dubbo是如何实现可扩展的？（二）

牛逼的框架，看似复杂难懂，思路其实很清晰。---me

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上篇文章，在整体扩展思路上进行了源码分析，比较粗糙，现在就某些点再详细梳理下。

dubbo SPi的扩展，基于一类、三注解。

• 一类是ExtensionLoader类
• 三注解是@SPI、@Adaptive、@Activate

本文总结dubbo是如何使用ExtensionLoader实现扩展的，详细看看它是怎么设计的，为何这样设计？

1. ExtensionLoader属性

首先是ExtensionLoader包含的属性，如下。

主要包含常量定义（如dubbo SPi路径META-INF/services/等）、加载的类型type、一系列缓存容器。

2. dubbo是如何加载SPI扩展类的呢？是一次性把所有的扩展都读到内存中吗？

当然不是，dubbo不是一次性把所有的SPI扩展文件都加载。而是根据类型，即type，进行加载。

可以看到上图中有两个关键字段，如下

private static final ConcurrentMap<Class<?>, ExtensionLoader<?>> EXTENSION_LOADERS = new ConcurrentHashMap<>();

private final Class<?> type;

其中 EXTENSION_LOADERS 是一个全局 扩展加载器 的容器，key为扩展接口，即type类型的SPI接口；value为接口对应的ExtensionLoader实例。

在上篇文章中说到，dubbo加载SPI与JDK加载SPI类似，读取指定路径文件中的定义。加载路径如下：

Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses()
    void loadDirectory(Map<String, Class<?>> extensionClasses, String dir, String type, boolean extensionLoaderClassLoaderFirst)
        void loadResource(Map<String, Class<?>> extensionClasses, ClassLoader classLoader, java.net.URL resourceURL)
            void loadClass(Map<String, Class<?>> extensionClasses, java.net.URL resourceURL, Class<?> clazz, String name) 

在第二步loadDirectory时，传入路径和type（接口的全限定名），在方法内部拼出SPI路径，如下：

private void loadDirectory(Map<String, Class<?>> extensionClasses, String dir, String type, boolean extensionLoaderClassLoaderFirst) {
        String fileName = dir + type;
        .......
}    

所以，得到的结论是：

• 每个类型对应一个ExtensionLoader加载器；
• 加载器加载扩展实现类时，只读取type对应的实现类。

3. 为何要设计自适应类？带来了什么好处？

dubbo官网这样解释：“在 Dubbo 中，很多拓展都是通过 SPI 机制进行加载的，比如 Protocol、Cluster、LoadBalance 等。有时，有些拓展并不想在框架启动阶段被加载，而是希望在拓展方法被调用时，根据运行时参数进行加载。这听起来有些矛盾。拓展未被加载，那么拓展方法就无法被调用（静态方法除外）。拓展方法未被调用，拓展就无法被加载。对于这个矛盾的问题，Dubbo 通过自适应拓展机制很好的解决了。自适应拓展机制的实现逻辑比较复杂，首先 Dubbo 会为拓展接口生成具有代理功能的代码。然后通过 javassist 或 jdk 编译这段代码，得到 Class 类。最后再通过反射创建代理类，整个过程比较复杂。”

dubbo扩展非常多，所有的底层关键接口都可以扩展，为了不在启动的时候加载所有类，而想在方法调用时加载，即懒汉方式。

所以引入了自适应扩展机制，它的好处：

• 封装所有扩展类，根据URL参数动态选择具体实现类
• 框架启动时，减少不必要扩展的加载损耗

自适应类分为两种，一种是动态生成的，一种是自定义。前者使用@Adaptive在方法上，后者使用该注解在类上。

区别就在于此，修饰在类上，表示该类为自适应类，无序dubbo再动态生成。

（1）自定义自适应类

这种方式的自适应类比较少，目前有ExtensionFactory、Compiler接口在使用。

AdaptiveExtensionFactory是ExtensionFactory的自适应类，它持有所有ExtensionFactory的实现，然后根据type和name遍历所有容器加载扩展类对象，上篇文章有介绍。

