深入理解 Java 中 SPI 机制
前言
SPI(Service Provider Interface),是JDK内置的一种服务提供发现机制,本文由浅入深地介绍了Java SPI机制。
一、简介
SPI(Service Provider Interface),是JDK内置的一种服务提供发现机制,可以用来启用框架扩展和替换组件,主要是被框架的开发人员使用,比如java.sql.Driver接口,其他不同厂商可以针对同一接口做出不同的实现,MySQL和PostgreSQL都有不同的实现提供给用户,而Java的SPI机制可以为某个接口寻找服务实现。Java中SPI机制主要思想是将装配的控制权移到程序之外,在模块化设计中这个机制尤其重要,其核心思想就是解耦。
SPI与API区别:
-
API是调用并用于实现目标的类、接口、方法等的描述;
-
SPI是扩展和实现以实现目标的类、接口、方法等的描述;
换句话说,API 为操作提供特定的类、方法,SPI 通过操作来符合特定的类、方法。
SPI整体机制图如下:
>当服务的提供者提供了一种接口的实现之后,需要在classpath下的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件,这个文件里的内容就是这个接口的具体的实现类。当其他的程序需要这个服务的时候,就可以通过查找这个jar包(一般都是以jar包做依赖)的META-INF/services/中的配置文件,配置文件中有接口的具体实现类名,可以根据这个类名进行加载实例化,就可以使用该服务了。JDK中查找服务的实现的工具类是:java.util.ServiceLoader。二、应用场景
SPI扩展机制应用场景有很多,比如Common-Logging,JDBC,Dubbo等等。
SPI流程:
-
有关组织和公式定义接口标准
-
第三方提供具体实现: 实现具体方法, 配置 META-INF/services/${interface_name} 文件
-
开发者使用
比如JDBC场景下:
-
首先在Java中定义了接口java.sql.Driver,并没有具体的实现,具体的实现都是由不同厂商提供。
-
在MySQL的jar包mysql-connector-java-6.0.6.jar中,可以找到META-INF/services目录,该目录下会有一个名字为java.sql.Driver的文件,文件内容是com.mysql.cj.jdbc.Driver,这里面的内容就是针对Java中定义的接口的实现。
-
同样在PostgreSQL的jar包PostgreSQL-42.0.0.jar中,也可以找到同样的配置文件,文件内容是org.postgresql.Driver,这是PostgreSQL对Java的java.sql.Driver的实现。
三、使用demo
1.定义一个接口HelloSPI。
package com.vivo.study.spidemo.spi;
public interface HelloSPI {
void sayHello();
}
2.完成接口的多个实现。
package com.vivo.study.spidemo.spi.impl;
import com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI;
public class ImageHello implements HelloSPI {
public void sayHello() {
System.out.println("Image Hello");
}
}
package com.vivo.study.spidemo.spi.impl;
import com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI;
public class TextHello implements HelloSPI {
public void sayHello() {
System.out.println("Text Hello");
}
}
com.vivo.study.spidemo.spi.impl.ImageHello
com.vivo.study.spidemo.spi.impl.TextHello
3.使用 ServiceLoader 来加载配置文件中指定的实现
package com.vivo.study.spidemo.test
import java.util.ServiceLoader;
import com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI;
public class SPIDemo {
public static void main(String[] args) {
ServiceLoader<HelloSPI> serviceLoader = ServiceLoader.load(HelloSPI.class);
// 执行不同厂商的业务实现,具体根据业务需求配置
for (HelloSPI helloSPI : serviceLoader) {
helloSPI.sayHello();
}
}
}
输出结果如下:
Image Hello
Text Hello
四、源码分析
// ServiceLoader实现了Iterable接口,可以遍历所有的服务实现者
public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>
{
// 查找配置文件的目录
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
// 表示要被加载的服务的类或接口
private final Class<S> service;
// 这个ClassLoader用来定位,加载,实例化服务提供者
private final ClassLoader loader;
// 访问控制上下文
private final AccessControlContext acc;
// 缓存已经被实例化的服务提供者,按照实例化的顺序存储
private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
// 迭代器
private LazyIterator lookupIterator;
}
// 服务提供者查找的迭代器
public Iterator<S> iterator() {
return new Iterator<S>() {
Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders
= providers.entrySet().iterator();
// hasNext方法
public boolean hasNext() {
if (knownProviders.hasNext())
return true;
return lookupIterator.hasNext();
}
// next方法
public S next() {
if (knownProviders.hasNext())
return knownProviders.next().getValue();
return lookupIterator.next();
}
};
}
// 服务提供者查找的迭代器
private class LazyIterator implements Iterator<S> {
// 服务提供者接口
Class<S> service;
// 类加载器
ClassLoader loader;
// 保存实现类的url
Enumeration<URL> configs = null;
// 保存实现类的全名
Iterator<String> pending = null;
// 迭代器中下一个实现类的全名
String nextName = null;
public boolean hasNext() {
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;
}
public S next() {
if (!hasNext()) {
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, x);
}
throw new Error(); // This cannot happen
}
}
首先,ServiceLoader实现了Iterable接口,所以它有迭代器的属性,这里主要都是实现了迭代器的hasNext和next方法。这里主要都是调用的lookupIterator的相应hasNext和next方法,lookupIterator是懒加载迭代器。其次,LazyIterator中的hasNext方法,静态变量PREFIX就是”META-INF/services/”目录,这也就是为什么需要在classpath下的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件。
最后,通过反射方法Class.forName()加载类对象,并用newInstance方法将类实例化,并把实例化后的类缓存到providers对象中,(LinkedHashMap<String,S>类型) 然后返回实例对象。
五、不足
1.不能按需加载,需要遍历所有的实现,并实例化,然后在循环中才能找到我们需要的实现。如果不想用某些实现类,或者某些类实例化很耗时,它也被载入并实例化了,这就造成了浪费。
2.获取某个实现类的方式不够灵活,只能通过 Iterator 形式获取,不能根据某个参数来获取对应的实现类。
3.多个并发多线程使用 ServiceLoader 类的实例是不安全的。
六、规避
针对以上的不足点,我们在SPI机制选择时,可以考虑使用dubbo实现的SPI机制。
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