Dubbo剖析-SPI机制
文章要点:
1、什么是SPi
2、Dubbo为什么要实现自己的SPi
3、Dubbo的IOC和AOP
4、Dubbo的Adaptive机制
5、Dubbo动态编译机制
6、Dubbo与Spring的融合
一、什么是SPI
SPI 全称为 (Service Provider Interface) ，是JDK内置的一种服务提供发现机制。SPI是一种动态替换发现的机制。我们经常遇到的就是java.sql.Driver接口，不同的数据库不同的Driver实现。
如何应用？
当服务的提供者提供了一种接口的实现之后，需要在classpath下的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件，这个文件里的内容就是这个接口的具体的实现类。当程序需要这个服务的时候，调 java.util.ServiceLoader加载spi配置文件即可获取spi文件里所有的实现类。
举例说明
mysql
在mysql-connector-java-5.1.45.jar中，META-INF/services目录下会有一个名字为java.sql.Driver的文件：
com.mysql.jdbc.Driver
com.mysql.fabric.jdbc.FabricMySQLDriver
驱动加载
DriverManager
static {
loadInitialDrivers();
println("JDBC DriverManager initialized");
}
//loadInitialDrivers
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
二、dubbo为什么实现自己的spi
1、JDK会加载所有的SPI,资源浪费
//com.alibaba.dubbo.container.Main 启动入口
private static final ExtensionLoader<Container> loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Container.class);
//com.alibaba.dubbo.config.ServiceConfig
private static final Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getAdaptiveExtension();
调用链路
|----ExtensionLoader.createAdaptiveExtension
|------ExtensionLoader.injectExtension
|--------ExtensionLoader.getAdaptiveExtensionClass
|----------ExtensionLoader.getExtensionClasses
|------------ExtensionLoader.loadExtensionClasses
|--------------ExtensionLoader.loadFile
|----------ExtensionLoader.createAdaptiveExtensionClass
先看下getExtensionClasses调用的loadExtensionClasses的实现逻辑
private Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses() {
final SPI defaultAnnotation = type.getAnnotation(SPI.class);
if (defaultAnnotation != null) {
String value = defaultAnnotation.value();
if (value != null && (value = value.trim()).length() > 0) {
String[] names = NAME_SEPARATOR.split(value);
if (names.length > 1) {
throw new IllegalStateException("more than 1 default extension name on extension " + type.getName()
+ ": " + Arrays.toString(names));
}
if (names.length == 1) cachedDefaultName = names[0];
}
}
//将所有的spi缓存到extensionClasses
Map<String, Class<?>> extensionClasses = new HashMap<String, Class<?>>();
loadFile(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY);
loadFile(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY);
loadFile(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY);
return extensionClasses;
}
loadFile
加载对应路径下的spi文件里的class并存储到缓存变量里
加载的路径
DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY = META-INF/dubbo/internal/
DUBBO_DIRECTORY = META-INF/dubbo/
SERVICES_DIRECTORY = META-INF/services/
文件名
目录 + type.getName();
三个缓存变量
cachedAdaptiveClass
如果这个class含有adaptive注解就赋值，例如ExtensionFactory，而例如Protocol在这个环节是没有的。
cachedWrapperClasses
只有当该class无adative注解，并且构造函数包含目标接口（type）类型，例如protocol里面的spi就只有ProtocolFilterWrapper和ProtocolListenerWrapper能命中
cachedActivates
剩下的类，类有Activate注解
cachedNames
剩下的类就存储在这里
代码视图
private void loadFile(Map<String, Class<?>> extensionClasses, String dir) {
//省略若干代码
Class<?> clazz = Class.forName(line, true, classLoader);
//查看类或方法是否包含Adaptive注解，如：AdaptiveExtensionFactory
if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
if (cachedAdaptiveClass == null) {
cachedAdaptiveClass = clazz;
} else if (!cachedAdaptiveClass.equals(clazz)) {
throw new IllegalStateException("More than 1 adaptive class found: "
+ cachedAdaptiveClass.getClass().getName()
+ ", " + clazz.getClass().getName());
}
} else {
try {
//判断该类是否有type参数的构造方法,如ProtocolFilterWrapper，ProtocolListenerWrapper
clazz.getConstructor(type);
Set<Class<?>> wrappers = cachedWrapperClasses;
if (wrappers == null) {
cachedWrapperClasses = new ConcurrentHashSet<Class<?>>();
wrappers = cachedWrapperClasses;
}
//添加到 cachedWrapperClasses
wrappers.add(clazz);
} catch (NoSuchMethodException e) {
clazz.getConstructor();
if (name == null || name.length() == 0) {
//spi没有key的情况下， 读取注解名
name = findAnnotationName(clazz);
if (name == null || name.length() == 0) {
if (clazz.getSimpleName().length() > type.getSimpleName().length()
&& clazz.getSimpleName().endsWith(type.getSimpleName())) {
//读取 simpleName的一部分作为name 如 com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.http.HttpProtocol
name = clazz.getSimpleName().substring(0, clazz.getSimpleName().length() - type.getSimpleName().length()).toLowerCase();
} else {
throw new IllegalStateException("No such extension name for the class " + clazz.getName() + " in the config " + url);