@Adaptive
public class AdaptiveExtensionFactory implements ExtensionFactory {

    private final List<ExtensionFactory> factories;

    public AdaptiveExtensionFactory() {
　　　　　　//持有ExtensionFactory所有接口实现类
        ExtensionLoader<ExtensionFactory> loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class);
        List<ExtensionFactory> list = new ArrayList<ExtensionFactory>();
        for (String name : loader.getSupportedExtensions()) {
            list.add(loader.getExtension(name));
        }
        factories = Collections.unmodifiableList(list);
    }

    @Override
    public <T> T getExtension(Class<T> type, String name) {
        for (ExtensionFactory factory : factories) {
            T extension = factory.getExtension(type, name);
            if (extension != null) {
                return extension;
            }
        }
        return null;
    }

}

同理，AdaptiveCompiler是Compiler的自适应类，会根据name使用指定的编译器，默认情况使用JavassistCompiler。

@Adaptive
public class AdaptiveCompiler implements Compiler {

    private static volatile String DEFAULT_COMPILER;

    public static void setDefaultCompiler(String compiler) {
        DEFAULT_COMPILER = compiler;
    }

    @Override
    public Class<?> compile(String code, ClassLoader classLoader) {
        Compiler compiler;
        ExtensionLoader<Compiler> loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Compiler.class);
        String name = DEFAULT_COMPILER; // copy reference
        if (name != null && name.length() > 0) {
            compiler = loader.getExtension(name);
        } else {
            compiler = loader.getDefaultExtension();
        }
        return compiler.compile(code, classLoader);
    }

}

（2）动态生成的自适应类

如上篇文章中，接口如下：

@SPI("human")
public interface HelloService {
    String  sayHello();
    @Adaptive
    String  sayHello(URL  url);
}

动态生成的自适应类，如下：

package com.lagou.service;
import org.apache.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;
public class HelloService$Adaptive implements com.lagou.service.HelloService {

public java.lang.String sayHello()  {
throw new UnsupportedOperationException("The method public abstract java.lang.String com.lagou.service.HelloService.sayHello() of interface com.lagou.service.HelloService is not adaptive method!");
}

public java.lang.String sayHello(org.apache.dubbo.common.URL arg0)  {
if (arg0 == null) throw new IllegalArgumentException("url == null");
org.apache.dubbo.common.URL url = arg0;
String extName = url.getParameter("hello.service", "human");
if(extName == null) throw new IllegalStateException("Failed to get extension (com.lagou.service.HelloService) name from url (" + url.toString() + ") use keys([hello.service])");
com.lagou.service.HelloService extension = (com.lagou.service.HelloService)ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.lagou.service.HelloService.class).getExtension(extName);
return extension.sayHello(arg0);
}
}

其中没有被@Adaptive修饰的方法，生成的方法只有一个异常语句。被修饰的方法会根据URL参数及ExtensionLoader扩展机制，动态获取使用的扩展实现类。

（3）dubbo是怎么区分是否要动态生成，还是直接使用定义好的自适应类呢？

这个涉及到ExtensionLoader中的属性cachedAdaptiveClass，其缓存了自定义的自适应类，在SPI扩展加载的时候进行识别并缓存。

如果没有自定义的自适应类，则不会用到该缓存。

涉及到自适应类的操作包含两个步骤：加载+使用

　　1）首先，加载。代码在loadClass方法中，如下：

private void loadClass(Map<String, Class<?>> extensionClasses, java.net.URL resourceURL, Class<?> clazz, String name) {

    if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
         cacheAdaptiveClass(clazz);
    }

}

当类被Aaptive修饰时，则将加载的class缓存到cachedAdaptiveClass中，从源码中可以看到，只允许一个SPI接口具有一个自定义的自适应类。

private void cacheAdaptiveClass(Class<?> clazz) {
        if (cachedAdaptiveClass == null) {
            cachedAdaptiveClass = clazz;
        } else if (!cachedAdaptiveClass.equals(clazz)) {
            throw new IllegalStateException("More than 1 adaptive class found: "
                    + cachedAdaptiveClass.getName()
                    + ", " + clazz.getName());
        }
    }

　　2）其次是使用。获取自适应类的路径为：

public T getAdaptiveExtension()
    private T createAdaptiveExtension()
        private Class<?> getAdaptiveExtensionClass()

