获取Java接口的所有实现类

获取Java接口的所有实现类

前言：想看基于spring 的最简单实现方法，请直接看 第七步。

本文价值在于 包扫描的原理探究和实现

一、背景

项目开发中，使用Netty做服务端，保持长连接与客户端(agent)通讯。Netty服务端需要根据不同消息类型，加载对应的Processer（消息处理器）对消息进行处理。问题就出现了，Processer会随着消息业务类型增多进行扩展，每一次增加Processer都需要手动new出来一个实例，放到Map里(key为消息类型码，value为Processer实例)，供调度程序(ProcesserManager)根据端消息类型调度，显然这是件很麻烦的一件事，不仅操作琐碎，也不符合低耦合、模块化的设计思想。

二、解决思路

我们所写的每一个Processer都是IProcessor这个接口的实现：

public interface IProcessor {

    void process(BaseMsgWrapper msg) throws Exception;

    EventEnum getType();

    default String getIpFromChannelContext(ChannelHandlerContext ctx){
        String[] ipPort = ctx.channel().remoteAddress().toString().split(":");
        return ipPort[0].substring(1);
    }
}

其中：

void process(BaseMsgWrapper msg)  为消息处理方法

void getIpFromChannelContext (BaseMsgWrapper msg)  为获取客户端ip的默认方法

假如我们在Netty服务端启动时，能获取该接口的所有实现类，然后把这些实现类分别new出来，放到Map中，那么这个工作就可以自动化掉了。

最终实现的效果就是 消息处理器只要 implements IProcessor接口，就会被自动加载调用，而不再需要手动写到Map中。这样就将ProcesserManager 与 Processer解耦开了。

为此，IProcessor接口需要增加一个方法

EventEnum getType();
    即需要Processer表明自己对应的消息类型，没这个方法之前，我们都是在put进Map的时候，手动把消息类型写进去的（可以想象之前的做法多么的low）

三、实现过程

想法是很好，但实现不是那么容易，踩了很多坑。

首先是网上查资料，看看其他人都怎么做的，有没有做好的轮子。

第一篇博客参考：http://www.cnblogs.com/ClassNotFoundException/p/6831577.html

(Java -- 获取指定接口的所有实现类或获取指定类的所有继承类)

这篇博客提供的大致思路:

1） 获取当前线程的ClassLoader

2） 通过ClassLoader获取当前工作目录，对目录下的文件进行遍历扫描。

3） 过滤出以.class为后缀的类文件，并加载类到list中

4） 对list中所有类进行校验，判断是否为指定接口的实现类，并排除自身。

5） 返回所有符合条件的类。

这个思路是对的，但是考虑不全，不能拿来工程应用，另外博文中提供的源码应该只是一个实验代码，有不少缺陷。

1）这个方没有考虑不同的文件格式。当程序打成jar包，发布运行时，上述的这种遍历file的操作 就失效了。

2）局限性。只能扫描到当前方法的同级目录及其子目录。无法覆盖整个模块。

3）遍历文件的逻辑太啰嗦，可以简化。

4）通过ClassLoader获取当前工作目录时，使用了“../bin/”这么一个固定的目录名。

Enumeration<URL> enumeration = classLoader.getResources("../bin/" + path)

事实上，不同的IDE(主要是eclipse 和 idea)项目的资源目录，在这一点上是不同的。

第二篇博客参考:

http://blog.csdn.net/littleschemer/article/details/47378455

(获取全部子类或接口的全部实现)

这篇博客考虑到了在运行环境中，需要通过JarFile工具类进行单独处理。

局限性:

需要手动指定要扫描的Jar文件或目录，没有通过ClassLoader 自动获取当前运行的上下文。

此外classLoader.getResource 获得的 资源目录 是个URL对象，如何转换成JarFile对象 花费了我不少时间求索:

JarURLConnection jarURLConnection = (JarURLConnection)url.openConnection();
   JarFile
jarFile = jarURLConnection.getJarFile();