}
}
}
String[] names = NAME_SEPARATOR.split(name);
if (names != null && names.length > 0) {
//判断是否类上有Activate 注解
Activate activate = clazz.getAnnotation(Activate.class);
if (activate != null) {
cachedActivates.put(names[0], activate);
}
for (String n : names) {
if (!cachedNames.containsKey(clazz)) {
//上面的逻辑如果都没有符合的，加入到 cachedNames
cachedNames.put(clazz, n);
}
Class<?> c = extensionClasses.get(n);
if (c == null) {
extensionClasses.put(n, clazz);
} else if (c != clazz) {
throw new IllegalStateException("Duplicate extension " + type.getName() + " name " + n + " on " + c.getName() + " and " + clazz.getName());
}
}
}
}
}
//省略若干代码
}
cachedAdaptiveInstance 是否为空如果不为空则返回反之则生成对应的 Adaptive类，生成逻辑见下方第五小节。四、dubbo 的IOC和AOP
private T createExtension(String name) {
//从缓存里获取class
Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);
if (clazz == null) {
throw findException(name);
}
try {
//从缓存获取class实例
T instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
if (instance == null) {
EXTENSION_INSTANCES.putIfAbsent(clazz, (T) clazz.newInstance());
instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
}
//模仿spring做的IOC注入
injectExtension(instance);
Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
if (wrapperClasses != null && wrapperClasses.size() > 0) {
for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
//对instance进行包装，这里使用到aop
instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
}
}
return instance;
} catch (Throwable t) {
throw new IllegalStateException("Extension instance(name: " + name + ", class: " +
type + ") could not be instantiated: " + t.getMessage(), t);
}
}
createExtension
从cachedClasses 获得class名
EXTENSION_INSTANCES 实例对象缓存
getExtension(String name)返回的是 get出来的对象wrapper对象，例如protocol就是ProtocolFilterWrapper和ProtocolListenerWrapper其中一个。
injectExtension(T instance)//dubbo的IOC反转控制，就是从spi或spring 容器里面获取对象并赋值
IOC
|--injectExtension(T instance)
|----objectFactory.getExtension(pt, property)
|------SpiExtensionFactory.getExtension(type, name)
|--------ExtensionLoader.getExtensionLoader(type)
|--------loader.getAdaptiveExtension()
|------SpringExtensionFactory.getExtension(type, name)
|--------context.getBean(name)
private T injectExtension(T instance) {
try {
if (objectFactory != null) {
for (Method method : instance.getClass().getMethods()) {
//获取set开头的方法
if (method.getName().startsWith("set")
&& method.getParameterTypes().length == 1
&& Modifier.isPublic(method.getModifiers())) {
Class<?> pt = method.getParameterTypes()[0];
try {
String property = method.getName().length() > 3 ? method.getName().substring(3, 4).toLowerCase() + method.getName().substring(4) : "";
//获取对应的对象，这里有SpringExtensionFactory 和 SpiExtensionFactory两种实现
//如果SpiExtensionFactory不支持的则通过SpringExtensionFactory 从spring容器中获取实例对象
Object object = objectFactory.getExtension(pt, property);
if (object != null) {
//set注入
method.invoke(instance, object);
}
//省略部分代码
return instance;
}
AOP
AOP的简单设计, createExtension的aop代码实现
//这里获取当前spi下所有 包装类型，这里其实就是一个装饰者模式的运用，可以参考ProtocolFilterWrapper
Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
if (wrapperClasses != null && wrapperClasses.size() > 0) {
for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
//将instance装饰完成后返回
instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
}
}
。
五、dubbo的动态编译
以 Protocol的spi 举例子
com.alibaba.dubbo.config.ServiceConfig
private static final Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getAdaptiveExtension();
|--ExtensionLoader.getAdaptiveExtensionClass
|----ExtensionLoader.createAdaptiveExtensionClass
|------ExtensionLoader.createAdaptiveExtensionClassCode
private Class<?> getAdaptiveExtensionClass() {
getExtensionClasses();
//如果缓存里有 Adaptive类则直接返回
if (cachedAdaptiveClass != null) {
return cachedAdaptiveClass;
}
//如果没有Adaptive类，就自动生成
return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
}
private Class<?> createAdaptiveExtensionClass() {
//生成类 代码文本
String code = createAdaptiveExtensionClassCode();
ClassLoader classLoader = findClassLoader();
//获取Compiler的spi 类
com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
//编译代码 default=javassist
return compiler.compile(code, classLoader);
}
createAdaptiveExtensionClassCode
主要生成 Protocol 的 Adaptive类java代码，Protocol的默认协议是 dubbo
@SPI("dubbo")
public interface Protocol {
只对Protocol带有 @Adaptive 注解的方法写入实现体，其它方法的实现则抛出异常，生成的代码样例如下