看看getAdaptiveExtensionClass的代码，你就明白原来这么简单。

private Class<?> getAdaptiveExtensionClass() {
        getExtensionClasses();
        if (cachedAdaptiveClass != null) {
            return cachedAdaptiveClass;
        }
        return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
    }

该逻辑有三步：

• 加载对应type的SPI扩展类，包括自定义的自适应类，即上边描述的加载缓存过程
• 判断是否有自定义的自适应类，有则直接返回
• 没有，则动态生成

我们来看看是怎么动态生成的？源码写的也很清楚。

private Class<?> createAdaptiveExtensionClass() {
        String code = new AdaptiveClassCodeGenerator(type, cachedDefaultName).generate();
        ClassLoader classLoader = findClassLoader();
        org.apache.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(org.apache.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
        return compiler.compile(code, classLoader);
    }

总共四步：

• 生成自适应类的源代码code，通过字符串拼接，如package、import、class、method等，具体不在这展开
• 获取类加载器
• 获取编译器，此处会调用到Compiler的自定义的自适应类
• 对code进行编译，得到自适应类的class

4. 自动激活类是怎么回事？一般应用在什么地方？

自动激活，官网描述：“对于集合类扩展点，比如：Filter, InvokerListener, ExportListener, TelnetHandler, StatusChecker 等，可以同时加载多个实现，此时，可以用自动激活来简化配置”。

比如，过滤器Filter，可以使用@Activate，自动激活自定义的过滤器，以使与业务相关的控制能参与到dubbo的调用链中。如日志记录、方法执行时间等。

对ExtensionLoader来说，如何识别和使用自动激活类呢？

在ExtensionLoader中的cachedActivates属性，缓存了type 扩展类中被@Activate注解修饰的类信息。

Map<String, Object> cachedActivates = new ConcurrentHashMap<>();

key为定义在SPI文件中的key，Object为Activate注解的实例（注意这里不是存的被修饰类对应的实例，而是Activate注解本身）。

涉及到该缓存的操作有两处，一处是加载SPI文件时存入，一处是通过URL等信息判断是否需要激活对应的类。

（1）Activate类是如何识别并加载的？

在loadClass中，有一段涉及Activate的代码，如下：

private void loadClass(Map<String, Class<?>> extensionClasses, java.net.URL resourceURL, Class<?> clazz, String name) {
　　 ......
    String[] names = NAME_SEPARATOR.split(name);
    if (ArrayUtils.isNotEmpty(names)) {
　　　　　//缓存具有Activate注解的扩展类
        cacheActivateClass(clazz, names[0]);
    }
　　 ......
}

其中name为SPi文件中定义的key，从下边源代码可以看出，cachedActivates  map中存的是Activate实例。

private void cacheActivateClass(Class<?> clazz, String name) {
        Activate activate = clazz.getAnnotation(Activate.class);
        if (activate != null) {
            cachedActivates.put(name, activate);
        } else {
            // support com.alibaba.dubbo.common.extension.Activate
            com.alibaba.dubbo.common.extension.Activate oldActivate = clazz.getAnnotation(com.alibaba.dubbo.common.extension.Activate.class);
            if (oldActivate != null) {
                cachedActivates.put(name, oldActivate);
            }
        }
    }

（2）Activate类又是如何使用的呢？

getActivateExtension方法是获取Activate类的具体实现（下方代码有省略），我们可以看到分为两步：

• 加载扩展类，并获取cacheActivates
• 根据URL参数与Activate声明的规则进行匹配

public List<T> getActivateExtension(URL url, String[] values, String group) {
        List<T> exts = new ArrayList<>();
        List<String> names = values == null ? new ArrayList<>(0) : Arrays.asList(values);
        if (!names.contains(REMOVE_VALUE_PREFIX + DEFAULT_KEY)) {
              //加载扩展类，获取到cachedActivates
            getExtensionClasses();
              //遍历cachedActivates，获取与URL、group等参数匹配的Activate类
            for (Map.Entry<String, Object> entry : cachedActivates.entrySet()) {
                String name = entry.getKey();
                Object activate = entry.getValue();

