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可插拔组件设计机制—SPI

2023-03-14 12:00 https://my.oschina.net/u/4090830/blog/8564660 京东云开发者 次阅读 条评论

作者:京东物流 孔祥东

1.SPI 是什么?

SPI 的全称是Service Provider Interface,即提供服务接口;是一种服务发现机制,SPI 的本质是将接口实现类的全限定名配置在文件中,并由服务加载器读取配置文件,加载实现类。这样可以在运行时,动态为接口替换实现类。正因此特性,我们可以很容易的通过 SPI 机制为我们的程序提供拓展功能。

如下图:

系统设计的各个抽象,往往有很多不同的实现方案,在面对象设计里,一般推荐模块之间基于接口编程,模块之间不对实现硬编码,一旦代码涉及具体的实现类,就违反了可插拔的原则。Java SPI 就是提供这样的一个机制,为某一个接口寻找服务的实现,有点类似IOC 的思想,把装配的控制权移到程序之外,在模块化涉及里面这个各尤为重要。与其说SPI 是java 提供的一种服务发现机制,倒不如说是一种解耦思想。

2.使用场景?

  • 数据库驱动加载接口实现类的加载;如:JDBC 加载Mysql,Oracle...
  • 日志门面接口实现类加载,如:SLF4J 对log4j、logback 的支持
  • Spring中大量使用了SPI,特别是spring-boot 中自动化配置的实现
  • Dubbo 也是大量使用SPI 的方式实现框架的扩展,它是对原生的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,需要遵循以下约定:

  • 当服务提供者提供了接口的一种具体实现后,需要在JAR 包的META-INF/services 目录下创建一个以“接口全限制定名”为命名的文件,内容为实现类的全限定名;
  • 接口实现类所在的JAR放在主程序的classpath 下,也就是引入依赖。
  • 主程序通过java.util.ServiceLoder 动态加载实现模块,它会通过扫描META-INF/services 目录下的文件找到实现类的全限定名,把类加载值JVM,并实例化它;
  • SPI 的实现类必须携带一个不带参数的构造方法。

示例:

spi-interface 模块定义

定义一组接口:public interface MyDriver 

spi-jd-driver

spi-ali-driver

实现为:public class JdDriver implements MyDriver
  public class AliDriver implements MyDriver 

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.MyDriver 文件)

内容是要应用的实现类分别 com.jd.JdDriver和com.ali.AliDriver

spi-core

一般都是平台提供的核心包,包含加载使用实现类的策略等等,我们这边就简单实现一下逻辑:a.没有找到具体实现抛出异常 b.如果发现多个实现,分别打印

public void invoker(){
    ServiceLoader<MyDriver>  serviceLoader = ServiceLoader.load(MyDriver.class);
    Iterator<MyDriver> drivers = serviceLoader.iterator();
    boolean isNotFound = true;
    while (drivers.hasNext()){
        isNotFound = false;
        drivers.next().load();
    }
    if(isNotFound){
        throw new RuntimeException("一个驱动实现类都不存在");
    }
}

spi-test

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        DriverFactory factory = new DriverFactory();
        factory.invoker();
    }
}

1.引入spi-core 包,执行结果

2.引入spi-core,spi-jd-driver 包

3.引入spi-core,spi-jd-driver,spi-ali-driver

4.原理解析

看看我们刚刚是怎么拿到具体的实现类的?

就两行代码:

ServiceLoader<MyDriver>  serviceLoader = ServiceLoader.load(MyDriver.class);
Iterator<MyDriver> drivers = serviceLoader.iterator();

所以,首先我们看ServiceLoader 类:

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>{
//配置文件的路径
 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,真正加载服务的类
    private LazyIterator lookupIterator;
  
 //服务提供者查找的迭代器
    private class LazyIterator
        implements Iterator<S>
    {
 .....
private boolean hasNextService() {
            if (nextName != null) {
                return true;
            }
            if (configs == null) {
                try {
//全限定名:com.xxxx.xxx
                    String fullName = PREFIX + service.getName();
                    if (loader == null)
                        configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
                    else
                        configs = loader.getResources(fullName);
                }
            }
            while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
                if (!configs.hasMoreElements()) {
                    return false;
                }
                pending = parse(service, configs.nextElement());
            }
            nextName = pending.next();
            return true;
        }


        private S nextService() {
            if (!hasNextService())
                throw new NoSuchElementException();
            String cn = nextName;
            nextName = null;
            Class<?> c = null;
            try {
//通过反射获取
                c = Class.forName(cn, false, loader);
            }
            if (!service.isAssignableFrom(c)) {
                fail(service, "Provider " + cn  + " not a subtype");
            }
            try {
                S p = service.cast(c.newInstance());
                providers.put(cn, p);
                return p;
            }
        }
........

大概的流程就是下面这张图:

  • 应用程序调用ServiceLoader.load 方法

  • 应用程序通过迭代器获取对象实例,会先判断providers对象中是否已经有缓存的示例对象,如果存在直接返回

  • 如果没有存在,执行类转载读取META-INF/services 下的配置文件,获取所有能被实例化的类的名称,可以跨越JAR 获取配置文件通过反射方法Class.forName()加载对象并用Instance() 方法示例化类将实例化类缓存至providers对象中,同步返回。

5.总结

优点:解耦

SPI 的使用,使得第三方服务模块的装配控制逻辑与调用者的业务代码分离,不会耦合在一起,应用程序可以根据实际业务情况来启用框架扩展和替换框架组件。

SPI 的使用,使得无须通过下面几种方式获取实现类

  • 代码硬编码import 导入

  • 指定类全限定名反射获取,例如JDBC4.0 之前;Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")

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。

6.对比

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