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Dependency Injection und aspektorientierte Programmierung mit Google Guice (Teil 2)

Freitag, 25. September 2009

Nachem ich im ersten Teil eine kurze Einführung in die Verwendung von Dependency Injection mit Guice gegeben habe, möchte ich im Folgenden zeigen, wie man aspektorientierte Programmierung (AOP) mit Guice einsetzen kann. Auch hier genügt die Kenntnis einiger weniger Klassen und Interfaces um zum Ziel zu gelangen.

Einführung in AOP mit Guice

Grundidee von AOP ist, bestimmte übergreifende Aspekte einer Anwendung (sogenannte Cross-Cutting Concerns) aus den einzelnen Methoden auszugliedern, um so den Code lesbarer zu machen und Wiederholungen zu vermeiden. Beispiele für solche Cross-Cutting Concerns sind zum Beispiel das Logging von Methodenaufrufen oder die Prüfung von erforderlichen Berechtigungen. Diese Aspekte sind zwar notwendig, tragen aber nicht zum Erfüllen der eigentlichen Aufgabe der jeweiligen Methode bei und sollten im Sinne von Separation of Concerns nicht vom eigentlichen Geschehen in der Methode ablenken und daher ausgegliedert werden.

In Google Guice kann die Ausgliederung solcher Belange durch Method Interception umgesetzt werden. Das Prinzip ist folgendes: Methodenaufrufe werden zur Laufzeit abgefangen, untersucht und gegebenenfalls wird ihnen der Code des passenden Aspekts vor- bzw. nachgeschaltet. Was zunächst vielleicht kompliziert klingt, läßt sich mit Guice sehr einfach umsetzen:

  • Um festzustellen, ob einem Methodenaufruf ein bestimmter Aspekt vorangestellt bzw. angehängt wird, gibt es in Guice sogenannte Matcher. Das Interface Matcher sieht eine Methode matches vor, die als Parameter ein Objekt vom Typ T erhält und für dieses entscheidet, ob es von diesem Matcher akzeptiert wird oder nicht. Matcher erzeugt man am einfachsten über die Factory-Klasse Matchers.
  • Für die Logik des auszugliedernden Aspekts implementiert man das Interface MethodInterceptor. In dessen invoke-Methode kann man dann festlegen, was vor bzw. nach dem Aufruf der Methode geschehen soll.
  • Die im ersten Teil vorgestellte Klasse AbstractModule bietet dann die Möglichkeit, den Interceptor einzubinden. Hierfür verwendet man die Methode bindInterceptor. Diese erhält zwei Matcher und eine beliebige Anzahl von einzubindenden Method Interceptors. Der erste Matcher legt fest, welche Klassen betroffen sind, der zweite Matcher legt die betroffenen Methoden fest.

Beispiel

Das ganze soll nun anhand des Loggings von Methodenaufrufen und Rückgabewerten veranschaulicht werden. Für einfachere Fehlersuche werden Methoden häufig wie folgt “verziert”:

public Integer eineMethode (final Integer arg1, final Integer arg2) {
  if (LOGGER.isDebugEnabled() {
    LOGGER.debug("Aufruf von eineMethode mit Parametern " + arg1 + " " + arg2);
  }
 
  // (...) hier steht der eigentlich relevante Code der Methode
 
  if (LOGGER.isDebugEnabled() {
    LOGGER.debug("Methode eineMethode beendet. Ergebnis: " + returnValue );
  }
}

Dieser Code für das Logging wiederholt sich häufig und bläht die Methoden unnötig auf. Um diese Wiederholungen zu vermeiden und den Code übersichtlicher zu gestalten soll dieses Logging nun ausgegliedert werden.

  • Wir schreiben zunächst eine Klasse MethodCallLogger, die MethodInterceptor implementiert:
    package util.logging;
     
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.util.Arrays;
     
    import org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor;
    import org.aopalliance.intercept.MethodInvocation;
     
    public class MethodCallLogger implements MethodInterceptor {
     
      @Override
      public Object invoke(final MethodInvocation call) throws Throwable {
        // vor dem Aufruf: Parameter loggen
        Method method = call.getMethod();
        Object[] args = call.getArguments();
        StringBuilder loggingMessageBuilder = new StringBuilder();
        loggingMessageBuilder.append("Aufruf von ");
        loggingMessageBuilder.append(method.getName());
        loggingMessageBuilder.append(" mit Parametern ");
        loggingMessageBuilder.append(Arrays.deepToString(args));
        System.out.println(loggingMessageBuilder.toString());
        // eigentlichen Aufruf durchführen
        Object result = call.proceed();
        // nach dem Aufruf: Ergebnis loggen
        loggingMessageBuilder = new StringBuilder();
        loggingMessageBuilder.append(method.getName());
        loggingMessageBuilder.append(" beendet. Ergebnis ");
        loggingMessageBuilder.append( result.toString());
        System.out.println(loggingMessageBuilder.toString());
        return result;
      }
    }
  • In unserem Modul legen wir nun fest, an welche Klassen und Methoden wir den Interceptor binden. Wir machen es uns einfach und verwenden für beide Matcher Matchers.any():
    package aop;
     
