深刻理解SPI机制

时间  2019-12-04
标签 深刻 理解 spi 机制 繁體版
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1、什么是SPI

SPI ，全称为 Service Provider Interface，是一种服务发现机制。它经过在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。java

这一机制为不少框架扩展提供了可能，好比在Dubbo、JDBC中都使用到了SPI机制。咱们先经过一个很简单的例子来看下它是怎么用的。mysql

一、小栗子

首先，咱们须要定义一个接口，SPIServicesql

package com.viewscenes.netsupervisor.spi;
public interface SPIService {
	void execute();
}
复制代码

而后，定义两个实现类，没别的意思，只输入一句话。数据库

package com.viewscenes.netsupervisor.spi;
public class SpiImpl1 implements SPIService{
	public void execute() {
		System.out.println("SpiImpl1.execute()");
	}
}
----------------------我是乖巧的分割线----------------------
package com.viewscenes.netsupervisor.spi;
public class SpiImpl2 implements SPIService{
	public void execute() {
		System.out.println("SpiImpl2.execute()");
	}
}
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最后呢，要在ClassPath路径下配置添加一个文件。文件名字是接口的全限定类名，内容是实现类的全限定类名，多个实现类用换行符分隔。 文件路径以下： bash

SPI配置文件位置
内容就是实现类的全限定类名： 

com.viewscenes.netsupervisor.spi.SpiImpl1
com.viewscenes.netsupervisor.spi.SpiImpl2
复制代码

二、测试

而后咱们就能够经过ServiceLoader.load或者Service.providers方法拿到实现类的实例。其中，Service.providers包位于sun.misc.Service，而ServiceLoader.load包位于java.util.ServiceLoader。框架

public class Test {
	public static void main(String[] args) {	
		Iterator<SPIService> providers = Service.providers(SPIService.class);
		ServiceLoader<SPIService> load = ServiceLoader.load(SPIService.class);

		while(providers.hasNext()) {
			SPIService ser = providers.next();
			ser.execute();
		}
		System.out.println("--------------------------------");
		Iterator<SPIService> iterator = load.iterator();
		while(iterator.hasNext()) {
			SPIService ser = iterator.next();
			ser.execute();
		}
	}
}
复制代码

两种方式的输出结果是一致的：ide

SpiImpl1.execute()
SpiImpl2.execute()
--------------------------------
SpiImpl1.execute()
SpiImpl2.execute()
复制代码

2、源码分析

咱们看到一个位于sun.misc包，一个位于java.util包，sun包下的源码看不到。咱们就以ServiceLoader.load为例，经过源码看看它里面到底怎么作的。源码分析

一、ServiceLoader

首先，咱们先来了解下ServiceLoader，看看它的类结构。测试

public final class ServiceLoader<S>	implements Iterable<S>
	//配置文件的路径
	private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
	//加载的服务类或接口
	private final Class<S> service;
	//已加载的服务类集合
	private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
	//类加载器
	private final ClassLoader loader;
	//内部类，真正加载服务类
	private LazyIterator lookupIterator;
}
复制代码

二、Load

load方法建立了一些属性，重要的是实例化了内部类，LazyIterator。最后返回ServiceLoader的实例。ui

public final class ServiceLoader<S>	implements Iterable<S>
	private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
		//要加载的接口
        service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
		//类加载器
        loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
		//访问控制器
        acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
		//先清空
		providers.clear();
		//实例化内部类 
 		LazyIterator lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
    }
}
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三、查找实现类

查找实现类和建立实现类的过程，都在LazyIterator完成。当咱们调用iterator.hasNext和iterator.next方法的时候，实际上调用的都是LazyIterator的相应方法。

public Iterator<S> iterator() {
	return new Iterator<S>() {
		public boolean hasNext() {
			return lookupIterator.hasNext();
		}
		public S next() {
			return lookupIterator.next();
		}
		.......
	};
}
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因此，咱们重点关注lookupIterator.hasNext()方法，它最终会调用到hasNextService。

private class LazyIterator implements Iterator<S>{
	Class<S> service;
	ClassLoader loader;
	Enumeration<URL> configs = null;
	Iterator<String> pending = null;
	String nextName = null;	
	private boolean hasNextService() {
		//第二次调用的时候，已经解析完成了，直接返回
		if (nextName != null) {
			return true;
		}
		if (configs == null) {
			//META-INF/services/ 加上接口的全限定类名，就是文件服务类的文件
			//META-INF/services/com.viewscenes.netsupervisor.spi.SPIService
			String fullName = PREFIX + service.getName();
			//将文件路径转成URL对象
			configs = loader.getResources(fullName);
		}
		while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
			//解析URL文件对象，读取内容，最后返回
			pending = parse(service, configs.nextElement());
		}
		//拿到第一个实现类的类名
		nextName = pending.next();
		return true;
	}
}
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四、建立实例