                String[] activateGroup, activateValue;

                if (activate instanceof Activate) {
                      //Activate类声明的group
                    activateGroup = ((Activate) activate).group();
                      //Activate类声明的value
                    activateValue = ((Activate) activate).value();
                } else {
                    continue;
                }
                  //1.组匹配；2.value匹配
                if (isMatchGroup(group, activateGroup)
                        && !names.contains(name)
                        && !names.contains(REMOVE_VALUE_PREFIX + name)
                        && isActive(activateValue, url)) {
                    exts.add(getExtension(name));
                }
            }
            exts.sort(ActivateComparator.COMPARATOR);
        }
        ......
        return exts;
    }

以Filter为例，在ProtocolFilterWrapper.refer构造dubbo接口的invoker后，会对invoker增加过滤器，源码如下：

@Override
    public <T> Invoker<T> refer(Class<T> type, URL url) throws RpcException {
        if (UrlUtils.isRegistry(url)) {
            return protocol.refer(type, url);
        }
        return buildInvokerChain(protocol.refer(type, url), REFERENCE_FILTER_KEY, CommonConstants.CONSUMER);
    }

传给buildInvokerChain方法三个参数：

• 第一个是为dubbo接口生成的invoker
• 第二个是常量：reference.filter，对应URL中的某个key
• 第三个是常量：consumer，对应group

private static <T> Invoker<T> buildInvokerChain(final Invoker<T> invoker, String key, String group) {
        Invoker<T> last = invoker;
        List<Filter> filters = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Filter.class).getActivateExtension(invoker.getUrl(), key, group);

        if (!filters.isEmpty()) {
            for (int i = filters.size() - 1; i >= 0; i--) {
                final Filter filter = filters.get(i);
                final Invoker<T> next = last;
                last = new Invoker<T>() {
                     ......
                };
            }
        }

        return last;
    }

buildInvokerChain方法，构建过滤器链的逻辑比较简单：

• dubbo接口的invoker在过滤器链表的最后，即在执行的时候，最后执行实际接口调用
• 加载Filter对应的与group等参数匹配的自动激活类
• 构建过滤器链

（3）举个例子

比如我们自定义一个过滤器

@Activate(group = {CommonConstants.CONSUMER,CommonConstants.PROVIDER})
public class DubboInvokeTimeFilter  implements Filter {
    @Override
    public Result invoke(Invoker<?> invoker, Invocation invocation) throws RpcException {
        long   startTime  = System.currentTimeMillis();
        try {
            // 执行方法
            return  invoker.invoke(invocation);
        } finally {
            System.out.println("invoke time:"+(System.currentTimeMillis()-startTime) + "毫秒");
        }
    }
}

在META- INF.dubbo中增加org.apache.dubbo.rpc.Filter文件，内容如下：

timeFilter=com.lagou.filter.DubboInvokeTimeFilter

5. dubbo的包装器类是什么，有何用处？

dubbo中包装器是SPI扩展类的一种，准确的说是一个代理类，实现了对扩展类的AOP。

• 实现SPI接口
• 持有SPI接口的对象

如上文中的ProtocolFilterWrapper，就是protocol接口对应的一个包装器

public class ProtocolFilterWrapper implements Protocol {

    private final Protocol protocol;

    public ProtocolFilterWrapper(Protocol protocol) {
        if (protocol == null) {
            throw new IllegalArgumentException("protocol == null");
        }
        this.protocol = protocol;
    }

      ......

    @Override
    public <T> Exporter<T> export(Invoker<T> invoker) throws RpcException {
        if (UrlUtils.isRegistry(invoker.getUrl())) {
            return protocol.export(invoker);
        }
        return protocol.export(buildInvokerChain(invoker, SERVICE_FILTER_KEY, CommonConstants.PROVIDER));
    }

    @Override
    public <T> Invoker<T> refer(Class<T> type, URL url) throws RpcException {
        if (UrlUtils.isRegistry(url)) {
            return protocol.refer(type, url);
        }
        return buildInvokerChain(protocol.refer(type, url), REFERENCE_FILTER_KEY, CommonConstants.CONSUMER);
    }

        ......
}

并且，该类也是定义在dubbo-rpc模块下的SPI org.apache.dubbo.rpc.Protocol文件中，如下：

filter=org.apache.dubbo.rpc.protocol.ProtocolFilterWrapper
listener=org.apache.dubbo.rpc.protocol.ProtocolListenerWrapper
mock=org.apache.dubbo.rpc.support.MockProtocol

