한 시점에 원하는 기능을 삽입할 수 있기 때문에 Advice 중 가장 널리 사용됨
• After Advice(@After)
  • 익셉션 발생 여부에 상관없이 대상 객체의 메소드 실행 후 공통 기능을 실행함
  • try/catch/finally의 finally 블록과 비슷함
• After Returning Advice(@AfterRunning)
  • 대상 객체의 메소드가 익셉션 없이 정상적으로 실행된 이후에 공통 기능을 실행함
• After Throwing Advice(@AfterThrowning)
  • 대상 객체의 메소드를 실행하는 도중 익셉션이 발생한 경우에 공통 기능을 실행함

AOP 적용 방식

Aspect와와 실제 코드를 연결하는 과정(weaving)

1. 컴파일 시점

• AspectJ 컴파일러가 일반 .java 파일을 컴파일 할 때 .class 파일을 만드는 시점에 부가 기능을 넣어서 컴파일하는 방식
  • AspectJ 컴파일러가 Aspect를 확인해서 해당 클래스가 적용 대상인지 먼저 확인하고, 적용 대상인 경우에 부가 기능 로직을 적용함
  • 부가 기능 코드가 핵심 기능이 있는 컴파일된 코드 주변에 실제로 추가된다고 생각하면 됨
• 모든 지점에 적용 가능
• 하지만 AspectJ가 제공하는 특별한 컴파일러를 사용해야 하고, 복잡하다는 단점이 존재함

2. 클래스 로딩 시점

• JVM 내부의 클래스로더에 .class 파일을 올리는 시점에 바이트 코드를 조작해서 부가 기능 로직을 추가하는 방식
  • 자바의 경우 .class 파일을 JVM 내부의 클래스 로더에 보관하고, 이때 중간에서 .class 파일을 조작한 후에 JVM에 올릴 수 있음
• 모든 지점에 적용 가능
• 특별한 옵션을 통해 클래스 로더 조작기를 지정해야 하므로 운영하기 어려운 단점 존재

3. 런타임 시점(프록시 사용)

스프링이 사용하는 방식

• 컴파일이 끝나고 클래스 로더에 이미 다 올라가 자바가 실행된 다음에 동작하는 런타임 방식
  • 이미 main 메서드가 실행 중이기 때문에 코드를 조작하기 어려워 스프링, 컨테이너, DI, 빈 등 여러 개념과 기능을 총동원하여 프록시를 통해 부가 기능을 적용하는 방식
  • 프록시는 메서드 실행 시점에서만 다음 타겟을 호출할 수 있기 때문에, 런타임 시점에 부가 기능을 적용하는 방식은 메서드의 실행 지점으로 제한됨
• 스프링 빈에만 AOP를 적용할 수 있음
• 특별한 컴파일러나, 복잡한 옵션, 클래스 로더 조작기를 사용하지 않아도 스프링만 있으면 AOP를 적용할 수 있기 때문에 스프링 AOP는 런타임 방식을 사용함

Spring AOP와 Proxy

스프링은 원본 객체에 대한 코드 수정 없이, 런타임 시점에서 프록시 객체를 통해 부가적인 처리를 추가하기 위해 프록시 객체를 이용하여 AOP를 구현함

기존 프록시의 문제점

Proxy Pattern 참고

• 기존 프록시의 경우 부가적인 기능을 추가할 때마다 프록시를 새롭게 만들어야 한다는 단점이 존재했음
  • 실제 객체가 인터페이스를 구현한다면 프록시 또한 사용하지도 않는 모든 메서드를 @Override 해야 함
  • 프록시가 중첩되면 코드가 복잡해지고, 같은 코드의 중복이 발생함
• 이를 해결하기 위해 나온 것이 리플렉션을 사용해서 런타임에 만드는 동적 프록시인 Dynamic proxy임
  • 기존 객체를 상속받아 하나하나 프록시 객체를 직접 만드는 것이 아니라, 런타임 시점에 클래스 정보를 이용하여 어노테이션, 메서드에 따라 동적으로 다른 메서드 동작을 실행하도록 프록시를 만들 수 있음

