文章首發於Hollis公眾號
作者 陳彩華
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複製程式碼本文通過探析JDK提供的，在開源專案中比較常用的Java SPI機制，希望給大家在實際開發實踐、學習開源專案提供參考。
1 SPI是什麼
SPI全稱Service Provider Interface，是Java提供的一套用來被第三方實現或者擴充套件的API，它可以用來啟用框架擴充套件和替換元件。
整體機制圖如下：
Java SPI 實際上是“基於介面的程式設計＋策略模式＋配置檔案”組合實現的動態載入機制。
系統設計的各個抽象，往往有很多不同的實現方案，在面向的物件的設計裡，一般推薦模組之間基於介面程式設計，模組之間不對實現類進行硬編碼。一旦程式碼裡涉及具體的實現類，就違反了可拔插的原則，如果需要替換一種實現，就需要修改程式碼。為了實現在模組裝配的時候能不在程式裡動態指明，這就需要一種服務發現機制。 Java SPI就是提供這樣的一個機制：為某個介面尋找服務實現的機制。有點類似IOC的思想，就是將裝配的控制權移到程式之外，在模組化設計中這個機制尤其重要。所以SPI的核心思想就是解耦。
2 使用場景
概括地說，適用於：呼叫者根據實際使用需要，啟用、擴充套件、或者替換框架的實現策略
比較常見的例子：
- 資料庫驅動載入介面實現類的載入 JDBC載入不同型別資料庫的驅動
- 日誌門面介面實現類載入 SLF4J載入不同提供商的日誌實現類
- Spring Spring中大量使用了SPI,比如：對servlet3.0規範對ServletContainerInitializer的實現、自動型別轉換Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等
- Dubbo Dubbo中也大量使用SPI的方式實現框架的擴充套件, 不過它對Java提供的原生SPI做了封裝，允許使用者擴充套件實現Filter介面
3 使用介紹
要使用Java SPI，需要遵循如下約定：
- 1、當服務提供者提供了介面的一種具體實現後，在jar包的META-INF/services目錄下建立一個以“介面全限定名”為命名的檔案，內容為實現類的全限定名；
- 2、介面實現類所在的jar包放在主程式的classpath中；
- 3、主程式通過java.util.ServiceLoder動態裝載實現模組，它通過掃描META-INF/services目錄下的配置檔案找到實現類的全限定名，把類載入到JVM；
- 4、SPI的實現類必須攜帶一個不帶引數的構造方法；
示例程式碼
步驟1、定義一組介面 (假設是org.foo.demo.IShout)，並寫出介面的一個或多個實現，(假設是org.foo.demo.animal.Dog、org.foo.demo.animal.Cat)。
public interface IShout {
void shout();
}
public class Cat implements IShout {
@Override
public void shout() {
System.out.println("miao miao");
}
}
public class Dog implements IShout {
@Override
public void shout() {
System.out.println("wang wang");
}
}
複製程式碼步驟2、在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目錄， 新增一個以介面命名的檔案 (org.foo.demo.IShout檔案)，內容是要應用的實現類（這裡是org.foo.demo.animal.Dog和org.foo.demo.animal.Cat，每行一個類）。
檔案位置
- src
-main
-resources
- META-INF
- services
- org.foo.demo.IShout
複製程式碼檔案內容
org.foo.demo.animal.Dog
org.foo.demo.animal.Cat
複製程式碼步驟3、使用 ServiceLoader 來載入配置檔案中指定的實現。
public class SPIMain {
public static void main(String[] args) {
ServiceLoader<IShout> shouts = ServiceLoader.load(IShout.class);
for (IShout s : shouts) {
s.shout();
}
}
}
複製程式碼程式碼輸出：
wang wang
miao miao
複製程式碼4 原理解析
首先看ServiceLoader類的簽名類的成員變數：
public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>{
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
// 代表被載入的類或者介面
private final Class<S> service;
// 用於定位，載入和例項化providers的類載入器
private final ClassLoader loader;
// 建立ServiceLoader時採用的訪問控制上下文
private final AccessControlContext acc;
// 快取providers，按例項化的順序排列
private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
// 懶查詢迭代器
private LazyIterator lookupIterator;
......
}
複製程式碼參考具體ServiceLoader具體原始碼，程式碼量不多，加上註釋一共587行，梳理了一下，實現的流程如下：
-
1 應用程式呼叫ServiceLoader.load方法 ServiceLoader.load方法內先建立一個新的ServiceLoader，並例項化該類中的成員變數，包括：
- loader(ClassLoader型別，類載入器)
- acc(AccessControlContext型別，訪問控制器)
- providers(LinkedHashMap<String,S>型別，用於快取載入成功的類)
- lookupIterator(實現迭代器功能)
-
2 應用程式通過迭代器介面獲取物件例項 ServiceLoader先判斷成員變數providers物件中(LinkedHashMap<String,S>型別)是否有快取例項物件，如果有快取，直接返回。 如果沒有快取，執行類的裝載，實現如下：
-
(1) 讀取META-INF/services/下的配置檔案，獲得所有能被例項化的類的名稱，值得注意的是，ServiceLoader可以跨越jar包獲取META-INF下的配置檔案，具體載入配置的實現程式碼如下：
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);
}
複製程式碼- (2) 通過反射方法Class.forName()載入類物件，並用instance()方法將類例項化。
- (3) 把例項化後的類快取到providers物件中，(LinkedHashMap<String,S>型別） 然後返回例項物件。
5 總結
優點： 使用Java SPI機制的優勢是實現解耦，使得第三方服務模組的裝配控制的邏輯與呼叫者的業務程式碼分離，而不是耦合在一起。應用程式可以根據實際業務情況啟用框架擴充套件或替換框架元件。
缺點：
- 雖然ServiceLoader也算是使用的延遲載入，但是基本只能通過遍歷全部獲取，也就是介面的實現類全部載入並例項化一遍。如果你並不想用某些實現類，它也被載入並例項化了，這就造成了浪費。獲取某個實現類的方式不夠靈活，只能通過Iterator形式獲取，不能根據某個引數來獲取對應的實現類。
- 多個併發多執行緒使用ServiceLoader類的例項是不安全的。
(本文同時發表於作者個人部落格 www.jianshu.com/u/ced6b70c7…)
參考
Service Provider Interface: Creating Extensible Java Applications