高级开发必须理解的Java中SPI机制

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了高级开发必须理解的Java中SPI机制，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含5051字，纯文字阅读大概需要8分钟。

内容图文

• • 本文通过探析JDK提供的，在开源项目中比较常用的Java SPI机制，希望给大家在实际开发实践、学习开源项目提供参考。

    1 SPI是什么

    SPI全称Service Provider Interface，是Java提供的一套用来被第三方实现或者扩展的API，它可以用来启用框架扩展和替换组件。

    整体机制图如下：

    

    Java SPI 实际上是“基于接口的编程＋策略模式＋配置文件”组合实现的动态加载机制。

    系统设计的各个抽象，往往有很多不同的实现方案，在面向的对象的设计里，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硬编码。一旦代码里涉及具体的实现类，就违反了可拔插的原则，如果需要替换一种实现，就需要修改代码。为了实现在模块装配的时候能不在程序里动态指明，这就需要一种服务发现机制。
    Java SPI就是提供这样的一个机制：为某个接口寻找服务实现的机制。有点类似IOC的思想，就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。所以SPI的核心思想就是解耦。

    2 使用场景

    概括地说，适用于：调用者根据实际使用需要，启用、扩展、或者替换框架的实现策略

    比较常见的例子：

    • 数据库驱动加载接口实现类的加载
      JDBC加载不同类型数据库的驱动
    • 日志门面接口实现类加载
      SLF4J加载不同提供商的日志实现类
    • Spring
      Spring中大量使用了SPI,比如：对servlet3.0规范对ServletContainerInitializer的实现、自动类型转换Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等
    • Dubbo
      Dubbo中也大量使用SPI的方式实现框架的扩展, 不过它对Java提供的原生SPI做了封装，允许用户扩展实现Filter接口

    3 使用介绍

    要使用Java SPI，需要遵循如下约定：

    • 1、当服务提供者提供了接口的一种具体实现后，在jar包的META-INF/services目录下创建一个以“接口全限定名”为命名的文件，内容为实现类的全限定名；
    • 2、接口实现类所在的jar包放在主程序的classpath中；
    • 3、主程序通过java.util.ServiceLoder动态装载实现模块，它通过扫描META-INF/services目录下的配置文件找到实现类的全限定名，把类加载到JVM；
    • 4、SPI的实现类必须携带一个不带参数的构造方法；

    示例代码

    步骤1、定义一组接口 (假设是org.foo.demo.IShout)，并写出接口的一个或多个实现，(假设是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");
        }
    }
    

    步骤2、在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目录， 新增一个以接口命名的文件 (org.foo.demo.IShout文件)，内容是要应用的实现类（这里是org.foo.demo.animal.Dog和org.foo.demo.animal.Cat，每行一个类）。

    文件位置

    - src
        -main
            -resources
                - META-INF
                    - services
                        - org.foo.demo.IShout
    

    文件内容

    org.foo.demo.animal.Dog
    org.foo.demo.animal.Cat
    

    步骤3、使用 ServiceLoader 来加载配置文件中指定的实现。

    public class SPIMain {
        public static void main(String[] args) {
            ServiceLoader<IShout> shouts = ServiceLoader.load(IShout.class);
            for (IShout s : shouts) {
                s.shout();
            }
        }
    }
    

    代码输出：

    wang wang
    miao miao
    

    4 原理解析

    首先看ServiceLoader类的签名类的成员变量：

    public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>{
    private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
    
        // 代表被加载的类或者接口
        private final Class<S> service;
    
        // 用于定位，加载和实例化providers的类加载器
        private final ClassLoader loader;
    
        // 创建ServiceLoader时采用的访问控制上下文
        private final AccessControlContext acc;
    
        // 缓存providers，按实例化的顺序排列
        private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
    
        // 懒查找迭代器
        private LazyIterator lookupIterator;
      
        ......
    }
    

    参考具体ServiceLoader具体源码，代码量不多，加上注释一共587行，梳理了一下，实现的流程如下：

    • 1 应用程序调用ServiceLoader.load方法
      ServiceLoader.load方法内先创建一个新的ServiceLoader，并实例化该类中的成员变量，包括：
      • loader(ClassLoader类型，类加载器)
      • acc(AccessControlContext类型，访问控制器)
      • providers(LinkedHashMap<String,S>类型，用于缓存加载成功的类)
      • lookupIterator(实现迭代器功能)
    • 2 应用程序通过迭代器接口获取对象实例
      ServiceLoader先判断成员变量providers对象中(LinkedHashMap<String,S>类型)是否有缓存实例对象，如果有缓存，直接返回。
      如果没有缓存，执行类的装载，实现如下：
    • (1) 读取META-INF/services/下的配置文件，获得所有能被实例化的类的名称，值得注意的是，ServiceLoader可以跨越jar包获取META-INF下的配置文件，具体加载配置的实现代码如下：

            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);
            }
    

    • (2) 通过反射方法Class.forName()加载类对象，并用instance()方法将类实例化。
    • (3) 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。

    5 总结

    优点：
    使用Java SPI机制的优势是实现解耦，使得第三方服务模块的装配控制的逻辑与调用者的业务代码分离，而不是耦合在一起。应用程序可以根据实际业务情况启用框架扩展或替换框架组件。

    缺点：

    • 虽然ServiceLoader也算是使用的延迟加载，但是基本只能通过遍历全部获取，也就是接口的实现类全部加载并实例化一遍。如果你并不想用某些实现类，它也被加载并实例化了，这就造成了浪费。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。
    • 多个并发多线程使用ServiceLoader类的实例是不安全的。

来源：https://my.oschina.net/1Gk2fdm43/blog/4336812
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内容总结

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