Java SPI 机制及其实现

• 前言
• ServiceLoader
• JDBC 中的使用
• 更多的使用场景
• 实现原理
• SpringFactoriesLoader
• 结语

前言

第一次接触 SPI 是在看《Java 核心计算卷》中 JDBC 相关的章节的时候，当时看到说在高版本的 JDBC 中可以省略通过 Class.forName 加载驱动这一步， 因为高版本的 JDBC 可以通过 SPI 机制自动加载注册驱动。

当时看到的时候感觉很惊喜，终于不用写那又臭又长的 try-catch 了。

后来在阅读源码的过程中又发现 Spring 中也实现了类似于 Java SPI 机制的功能，研究了一下后发现 SPI 机制无论是在使用上还是在实现上，都是很简单的。

所以，我觉得，可以整一篇博客总结一下。

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上一次写博客还是 6 月 22 号，断更了 100 多天，感觉有点手生 @_@

ServiceLoader

SPI 的全称为 (Service Provider Interface)，是 JDK 内置的一种服务提供发现机制。主要由工具类 java.util.ServiceLoader 提供相应的支持。

其中的两个主要角色为：

• Service - 服务，通常为一个接口或一个抽象类，具体类虽然也可以，但是一般不建议那样做
• Service Provider - 服务提供者，服务的具体实现类

使用时，需要在 META-INF/services 下创建和服务的 全限定名 相同的文件，然后在该文件中写入 服务提供者 的全限定名，可以用 # 作为注释。比如说， 我们可以在文件 mysql-connector-java/META-INF/services/java.sql.Driver 中发现如下内容：

com.mysql.jdbc.Driver
com.mysql.fabric.jdbc.FabricMySQLDriver

然后，就可以通过 ServiceLoader 来获取这些服务提供者。由于 ServiceLoader 并没有提供直接获取服务提供者的方法，因此，只能通过迭代的方式获取：

ServiceLoader<Service> loader = ServiceLoader.load(Service.class);

for (Service service : loader) {
  // ...
}

可以看到，ServiceLoader 的使用还是很简单的，更多的和 ServiceLoader 相关的内容可以看一下官方文档：ServiceLoader (Java Platform SE 8 )

JDBC 中的使用

如果要找一个使用了 SPI 机制的例子的话，最直接的就是 JDBC 中通过 SPI 的方式加载驱动了，这里可以看一下 JDBC 的使用方式：

public class DriverManager {
  static {
    loadInitialDrivers();
  }

  private static void loadInitialDrivers() {
    AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
        public Void run() {

          ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
          Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();

          try{
            while(driversIterator.hasNext()) {
              driversIterator.next();
            }
          } catch(Throwable t) {
            // Do nothing
          }
          return null;
        }
      });
  }
}

通过上面的简化过后的代码可以发现，在加载 DriverManager 这个类的时候就会通过静态初始化代码块调用执行 loadInitialDrivers 方法，而这个方法会通过 ServiceLoader 加载所有的 Driver 提供者。

而在相应的 Driver 提供类中，比如类 com.mysql.jdbc.Driver 中就存在如下形式的代码：

static {
  try {
    java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
  } catch (SQLException E) {
    throw new RuntimeException("Can't register driver!");
  }
}

是不是很简单？加载 DriverManager 的时候通过 SPI 机制加载各个 Driver，然后各个 Driver 又在它们自己的静态初始化代码块中将自己注册到 DriverManager。

更多的使用场景

通过 JDBC 中 SPI 机制的使用可以发现，要使用 SPI 的话还是很简单的，那么，我们可以在什么地方使用 SPI 呢？

由于 SPI 机制的限制，单个 ServiceLoader 只能加载单个类型的 Service，同时还必须创建相应的文件放到 META-INF/services 目录下，因此，使用场景最好就是类似 JDBC 中这种， 可以通过单个对象来访问其他服务提供者的场景，即：可以使用 门面模式 的场景。

比如说，现在 Java 中存在不少常用的 JSON 库，比如 Gson、FastJSON、Jackson 等，这些库在使用时都可以通过简单的封装来满足大部分的需求，那么， 我们就可以考虑通过 SPI 机制来实现一个这些 JSON 库的门面，将 JSON 的处理下放到 Service Provider 来完成，而我们通过门面来使用这些服务。

这样一来，我们一方面可以提供自己的默认实现，也可以留出扩展的接口，也就不需要自己手动去加载那些实现了。

实现原理

SPI 不仅在使用上很简单，它的实现原理也很简单，关键就在 ClassLoader.getResources 这个方法上，SPI 加载服务的方式就是通过 ClassLoader.getResources 方法找到 META-INF/services 目录下的相应文件， 然后解析文件得到服务提供者的类名。

最后通过 Class.forName() -> clazz.newInstance() 得到实例返回。

非常简单且直白的实现方式，比较值得注意的就是 ClassLoader.getResources 方法的使用了，比如，你可以在一个 Spring 项目下执行如下代码：

public class Test {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Enumeration<URL> urls = Test.class.getClassLoader().getResources("META-INF/spring.factories");
    while (urls.hasMoreElements()) {
      System.out.println(urls.nextElement());
    }
  }
}

这个就是 Spring 中通过 SpringFactoriesLoader 来加载相关的类的起点。

SpringFactoriesLoader

SpringFactoriesLoader 是 Spring 中十分重要的一个扩展机制之一，它的使用方式和实现原理和 SPI 十分相似，只不过，提供了更加强大的功能。

和 SPI 不同，由于 SpringFactoriesLoader 中的配置文件格式是 properties 文件，因此，不需要要像 SPI 中那样为每个服务都创建一个文件， 而是选择直接把所有服务都扔到 META-INF/spring.factories 文件中。

比如，spring-boot-autoconfigure 中的部分内容：

# Initializers
org.springframework.context.ApplicationContextInitializer=
org.springframework.boot.autoconfigure.SharedMetadataReaderFactoryContextInitializer,
org.springframework.boot.autoconfigure.logging.ConditionEvaluationReportLoggingListener

# Application Listeners
org.springframework.context.ApplicationListener=
org.springframework.boot.autoconfigure.BackgroundPreinitializer

# Auto Configuration Import Listeners
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationImportListener=
org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionEvaluationReportAutoConfigurationImportListener

# Auto Configuration Import Filters
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationImportFilter=
org.springframework.boot.autoconfigure.condition.OnClassCondition

# ...

更多的使用可以参考：SpringFactoriesLoader (Spring Framework 5.2.0.RELEASE API)

结语

总的来说，无论是 ServiceLoader 还是 SpringFactoriesLoader，它们的基本原理都是一样的，都是通过 ClassLoader.getResources 方法找到相应的配置文件， 然后解析文件得到服务提供者的全限定名。

得益于 Java 强大的反射机制，拿到全限定名后基本上就可以为所欲为了 @_@

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简陋的 JSON 门面：DefaultJsonProviderFactory.java