Metalama简介2.利用Aspect在编译时进行消除重复代码

上文介绍到Aspect是Metalama的核心概念，它本质上是一个编译时的AOP切片。下面我们就来系统说明一下Metalama中的Aspect。
Metalama简介1. 不止是一个.NET跨平台的编译时AOP框架

本文讲些什么

1. 关于Metalama中Aspect的基础
2. 一些关于Aspect的示例，最终目的是通过本篇的介绍，将在编译时自动为类型添加INotifyPropertyChanged，实现如下效果:
   1. 自动添加接口
   2. 自动添加接口实现
   3. 改写属性的set和get

关于Aspect

在前面的文章中我们已经介绍了使用Metalama编写简单的AOP。但是例子过于简单，也只是在代码前后加了两个Console.WriteLine，并没有太大的实际参考意义。下面我就以几个实际例子，来体现Metalama在复用代码方面的好处。
对于Metalama中的Aspect分为以下两种API

1.Aspect基础API

• TypeAspect 对类型进行编译时代码插入,见示例3
• MethodAspect
• PropertyAspect
• ParameterAspect
• EventAspect
• FieldAspect
• FieldOrPropertyAspect
• ConstructorAspect

2.Override API（重写式API）

重写试API使用更方便、更直观,与上面基础API等价，但是更容易使用

• OverrideMethodAspect 对方法进行编译时代码插入，请见下面示例1
• OverrideFieldOrPropertyAspect 对字段或属性进行编译时代码插入，请见下面示例2
• OverrideEventAspect 对事件进行编译时插入代码

以 MethodAspect 和 OverrideMethodAspect 为例，以下代码等价。

基础API MethodAspect

    public class LogAttribute : MethodAspect    {        public override void BuildAspect(IAspectBuilder<IMethod> builder)        {           // 为方法添加重写           builder.Advices.OverrideMethod(builder.Target,nameof(this.MethodLog));        }        [Template]// 这个Template必须要加        public dynamic MethodLog()        {            Console.WriteLine(meta.Target.Method.ToDisplayString() + " 开始运行.");            var result = meta.Proceed();            Console.WriteLine(meta.Target.Method.ToDisplayString() + " 结束运行.");            return result;        }    }

Override API

    public class LogAttribute : OverrideMethodAspect    {        public override dynamic? OverrideMethod()        {            Console.WriteLine(meta.Target.Method.ToDisplayString() + " 开始运行.");            var result = meta.Proceed();            Console.WriteLine(meta.Target.Method.ToDisplayString() + " 结束运行.");            return result;        }    }

下面针对各种情况举一些试例。
根据每个例子的不同也分别介绍如何对方法、字段、属性进行重写。

关于meta类

通过上面的示例我们可以看到，无论是在基础API中还是Override API中，在定义AOP方法时，都使用到了meta。 meta是一个方便在Aspect中访问当前AOP上下文的工具类
常用的成员有：

成员	说明
meta.Proceed()	等同于执行AOP作用目标直接执行，例如方法Aspect中就是原方法直接执行，属性的get中就是获取值，属性的Set中就是赋值value
meta.Target	当前AOP的作用目标，如作用目标是个方法则通过 meta.Target.Method 调用，如果目标是个属性则通过 meta.Target.Propery 调用
meta.This	等同于使用在AOP作用目标中的this，例如可以用于获取AOP目标所在类的其它属性，方法
meta.ThisStatic	用于访问AOP作用目标中的静态类型

示例1对方法：实现一个重试N次的功能

在平时的代码中，有这种场景，例如，我调用一个方法或API，他有一定的概率失败，例如发生了网络异常，所以我们就要设定一个重试机制（以重试3次然后放弃为例）。
假设我们有一个方法，代码详见示例中的RetryDemo。

    static int _callCount;    // 此方法第一二次调用会失败，第三次会成功    static void MyMethod()    {        _callCount++;        Console.WriteLine($"当前是第{_callCount}次调用.");        if (_callCount <= 2)        {            Console.WriteLine("前两次直接抛异常:-(");            throw new TimeoutException();        }        else        {            Console.WriteLine("成功 :-)");        }    }

如果我们直接编写代码，可以使用类似以下逻辑处理。

        for (int i = 0; i < 3; i++)        {            try            {                MyMethod();                break;            }            catch (Exception ex)            {                // Console.WriteLine(ex);            }        }

这样的话，对于不同的方法我们就会出现大量的重试逻辑。
那么使用Metalama我们如何进行代码改造，去掉复用代码呢。
第一步，我们需要创建一个可以修改方法的AOP的Attribute,如下：

internal class RetryAttribute : OverrideMethodAspect{    // 重试次数    public int RetryCount { get; set; } = 3;    // 应用到方法的切面模板    public override dynamic? OverrideMethod()    {        for (var i = 0; ; i++)        {            try            {                return meta.Proceed(); // 这是实际调用方法的位置            }            catch (Exception e) when (i < this.RetryCount)            {                Console.WriteLine($"发生异常 {e.Message.GetType().Name}. 1秒后重试.");                Thread.Sleep(1000);            }        }    }}

这里可以看到定义这个Attribute时，使用了Metalama提供的基类OverrideMethodAspect此基类是用于为方法添加编译时切面代码的Attribute.
然后我们将这个Attribute加到方法定义上。

    static int _callCount;    [Retry(RetryCount = 5)]    static void MyMethod()    {        _callCount++;        Console.WriteLine($"当前是第{_callCount}次调用.");        if (_callCount <= 2)        {            Console.WriteLine("前两次直接抛异常:-(");            throw new TimeoutException();        }        else        {            Console.WriteLine("成功 :-)");        }    }