Dynamic Proxy

• 런타임에 특정 인터페이스들을 구현하는 클래스 또는 인스턴스를 만드는 기술
  • 리플렉션을 사용해 직접 구현할 수 있음
  • 또한, 자바에서 제공하는 리플렉션 API를 통해 편하게 다이나믹 프록시를 생성할 수 있음
• 다이나믹 프록시를 사용한다는 것은 런타임에 인터페이스 프록시 인스턴스 또는 클래스의 프록시 인스턴스 또는 리플렉션을 이용한 클래스 자체를 만들어 사용하는 프로그래밍 기법을 사용한다는 의미함
  • 이렇게 원하는 타겟 객체에 프록시를 적용시켜, 동적으로 프록시된 객체를 삽입하는 기술을 Runtime Weaving이라고 함

JDK Dynamic Proxy

• 자바에서 제공하는 API(java.lang.reflect.Proxy)를 사용하며 인터페이스 기반으로 Proxy를 생성함
  • 실제 객체와 같은 인터페이스를 사용하는 Proxy 객체를 생성함
  • 프록시 객체에서 해당 객체의 리플렉션 Class를 조작하고 조작된 Class를 이용해서 런타임에 프록시 객체 인스턴스를 만듦
  • 개발자는 리플렉션 Class를 쉽게 조작하기 위해서 Java API에 있는 InvocationHandler 객체의 invoke() 메서드만 오버라이딩하여 실제 객체의 정보를 받아오고 조작하면 됨
• 이렇게 프록시 객체를 만들면, 특정 메서드나 어노테이션 값에 따라 동적으로 동작이 달라지는 프록시를 만들 수 있고, 이것이 다이나믹 프록시임
• 하지만 자바 API에서 제공하는 다이나믹 프록시의 경우, 인터페이스만 생성할 수 있음
  • 클래스 프록시가 필요하다면 직접 리플렉션으로 구현하거나 리플렉션 라이브러리들을 사용하면 됨

CGLIB Proxy

• CGlib는 바이트코드를 조작하여 프록시 객체를 생성해주는 코드 생성(Code gen) 라이브러리로, 런타임에 동적으로 자바 클래스의 프록시 생성 기능을 제공함
  • MethodInterceptor 객체를 사용하여 특정 메서드만 프록시화 하고, 나머지는 프록시를 거치지 않고 실제 객체 메서드를 호출하도록 만들 수 있음
• CGlib은 바이트 코드로 조작하여 Proxy를 생성해주기 때문에 성능에 대한 부분이 JDK Dynamic Proxy보다 좋음
• 스프링, 하이버네이트에서 사용함

Spring Aop와 Proxy

Spring AOP의 원리 - CGlib vs Dynamic Proxy 참고

• JDK Dynamic Proxy에서 InvocationHandler, CGlib에서 MethodInterceptor는 Spring AOP에서 JoinPoint라는 개념과 일치함
• 특정 조건에 의해 필터링 하는 MethodMatcher는 Spring AOP에서 PointCut라는 개념과 일치함
• Proxy 로직이 실행되는 JDK Dynamic Proxy에 invoke 메서드, CGlib에서 Intercept 메서드는 Spring AOP에서 Advice라는 개념과 일치함
• 결국 실제 현업에서는 Aspect와 Advice, PointCut 정도만 설정해서 사용하면 됨

AOP 프레임워크(Spring AOP vs AspectJ)

Spring AOP

• 개발자가 마주한 공통적인 문제를 해결하고자 Spring IoC를 통한 간단한 AOP 구현이 목적
  • 즉, 완전한 AOP를 의도한 것이 아니며 스프링 컨테이너에 의해 관리되는 Bean에만 적용 가능함
• Proxy를 기반으로 한 Runtime Weaving 방식
• JDK Dynamic Proxy와 CGlib Proxy를 통해 프록시화함
• 런타임 시점에 동적으로 변할 수 있는 프록시 객체를 이용하기에 앱 성능에 영향을 끼칠 수 있음

AspectJ

• 자바에서 완전한 AOP 솔루션 제공을 목표로하는 기술로, Spring AOP보다 강력하지만 복잡함
• 런타임 시점에는 영향끼치지 않음
  • 즉, 컴파일이 완료된 이후에는 앱 성능에 영향이 없음
• 내부 구조가 굉장히 복잡함

Ref

• [Java] Spring Boot AOP(Aspect-Oriented Programming) 이해하고 설정하기
• AOP(Aspect Oriented Programming)
• [Spring] AOP는 어떻게 적용되는걸까?
• 바이트코드 조작(리플렉션, 다이나믹 프록시, 애노테이션 프로세서)
• JDK Dynamic Proxy와 CGLIB의 차이점은 무엇일까?