    import util.logging.MethodCallLogger;
    import com.google.inject.AbstractModule;
    import com.google.inject.matcher.Matchers;
     
    public class AOPModule extends AbstractModule {
      @Override
      protected void configure() {
        bindInterceptor(Matchers.any(), Matchers.any(), new MethodCallLogger());
      }
    }

Das war alles: Die Methoden aller Klassen, die wir mit Hilfe unseres AOPModule instanzieren, werden nun automatisch von unserem MethodCallLogger umschlossen.

Man kann das Verfahren natürlich weiter verfeinern. Beispielsweise könnte man eine Annotation @MethodCallLogging schreiben, mit der man dann manuell festlegt, welche Methodenaufrufe geloggt werden sollen. Diese Annotation kann dann mit einem passenden Matcher abgefragt werden, den man mittels Matchers.annotatedWith() erhält.

Weitere Informationen findet man auf der Projektseite und in den JavaDocs.

Viel Spaß beim Ausprobieren!


Malte Wulf


Dependency Injection und aspektorientierte Programmierung mit Google Guice (Teil 1)

Montag, 07. September 2009

Bei den Stichworten aspektorientierte Programmierung (AOP) und Dependency Injection (DI) fällt dem informierten Entwickler natürlich sofort das Spring Framework ein. Weitaus weniger bekannt dürfte den meisten das Guice Framework von Google sein, welches diese Techniken ebenfalls zur Verfügung stellt und mittlerweile in Version 2.0 vorliegt. Während es in Googles eigenen Anwendungen intensiv genutzt wird, ist seine Verbreitung insgesamt noch eher gering.

Vergleich mit Spring

Aufgrund zahlreicher Unterschiede dürfte sich das Framework aber in einigen Fällen als interessante Alternative zu Spring erweisen. Zum Beispiel geschieht das Wiring der Typen mit ihren konkreten Implementierungen nicht wie in Spring über eine XML-Konfiguration, sondern wird direkt über Java-Code mit Annotationen realisiert. Dadurch läßt es sich auch ohne spezielle IDE-Plugins einfach im Java-Editor schreiben. Das ganze hat allerdings den nicht zu unterschätzenden Nachteil, dass eine Änderung am Wiring ein erneutes Compilieren erfordert und dass Guice auch fester im eigentlichen Code verankert wird als dies beim Spring Framework der Fall ist – dies macht sich vor allem dann bemerkbar, wenn man in einem laufenden Projekt von Guice auf ein anderes Framework wechseln möchte.
Ein weiterer wesentlicher Unterschied liegt im Umfang der Frameworks. Guice ist recht deutlich auf die Techniken AOP und DI reduziert, während Spring als “Schweizer Taschenmesser” unter den Frameworks betrachtet werden kann, das nahezu alle Entwicklerbedürfnisse abdeckt. Je nach Situation kann dies als Segen oder Last empfunden werden – der schnellere und wohl auch einfachere Einstieg ist meines Erachtens aber mit Guice möglich. Beim Thema “einfacher Einstieg” sollte allerdings nicht unerwähnt bleiben, dass es über Spring nicht zuletzt aufgrund der hohen Bekanntheit und Verbreitung zahlreiche Bücher, Artikel und Tutorials gibt, während man bei Guice deutlich weniger Quellen zur Auswahl hat.

Einführung in Dependency Injection mit Guice

Zunächst  möchte ich einen Überblick über die für Dependency Injection benötigten Bestandteile des Frameworks geben:

  • Mit der @Inject Annotation werden Members einer Klasse annotiert, in die von Guice – genau gesagt vom Injector – Werte injiziert werden sollen. Dies können beispielsweise Felder oder Konstruktoren sein. Bei Konstruktoren ist zu beachten, dass höchstens ein Konstruktor derart annotiert werden darf. Ist kein Konstruktor mit @Inject markiert, so verwendet Guice den Standardkonstruktor um Objekte der Klasse zu erzeugen.
  • Ein Injector wird verwendet, um Objekte zu erzeugen. Für die Erzeugung von Objekten bietet das Injector-Interface die Methode getInstance an, die als Argument die gewünschte Klasse erhält und dann ein passendes Objekt zurückliefert. Den Injector selbst erhält man über den Aufruf der createInjector-Methode der Klasse Guice. Diese erhält als Argument ein oder mehr Module-Objekte, in denen das Wiring definiert ist.
  • Die Module-Objekte enthalten das Wiring in Form sogenannter Bindings. Mit Bindings werden also Typen auf konkrete Implementierungen abgebildet. Am einfachsten läßt sich ein Module schreiben, indem man von der Klasse AbstractModule ableitet und deren configure-Methode überschreibt. In der configure-Methode wird z.B. mit der Zeile
    bind( KlasseA.class ).to ( KlasseB.class );

    festgelegt, dass durch Guice überall dort, wo der Injector ein Objekt vom Typ KlasseA benötigt, tatsächlich ein KlasseB-Objekt eingesetzt werden soll.

