【Java】ServiceLoader源码分析

ServiceLoader主要的功能是用来完成对SPI的provider的加载。

先看下它的成员：

public final class ServiceLoader<S>
    implements Iterable<S> {

    private static final String PREFIX = "META-INF/services/";

    // The class or interface representing the service being loaded
    private final Class<S> service;

    // The class loader used to locate, load, and instantiate providers
    private final ClassLoader loader;

    // The access control context taken when the ServiceLoader is created
    private final AccessControlContext acc;

    // Cached providers, in instantiation order
    private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();

    // The current lazy-lookup iterator
    private LazyIterator lookupIterator;
    
    ......
        
}

可以看到他首先是实现了Iterable接口，可以迭代。
PREFIX：指明了路径是在"META-INF/services/"下。
service：表示正在加载的服务的类或接口。
loader：使用的类加载器。
acc：创建ServiceLoader时获取的访问控制上下文。
providers ：缓存的服务提供集合。
lookupIterator：是其内部使用的迭代器，用于类的懒加载，只有在迭代时加载。

其构造方法是一个private方法，不对外提供，在使用时我们需要调用其静态的load方法，由其自身产生ServiceLoader对象：

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        return ServiceLoader.load(service, cl);
}

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,
                                            ClassLoader loader) {
        return new ServiceLoader<>(service, loader);
}

可以看到对load方法进行了重载，其中参数service是要加载的类；单参方法没有类加载器，使用的是当前线程的类加载器；最后调用的是双参的load方法；而双参的load方法也很简单，只是直接调用ServiceLoader的构造方法，实例化了一个对象。

private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
        service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
        loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
        acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
        reload();
}

可以看到其构造方法逻辑依旧很简单，首先是判断传入的svc（即传入的service）是否为空，若是为空直接报异常，否则给service 成员赋值：

public static <T> T requireNonNull(T obj, String message) {
        if (obj == null)
            throw new NullPointerException(message);
        return obj;
}

然后给进行cl的非空判断，给loader 成员赋值；接着给acc 成员赋值，其根据是否设置了安全管理器SecurityManager来赋值；最后调用reload方法。

public void reload() {
        providers.clear();
        lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}

可以看到reload方法是一个public方法，那么在每次调用reload时就需要将之前加载的清空掉，所以直接使用providers这个map的clear方法清空掉缓存；接着使用刚才赋值后的service和loader产生一个LazyIterator对象赋值给lookupIterator成员。

LazyIterator是ServiceLoader的内部类，其定义如下：

private class LazyIterator
        implements Iterator<S> {
    Class<S> service;
    ClassLoader loader;
    Enumeration<URL> configs = null;
    Iterator<String> pending = null;
    String nextName = null;
    
    private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {
        this.service = service;
        this.loader = loader;
    }
    ......
}

这里就可以看到ServiceLoader的实际加载过程就交给了LazyIterator来做，将ServiceLoader的service和loader成员分别赋值给了LazyIterator的service和loader成员。
configs是服务的URL枚举；
pending是保存要加载的服务的名称集合；
nextName是下一个要加载的服务名称；

ServiceLoader实现了Iterable接口，其实现的iterator方法如下：

public Iterator<S> iterator() {
    return new Iterator<S>() {
        Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders
            = providers.entrySet().iterator();
    
        public boolean hasNext() {
            if (knownProviders.hasNext())
                return true;
            return lookupIterator.hasNext();
        }
    
        public S next() {
            if (knownProviders.hasNext())
                return knownProviders.next().getValue();
            return lookupIterator.next();
        }
    
        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    
    };
}

可以看到它是直接创建了一个Iterator对象返回；其knownProviders成员直接获取providers的entrySet集合的迭代器；在hasNext和next方法中我们可以看到，它是先通过判断knownProviders里有没有（即providers），若没有再去lookupIterator中找；
前面我们可以看到providers里并没用put任何东西，那么就说明put操作也是在lookupIterator中完成的。

先看到lookupIterator的next方法：

public S next() {
   if (acc == null) {
        return nextService();
    } else {
        PrivilegedAction<S> action = new PrivilegedAction<S>() {
            public S run() { return nextService(); }
        };
        return AccessController.doPrivileged(action, acc);
    }
}

首先根据判断acc是否为空，若为空则说明没有设置安全策略直接调用nextService方法，否则以特权方式调用nextService方法。

private S nextService() {
    if (!hasNextService())
        throw new NoSuchElementException();
    String cn = nextName;
    nextName = null;
    Class<?> c = null;
    try {
        c = Class.forName(cn, false, loader);
    } catch (ClassNotFoundException x) {
        fail(service,
             "Provider " + cn + " not found");
    }
    if (!service.isAssignableFrom(c)) {
        fail(service,
             "Provider " + cn  + " not a subtype");
    }
    try {
        S p = service.cast(c.newInstance());
        providers.put(cn, p);
        return p;
    } catch (Throwable x) {
        fail(service,
             "Provider " + cn + " could not be instantiated",
             x);
    }
    throw new Error();          // This cannot happen
}