这样在编译时Metalama就会将代码编译为如下图所示。

而RetryAttribute编译后则会变为

也就是会将原有的OverrideMethod自动实现为throw new System.NotSupportedException("Compile-time-only code cannot be called at run-time.")。
最终调用结果为

当前是第1次调用.前两次直接抛异常:-(发生异常 String. 1秒后重试.当前是第2次调用.前两次直接抛异常:-(发生异常 String. 1秒后重试.当前是第3次调用.成功 :-)

源代码：https://github.com/chsword/metalama-demo/tree/main/src/RetryDemo

示例2对属性：INotifyPropertyChanged自动属性的实现

在很多处理逻辑中我们会用到INotifyPropertyChanged如我们要获取以下类的属性更改：

public class MyModel{    public int Id { get; set; }    public string Name { get; set; }}

我们可以这么做：

using System.ComponentModel;public class MyModel: INotifyPropertyChanged{    private int _id { get; set; }    public int Id {        get {            return _id;        }        set        {            if (this._id != value)            {                this._id = value;                this.PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs("Id"));            }        }    }    private string _name;    public string Name    {        get        {            return _name;        }        set        {            if (this._name != value)            {                this._name = value;                this.PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs("Name"));            }        }    }    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;}

但是这里，要将自动属性进行展开，并产生大量字段，对于这里的重复代码，我们可以用Metalama进行处理，我们最终要代码实现为如下：

public class MyModel: INotifyPropertyChanged{    [NotifyPropertyChanged]    public int Id { get; set; }    [NotifyPropertyChanged]    public string Name { get; set; }    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;}

当然我们也要实现NotifyPropertyChangedAttribute:

public class NotifyPropertyChangedAttribute : OverrideFieldOrPropertyAspect{    public override dynamic OverrideProperty    {        // 保留原本get的逻辑        get => meta.Proceed();        set        {            // 判断当前属性的Value与传入value是否相等            if (meta.Target.Property.Value != value)            {                // 原本set的逻辑                meta.Proceed();                // 这里的This等同于调用类的This                meta.This.PropertyChanged?.Invoke(meta.This, new PropertyChangedEventArgs(meta.Target.Property.Name));            }        }    }}

这样就可以实现上面相同的效果。

源代码：https://github.com/chsword/metalama-demo/tree/main/src/PropertyDemo

示例3对类型：进一步实现INotifyPropertyChanged自动属性

刚才对属性在编译时生成INotifyPropertyChanged实现的代码中，其实可以再进一步优化，INotifyPropertyChanged接口的实现也可以通过Metalama进一步省去，最终代码为：

[TypeNotifyPropertyChanged]public class MyModel{    public int Id { get; set; }    public string Name { get; set; }}

那么TypeNotifyPropertyChangedAttribute又应该怎么实现呢，Type Aspect并没有对应的Override实现，所以要使用TypeAspect。

internal class TypeNotifyPropertyChangedAttribute : TypeAspect{    public override void BuildAspect(IAspectBuilder<INamedType> builder)    {        // 当前类实现一个接口        builder.Advices.ImplementInterface(builder.Target, typeof(INotifyPropertyChanged));        // 获取所有符合要求的属性        var props = builder.Target.Properties.Where(p => !p.IsAbstract && p.Writeability == Writeability.All);        foreach (var property in props)        {            //用OverridePropertySetter重写属性或字段            //参数1 要重写的属性 参数2 新的get实现 参数3 新的set实现            builder.Advices.OverrideFieldOrPropertyAccessors(property, null, nameof(this.OverridePropertySetter));        }    }    // Interface 要实现什么成员    [InterfaceMember]    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;    // 也可以没有这个方法，直接调用 meta.This 这里只是展示另一种调用方式，更加直观    [Introduce(WhenExists = OverrideStrategy.Ignore)]    protected void OnPropertyChanged(string name)    {        this.PropertyChanged?.Invoke(meta.This, new PropertyChangedEventArgs(name));    }    // 重写set的模板    [Template]    private dynamic OverridePropertySetter(dynamic value)    {        if (value != meta.Target.Property.Value)        {            meta.Proceed();            this.OnPropertyChanged(meta.Target.Property.Name);        }        return value;    }}

这样就可以实现和以上相同效果的代码，以后再添加实现INotifyPropertyChanged的类，只要添加以上Attribute即可。

源代码：https://github.com/chsword/metalama-demo/tree/main/src/TypeDemo

减少代码入侵

上面的示例3中，其实对方法还是有一定入侵的，至少要标记一个Attribute，Metalama还提供了其它无入侵的方式来为类或方法添加Aspect，我们将在后面来介绍。

先上个代码

internal class Fabric : ProjectFabric{    public override void AmendProject(IProjectAmender amender)    {        // 添加 TypeNotifyPropertyChangedAttribute 到符合规则的类上        // 当前筛选以 Model 结尾的本项目中的类型添加 TypeNotifyPropertyChangedAttribute         amender.WithTargetMembers(c =>            c.Types.Where(t => t.Name.EndsWith("Model"))            ).AddAspect(t => new TypeNotifyPropertyChangedAttribute());    }}

调试

调试 Aspect 的 Attribute时，尚不能使用断点直接调试，但可以通过以下方法：
在编译配置中除Debug或Release外还有一个LamaDebug。选择使用LamaDebug即可直接对Metalama的项目进行调试。

1. 在编译时就会调用的内容中，如BuildAspect,使用 System.Diagnostics.Debugger.Break().
2. 在Template方法或Override中, 使用meta.DebugBreak。

如果是想以附加进程等方式添加断点调试，可以参考官方文档https://doc.metalama.net/aspects/debugging-aspects