Beispiel

Angenommen wir haben ein Interface BeispielInterface und eine Klasse KomplexesObjekt, die dieses implementiert. Zum Testen wollen wir statt KomplexesObjekt aber lieber ein Objekt der Klasse MockObjekt verwenden, die ebenfalls das BeispielInterface implementiert. Mit Guice läßt sich dies wie folgt umsetzen:

  1. Die Konstruktoren von KomplexesObjekt und MockObjekt werden ggf. mit @Inject annotiert.
  2. Module für das Wiring im Produktiv- bzw. Testeinsatz werden geschrieben. Das Test-Module könnte z.B. so aussehen:
    import beispiel.BeispielInterface;
    import com.google.inject.AbstractModule;
     
    /**
     * Module für den Einsatz des MockObjekts
     */
    public class MockModule extends AbstractModule {
        @Override
        protected void configure() {
            bind(BeispielInterface.class).to(MockObjekt.class);
        }
    }
  3. Die Objekte werden durch den Injector erzeugt:
    BeispielInterface beispielObjekt;
    Injector testInjector = Guice.createInjector(new MockModule());
    beispielObjekt = testInjector.getInstance(BeispielInterface.class);

Mehr ist für dieses einfache Beispiel nicht zu tun. So unkompliziert kann Dependency Injection sein. Natürlich bietet auch Guice noch eine Fülle weiterer Möglichkeiten an. Weitere Informationen findet man hauptsächlich auf der Projektseite .

Im nächsten Teil werde ich dann einen kurzen Blick auf AOP mit Guice wagen.
Bis dahin wünsche ich viel Spaß beim Ausprobieren!


Malte Wulf


Spring Singleton

Donnerstag, 20. November 2008

Wer in Spring-Konfigurationen seiner Anwendung Beans als Singletons definiert, sollte sich darüber im Klaren sein, dass er mit diesem Bean-Scope keine Umsetzung des Singleton-Entwurfsmusters der Gang of Four erreicht.
Eine Spring Bean, die mit dem Singleton-Scope versehen wurde (default-Konfiguration), ist lediglich im Kontext einer IOC-Container-Instanz einzigartig. D.h. dass es durchaus mehrere Instanzen einer solchen Singleton Bean geben kann. Nämlich genau dann, wenn man sich mehrere IOC-Container-Instanzen in Form von ApplicationContext-Instanzen erzeugt. Jede dieser Instanzen verwaltet dann ihre eigenen Beans.
Ein Verständnis dieses Konzepts hilft dabei, schwierig aufzufindende Fehler zu vermeiden.
Möchte man zum Beispiel in seiner Anwendung an irgendeiner Stelle Zugriff auf eine Spring Bean haben und diesen nicht per Dependency Injection ermöglichen, so muss man sich den Zugriff mit Hilfe einer ApplicationContext-Instanz verschaffen. Erstellt man sich nun aber diese Instanz zum Beispiel mittels

new ClassPathXmlApplicationContext(path);

dann muss man beachten, dass damit eine neue IOC-Container-Instanz erzeugt wird, deren Singleton Beans nicht die sind, die von der Anwendung für die Dependency Injection verwendet werden. Denn hierfür wird eine IOC-Instanz benutzt, die beim Anwendungsstart generiert wird.
Definiert man nun zum Beispiel Beans, die eine Datenbankverbindung erzeugen, so führt die gerade beschriebene Art und Weise der Zugriffsverschaffung auf diese Beans dazu, dass mit jeder ApplicationContext-Instanz auch jeweils neue Verbindungen geöffnet werden, bis es irgendwann zu viele für den Datenbank Server sind.

Es ist ratsam, Spring Bean Instanzen nur per Dependency Injection zur Verfügung zu stellen. Falls dies nicht möglich ist, so sollte man sich bemühen, die in seiner Anwendung bereits automatisch erzeugte und benutzte ApplicationContext-Instanz zu verwenden. Dies ist bei Web-Anwendungen zum Beispiel möglich durch:

ContextLoader.getCurrentWebApplicationContext();

Christian Borkowski