首先根据hasNextService方法判断，若为false直接抛出NoSuchElementException异常，否则继续执行。

hasNextService方法：

private boolean hasNextService() {
    if (nextName != null) {
        return true;
    }
    if (configs == null) {
        try {
            String fullName = PREFIX + service.getName();
            if (loader == null)
                configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
            else
                configs = loader.getResources(fullName);
        } catch (IOException x) {
            fail(service, "Error locating configuration files", x);
        }
    }
    while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
        if (!configs.hasMoreElements()) {
            return false;
        }
        pending = parse(service, configs.nextElement());
    }
    nextName = pending.next();
    return true;
}

hasNextService方法首先根据nextName成员是否为空判断，若不为空，则说明已经初始化过了，直接返回true，否则继续执行。接着configs成员是否为空，configs 是一个URL的枚举，若是configs 没有初始化，就需要对configs初始化。
configs初始化逻辑也很简单，首先根据PREFIX前缀加上PREFIX的全名得到完整路径，再根据loader的有无，获取URL的枚举。其中fail方法时ServiceLoader的静态方法，用于异常的处理，后面给出。
在configs初始化完成后，还需要完成pending的初始化或者添加。
可以看到只有当pending为null，或者没有元素时才进行循环。循环时若是configs里没有元素，则直接返回false；否则调用ServiceLoader的parse方法，通过service和URL给pending赋值；

parse方法：

private Iterator<String> parse(Class<?> service, URL u)
        throws ServiceConfigurationError {
    InputStream in = null;
    BufferedReader r = null;
    ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
    try {
        in = u.openStream();
        r = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8"));
        int lc = 1;
        while ((lc = parseLine(service, u, r, lc, names)) >= 0);
    } catch (IOException x) {
        fail(service, "Error reading configuration file", x);
    } finally {
        try {
            if (r != null) r.close();
            if (in != null) in.close();
        } catch (IOException y) {
            fail(service, "Error closing configuration file", y);
        }
    }
    return names.iterator();
}

可以看到parse方法直接通过URL打开输入流，通过parseLine一行一行地读取将结果保存在names数组里。

parseLine方法：

private int parseLine(Class<?> service, URL u, BufferedReader r, int lc,
                          List<String> names)
        throws IOException, ServiceConfigurationError {
    String ln = r.readLine();
    if (ln == null) {
        return -1;
    }
    int ci = ln.indexOf('#');
    if (ci >= 0) ln = ln.substring(0, ci);
    ln = ln.trim();
    int n = ln.length();
    if (n != 0) {
        if ((ln.indexOf(' ') >= 0) || (ln.indexOf('	') >= 0))
            fail(service, u, lc, "Illegal configuration-file syntax");
        int cp = ln.codePointAt(0);
        if (!Character.isJavaIdentifierStart(cp))
            fail(service, u, lc, "Illegal provider-class name: " + ln);
        for (int i = Character.charCount(cp); i < n; i += Character.charCount(cp)) {
            cp = ln.codePointAt(i);
            if (!Character.isJavaIdentifierPart(cp) && (cp != '.'))
                fail(service, u, lc, "Illegal provider-class name: " + ln);
        }
        if (!providers.containsKey(ln) && !names.contains(ln))
            names.add(ln);
    }
    return lc + 1;
}

parseLine方法就是读该URL对应地文件地一行，可以看到通过对“#”的位置判断，忽略注释，并且剔除空格，接着是一系列的参数合法检验，然后判断providers和names里是否都没包含这个服务名称，若都没包含names直接add，最后返回下一行的行标；

当parse将所有内容读取完毕，返回names.iterator()赋值给hasNextService中的pending。循环结束，获取pending中的第一个元素赋值给nextName，返回true，hasNextService方法结束。

在nextService方法往下执行时，先用cn保存nextName的值，再让nextName=null，为下一次的遍历做准备；接着通过类加载，加载名为cn的类，再通过该类实例化对象，并用providers缓存起来，最后返回该实例对象。

其中cast方法是判断对象是否合法：

public T cast(Object obj) {
    if (obj != null && !isInstance(obj))
        throw new ClassCastException(cannotCastMsg(obj));
    return (T) obj;
}

至此ServiceLoader的迭代器的next方法结束。其hasNext方法与其类似，就不详细分析了。

而其remove方法就更直接，直接抛出异常来避免可能出现的危险情况：

public void remove() {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

其中使用到的静态fail方法只是抛出异常：

private static void fail(Class<?> service, String msg, Throwable cause)
        throws ServiceConfigurationError {
    throw new ServiceConfigurationError(service.getName() + ": " + msg,
                                            cause);
}

private static void fail(Class<?> service, String msg)
        throws ServiceConfigurationError {
    throw new ServiceConfigurationError(service.getName() + ": " + msg);
}

private static void fail(Class<?> service, URL u, int line, String msg)
        throws ServiceConfigurationError {
    fail(service, u + ":" + line + ": " + msg);
}

ServiceLoader除了load的两个方法外还有个loadInstalled方法：

public static <S> ServiceLoader<S> loadInstalled(Class<S> service) {
    ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    ClassLoader prev = null;
    while (cl != null) {
        prev = cl;
        cl = cl.getParent();
    }
    return ServiceLoader.load(service, prev);
}

该方法与load方法不同在于loadInstalled使用的是扩展类加载器，而load使用的是传入进来的或者是线程的上下文类加载器，其他都一样。

ServiceLoader源码分析到此全部结束。