在通过某Protocol实现类创建对象时，会自动为该对象封装该包装器。这样也就实现了对invoker的过滤拦截。

（1）dubbo是如何实现包装器类的识别和加载的呢？

要从ExtensionLoader的cachedWrapperClasses属性说起，该属性缓存了包装器类。

private Set<Class<?>> cachedWrapperClasses;

加载扩展类时，loadClass方法中会对class进行判断，如下：

private void loadClass(Map<String, Class<?>> extensionClasses, java.net.URL resourceURL, Class<?> clazz, String name) {
     if (isWrapperClass(clazz)) {
          cacheWrapperClass(clazz);
     }
}

• 判断是否为包装器类
• 缓存包装器类

看isWrapperClass方法，调用的是Class获取构造函数的方法，如果不存在具有type类型参数的构造函数，则抛异常，通过拦截返回false。

private boolean isWrapperClass(Class<?> clazz) {
        try {
            clazz.getConstructor(type);
            return true;
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            return false;
        }
    }

缓存包装器类，代码很简单

private void cacheWrapperClass(Class<?> clazz) {
        if (cachedWrapperClasses == null) {
            cachedWrapperClasses = new ConcurrentHashSet<>();
        }
        cachedWrapperClasses.add(clazz);
    }

（2）dubbo是如何对某实例进行包装的呢？

通过例子来说明，extensionLoader.getExtension(extension) 这句代码是根据扩展名获取对应的扩展类实例的，包装器就在这个过程中把原来的实例进行封装代理了。

public static void main(String[] args) {
        // 获取扩展加载器
        ExtensionLoader<HelloService>  extensionLoader  = ExtensionLoader.getExtensionLoader(HelloService.class);
        // 遍历所有的支持的扩展点 META-INF.dubbo
        Set<String>  extensions = extensionLoader.getSupportedExtensions();
        for (String extension : extensions){
            String result = extensionLoader.getExtension(extension).sayHello();
            System.out.println(result);
        }
    }

定义HelloWrapper类：

public class HelloWrapper implements HelloService {

    private HelloService helloService;

    public HelloWrapper(HelloService helloService) {
        this.helloService = helloService;
    }

    @Override
    public String sayHello() {
        System.out.println("sayHello------>");
        return helloService.sayHello();
    }

    @Override
    public String sayHello(URL url) {
        System.out.println("sayHello------>url");
        return helloService.sayHello(url);
    }
}

测试输出：

sayHello------>url
wang url

dubbo如何对实例进行封装的呢？

核心逻辑在createExtension方法中，即根据传入的name创建扩展类实例的方法中。

private T createExtension(String name) {
        Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);
        if (clazz == null) {
            throw findException(name);
        }
        try {
            T instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
            if (instance == null) {
                EXTENSION_INSTANCES.putIfAbsent(clazz, clazz.newInstance());
                instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
            }
            injectExtension(instance);
　　　　　　　//wrapper
            Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
            if (CollectionUtils.isNotEmpty(wrapperClasses)) {
                for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
　　　　　　　　　　　　//包装类的创建
                    instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
                }
            }
            initExtension(instance);
            return instance;
        } catch (Throwable t) {
            throw new IllegalStateException("Extension instance (name: " + name + ", class: " +
                    type + ") couldn't be instantiated: " + t.getMessage(), t);
        }
    }

从代码可以看出分为两步：

• getExtensionClasses方法加载扩展类，存到cachedWrapperClasses中
• 遍历cachedWrapperClasses，通过构造器实例化包装器，同时还为包装类进行依赖注入。（无论多少wrapper，都会一层一层进行封装）

这样返回给使用者的扩展实例，即为经过层层封装的扩展类。

6. 总结

• ExtensionLoader是实现dubbo可扩展的核心类，为各扩展点提供框架层面的支持，
• ExtensionLoader的逻辑看着复杂，其实思路比较简单，第一是扩展点加载，第二是创建指定的扩展点实例
• 从代码分析，可以看出该类包含了一系列缓存容器，这些缓存在扩展点加载的时候进行识别和存储
• 在扩展点实例创建时，会通过自适应类动态找到目标扩展；将自动激活类应用到扩展实例或dubbo的核心invoker上；并将实例封装到wrapper类中