package com.alibaba.dubbo.rpc;
import com.alibaba.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;
public class Protocol$Adpative implements com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol {
public void destroy() {
throw new UnsupportedOperationException(
"method public abstract void com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.destroy() of interface com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol is not adaptive method!");
}
public int getDefaultPort() {
throw new UnsupportedOperationException(
"method public abstract int com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.getDefaultPort() of interface com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol is not adaptive method!");
}
public com.alibaba.dubbo.rpc.Exporter export(com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker arg0) throws com.alibaba.dubbo.rpc.RpcException {
if (arg0 == null)
throw new IllegalArgumentException("com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker argument == null");
if (arg0.getUrl() == null)
throw new IllegalArgumentException("com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker argument getUrl() == null");
com.alibaba.dubbo.common.URL url = arg0.getUrl();
//提取url里的协议，如果为空则使用默认协议 dubbo 。 该行注释不是生成出来的。
String extName = (url.getProtocol() == null ? "dubbo" : url.getProtocol());
if (extName == null)
throw new IllegalStateException("Fail to get extension(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) name from url("
+ url.toString() + ") use keys([protocol])");
com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol extension = (com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) ExtensionLoader
.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.class).getExtension(extName);
return extension.export(arg0);
}
public com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker refer(java.lang.Class arg0,
com.alibaba.dubbo.common.URL arg1) throws com.alibaba.dubbo.rpc.RpcException {
if (arg1 == null)
throw new IllegalArgumentException("url == null");
com.alibaba.dubbo.common.URL url = arg1;
String extName = (url.getProtocol() == null ? "dubbo" : url.getProtocol());
if (extName == null)
throw new IllegalStateException("Fail to get extension(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) name from url("
+ url.toString() + ") use keys([protocol])");
com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol extension = (com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) ExtensionLoader
.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.class).getExtension(extName);
return extension.refer(arg0, arg1);
}
最后调用 JavassistCompiler.compile 方法进行编译，需要将java源码编译成二进制class并利用classloader加载至内存，这样我们的程序才能调用这个类。
六、dubbo与spring的融合
容器的启动
com.alibaba.dubbo.container.Main
dubbo启动入口， Container的默认策略是spring
spring=com.alibaba.dubbo.container.spring.SpringContainer
main方法的实现体会调用 SpringContainer.start方法，方法的实现体就是常规的spring容器使用姿势
public void start() {
String configPath = ConfigUtils.getProperty(SPRING_CONFIG);
if (configPath == null || configPath.length() == 0) {
configPath = DEFAULT_SPRING_CONFIG;
}
context = new ClassPathXmlApplicationContext(configPath.split("[,\\s]+"));
context.start();
}
dubbo schema<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:dubbo="http://code.alibabatech.com/schema/dubbo"
xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd http://code.alibabatech.com/schema/dubbo http://code.alibabatech.com/schema/dubbo/dubbo.xsd"> <!-- 提供方应用信息，用于计算依赖关系 -->
<dubbo:application name="hello-world-app"/> <!-- 使用multicast广播注册中心暴露服务地址 -->
<dubbo:registry address="zookeeper://127.0.0.1:2181" check="false" client="zkclient" /> <!-- 用dubbo协议在20880端口暴露服务 -->
<dubbo:protocol name="dubbo" port="20880"/> <!-- 声明需要暴露的服务接口 -->
<dubbo:service interface="com.youzan.dubbo.api.DemoService"
class="com.youzan.dubbo.provider.DemoServiceImpl"/> </beans>
这是一个常见的dubbo服务 xml，这些dubbo标签是对spring的拓展。
spring的拓展约定，需要有三个文件
dubbo.xsd 定义 dubbo xml标签及xml节点约定
spring.schemas 定义 namespace和xsd的对应关系
spring.handlers 指定 namespace的xml解析类
spring.handlers的文件内容
http://code.alibabatech.com/schema/dubbo=com.alibaba.dubbo.config.spring.schema.DubboNamespaceHandler
这里的各个标签对应都有对应的 parser，在parse方法里，走的spring的一套，将xml信息组装成BeanDefinition返回，接着由spring容器把对应的类进行实例化。
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