Java编程技术之浅析SPI服务发现机制

SPI服务发现机制

SPI是Java JDK内部提供的一种服务发现机制。

• SPI->Service Provider Interface,服务提供接口，是Java JDK内置的一种服务发现机制

• 通过在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹查找文件，自动加载文件里所定义的类

[⚠️注意事项]：
面向对象的设计里，一般推荐模块之间基于接口编程，模块之间不对实现类进行编码。如果涉及实现类就会违反可插拔的原则，针对于模块装配，Java SPI提供了为某个接口寻找服务的实现机制。

SPI规范

• 使用约定：
  [1].编写服务提供接口，可以是抽象接口和函数接口，JDK1.8之后推荐使用函数接口

[2].在jar包的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件。其实就是实现该服务接口的具体实现类。

提供一个目录：
META-INF/services/
放到ClassPath下面

[3].当外部程序装配这个模块的时候，就能通过该Jar包META-INF/services/配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，完成模块注入。

目录下放置一个配置文件：
文件名是需要拓展的接口全限定名称
文件内部为要实现的接口实现类
文件必须为UTF-8编码

[4].寻找服务接口实现，不用在代码中提供，而是利用JDK提供服务查找工具类:java.util.ServiceLoader类来加载使用：

ServiceLoader.load(xxx.class)
ServiceLoader<XXXInterface> loads = ServiceLoader.load(xxx.class)

SPI源码分析

[1].ServiceLoader源码:

package java.util;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.net.URL;
import java.security.AccessController;
import java.security.AccessControlContext;
import java.security.PrivilegedAction;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.NoSuchElementException;

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>
{
    //[1].初始化定义全局配置文件路径Path
    private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
    //[2].初始化定义加载的服务类或接口
    private final Class<S> service;
    //[3].初始化定义类加载器
    private final ClassLoader loader;
    //[4].初始化定义访问控制上下文
    private final AccessControlContext acc;
    //[5].初始化定义加载服务类的缓存集合 
    private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
    //[6].初始化定义私有内部LazyIterator类，真正加载服务类的实现类
    private LazyIterator lookupIterator;
    
    //私有化有参构造-> ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl)
    private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {   //[1].实例化服务接口->Class<S>
    service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
    //[2].实例化类加载器->ClassLoader
    loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
    //[3].实例化访问控制上下文->AccessControlContext
    acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
    //[4].回调函数->reload
    reload();
    }
    
    public void reload() {
    //[1].清空缓存实例集合
    providers.clear();
    //[2].实例化私有内部LazyIterator类->LazyIterator
    lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
    }
    
    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,ClassLoader loader)
    {
     return new ServiceLoader<>(service, loader);
    }
    
    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
      ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
      return ServiceLoader.load(service, cl);
    } 
    
 }

2.LazyIterator源码:

  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;
    }

    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;
    }

    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
    }

    public boolean hasNext() {
      if (acc == null) {
        return hasNextService();
      } else {
        PrivilegedAction<Boolean> action =
            new PrivilegedAction<Boolean>() {
              public Boolean run() {
                return hasNextService();
              }
            };
        return AccessController.doPrivileged(action, acc);
      }
    }

    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);
      }
    }

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

使用举例

[1].Dubbo SPI 机制：

META-INF/dubbo.internal/xxx=接口全限定名

Dubbo 并未使用 Java SPI，而是重新实现了一套功能更强的 SPI 机制。
Dubbo SPI 的相关逻辑被封装在了 ExtensionLoader 类中，通过 ExtensionLoader，我们可以加载指定的实现类。Dubbo SPI 所需的配置文件需放置在 META-INF/dubbo 路径下。
与Java SPI 实现类配置不同，Dubbo SPI 是通过键值对的方式进行配置，这样我们可以按需加载指定的实现类。另外，在测试 Dubbo SPI 时，需要在 Robot 接口上标注 @SPI 注解。
[2].Cache SPI 机制:

  META-INF/service/javax.cache.spi.CachingProvider=xxx

[3]Spring SPI 机制:

META-INF/services/org.apache.commons.logging.LogFactory=xxx

[4].SpringBoot SPI机制:

META-INF/spring.factories/org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=xxx

在springboot的自动装配过程中，最终会加载META-INF/spring.factories文件，而加载的过程是由SpringFactoriesLoader加载的。从CLASSPATH下的每个Jar包中搜寻所有META-INF/spring.factories配置文件，然后将解析properties文件，找到指定名称的配置后返回
源码：

public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
// spring.factories文件的格式为：key=value1,value2,value3
// 从所有的jar包中找到META-INF/spring.factories文件
// 然后从文件中解析出key=factoryClass类名称的所有value值
public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
    String factoryClassName = factoryClass.getName();
    // 取得资源文件的URL
    Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ? classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) : ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
    List<String> result = new ArrayList<String>();
    // 遍历所有的URL
    while (urls.hasMoreElements()) {
        URL url = urls.nextElement();
        // 根据资源文件URL解析properties文件，得到对应的一组@Configuration类
        Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(new UrlResource(url));
        String factoryClassNames = properties.getProperty(factoryClassName);
        // 组装数据，并返回
        result.addAll(Arrays.asList(StringUtils.commaDelimitedListToStringArray(factoryClassNames)));
    }
    return result;
}

[5].自定义序列化实现SPI:META-INF/services/xxx=接口全限定名

参考学习Java SPI 和Dubbo SPI机制源码,自己动手实现序列化工具类等

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