固然，调用next方法的时候，实际调用到的是，lookupIterator.nextService。它经过反射的方式，建立实现类的实例并返回。

private class LazyIterator implements Iterator<S>{
	private S nextService() {
		//全限定类名
		String cn = nextName;
		nextName = null;
		//建立类的Class对象
		Class<?> c = Class.forName(cn, false, loader);
		//经过newInstance实例化
		S p = service.cast(c.newInstance());
		//放入集合，返回实例
		providers.put(cn, p);
		return p; 
	}
}
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看到这儿，我想已经很清楚了。获取到类的实例，咱们天然就能够对它随心所欲了！

3、JDBC中的应用

咱们开头说，SPI机制为不少框架的扩展提供了可能，其实JDBC就应用到了这一机制。回忆一下JDBC获取数据库链接的过程。在早期版本中，须要先设置数据库驱动的链接，再经过DriverManager.getConnection获取一个Connection。

String url = "jdbc:mysql:///consult?serverTimezone=UTC";
String user = "root";
String password = "root";

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
Connection connection = DriverManager.getConnection(url, user, password);
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在较新版本中(具体哪一个版本，笔者没有验证)，设置数据库驱动链接，这一步骤就再也不须要，那么它是怎么分辨是哪一种数据库的呢？答案就在SPI。

一、加载

咱们把目光回到DriverManager类，它在静态代码块里面作了一件比较重要的事。很明显，它已经经过SPI机制， 把数据库驱动链接初始化了。

public class DriverManager {
	static {
        loadInitialDrivers();
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }
}
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具体过程还得看loadInitialDrivers，它在里面查找的是Driver接口的服务类，因此它的文件路径就是：META-INF/services/java.sql.Driver。

public class DriverManager {
	private static void loadInitialDrivers() {
		AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
            public Void run() {
				//很明显，它要加载Driver接口的服务类，Driver接口的包为:java.sql.Driver
				//因此它要找的就是META-INF/services/java.sql.Driver文件
                ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
                Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
                try{
					//查到以后建立对象
                    while(driversIterator.hasNext()) {
                        driversIterator.next();
                    }
                } catch(Throwable t) {
					// Do nothing
                }
                return null;
            }
        });
	}
}
复制代码

那么，这个文件哪里有呢？咱们来看MySQL的jar包，就是这个文件，文件内容为：com.mysql.cj.jdbc.Driver。

MySQL SPI文件

二、建立实例

上一步已经找到了MySQL中的com.mysql.cj.jdbc.Driver全限定类名，当调用next方法时，就会建立这个类的实例。它就完成了一件事，向DriverManager注册自身的实例。

public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
	static {
        try {
			//注册
			//调用DriverManager类的注册方法
			//往registeredDrivers集合中加入实例
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException E) {
            throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
    }
    public Driver() throws SQLException {
        // Required for Class.forName().newInstance()
    }
}
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三、建立Connection

在DriverManager.getConnection()方法就是建立链接的地方，它经过循环已注册的数据库驱动程序，调用其connect方法，获取链接并返回。

private static Connection getConnection(
        String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {	
	//registeredDrivers中就包含com.mysql.cj.jdbc.Driver实例
	for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
		if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
			try {
				//调用connect方法建立链接
				Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
				if (con != null) {
					return (con);
				}
			}catch (SQLException ex) {
				if (reason == null) {
					reason = ex;
				}
			}
		} else {
			println(" skipping: " + aDriver.getClass().getName());
		}
	}
}
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四、再扩展

既然咱们知道JDBC是这样建立数据库链接的，咱们能不能再扩展一下呢？若是咱们本身也建立一个java.sql.Driver文件，自定义实现类MyDriver，那么，在获取链接的先后就能够动态修改一些信息。

仍是先在项目ClassPath下建立文件，文件内容为自定义驱动类com.viewscenes.netsupervisor.spi.MyDriver

自定义数据库驱动程序

咱们的MyDriver实现类，继承自MySQL中的NonRegisteringDriver，还要实现java.sql.Driver接口。这样，在调用connect方法的时候，就会调用到此类，但实际建立的过程还靠MySQL完成。

package com.viewscenes.netsupervisor.spi

public class MyDriver extends NonRegisteringDriver implements Driver{
	static {
		try {
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new MyDriver());
        } catch (SQLException E) {
            throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
	}
	public MyDriver()throws SQLException {}
	
	public Connection connect(String url, Properties info) throws SQLException {
		System.out.println("准备建立数据库链接.url:"+url);
		System.out.println("JDBC配置信息："+info);
		info.setProperty("user", "root");
		Connection connection =  super.connect(url, info);
		System.out.println("数据库链接建立完成!"+connection.toString());
		return connection;
	}
}
--------------------输出结果---------------------
准备建立数据库链接.url:jdbc:mysql:///consult?serverTimezone=UTC
JDBC配置信息：{user=root, password=root}
数据库链接建立完成!com.mysql.cj.jdbc.ConnectionImpl@7cf10a6f
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