综合上述思路和自己的试验研究，得出获取接口所有实现类的算法流程如下：

四、代码实现

package com.hikvision.hummer.pandora.gateway.proc;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.io.File;
import java.net.JarURLConnection;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;
import java.util.jar.JarEntry;
import java.util.jar.JarFile;

/**
 * 获取接口的所有实现类 理论上也可以用来获取类的所有子类
 * 查询路径有限制，只局限于接口所在模块下，比如pandora-gateway,而非整个pandora（会递归搜索该文件夹下所以的实现类）
 * 路径中不可含中文，否则会异常。若要支持中文路径，需对该模块代码中url.getPath() 返回值进行urldecode.
 * Created by wangzhen3 on 2017/6/23.
 */
public class ClassUtil {
    private static
final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(ClassUtil.class);

public static ArrayList<Class> getAllClassByInterface(Class clazz) {
        ArrayList<Class> list = new ArrayList<>();
        // 判断是否是一个接口
        if (clazz.isInterface()) {
            try {
                ArrayList<Class>
allClass = getAllClass(clazz.getPackage().getName());
                /**
                 * 循环判断路径下的所有类是否实现了指定的接口 并且排除接口类自己
                 */
                for (int i = 0; i < allClass.size(); i++) {
                    /**
                     * 判断是不是同一个接口
                     */
                    // isAssignableFrom:判定此 Class 对象所表示的类或接口与指定的 Class
                    // 参数所表示的类或接口是否相同，或是否是其超类或超接口
                    if (clazz.isAssignableFrom(allClass.get(i))) {
                        if (!clazz.equals(allClass.get(i))) {
                            // 自身并不加进去
                            list.add(allClass.get(i));
                        }
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                LOG.error("出现异常{}",e.getMessage());
                throw new RuntimeException("出现异常"+e.getMessage());
            }
        }
        LOG.info("class list size :"+list.size());
        return list;
    }

/**
     * 从一个指定路径下查找所有的类
     *
     * @param packagename
     */
    private static ArrayList<Class> getAllClass(String
packagename) {

LOG.info("packageName to search："+packagename);
       List<String>
classNameList =  getClassName(packagename);
        ArrayList<Class>
list = new ArrayList<>();

for(String
className : classNameList){
            try {
                list.add(Class.forName(className));
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                LOG.error("load class from name failed:"+className+e.getMessage());
                throw new RuntimeException("load class from name failed:"+className+e.getMessage());
            }
        }
        LOG.info("find list size :"+list.size());
        return list;
    }

/**
     * 获取某包下所有类
     * @param packageName 包名
     * @return 类的完整名称
     */
    public static List<String> getClassName(String
packageName) {

List<String> fileNames = null;
        ClassLoader
loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        String
packagePath = packageName.replace(".", "/");
        URL url =
loader.getResource(packagePath);
        if (url != null) {
            String type =
url.getProtocol();
            LOG.debug("file type : " + type);
            if (type.equals("file")) {
                String fileSearchPath =
url.getPath();
                LOG.debug("fileSearchPath: "+fileSearchPath);
                fileSearchPath =
fileSearchPath.substring(0,fileSearchPath.indexOf("/classes"));
                LOG.debug("fileSearchPath: "+fileSearchPath);
                fileNames = getClassNameByFile(fileSearchPath);
            } else if (type.equals("jar")) {
                try{
                    JarURLConnection
jarURLConnection = (JarURLConnection)url.openConnection();
                    JarFile jarFile = jarURLConnection.getJarFile();
                    fileNames = getClassNameByJar(jarFile,packagePath);
                }catch (java.io.IOException e){
                    throw new RuntimeException("open
Package URL failed："+e.getMessage());
                }

}else{
                throw new RuntimeException("file system not support! cannot
load MsgProcessor！");
            }
        }
        return fileNames;
    }

/**
     * 从项目文件获取某包下所有类
     * @param filePath 文件路径
     * @return 类的完整名称
     */
    private static List<String> getClassNameByFile(String filePath) {
        List<String> myClassName = new ArrayList<String>();
        File file = new File(filePath);
        File[]
childFiles = file.listFiles();
        for (File childFile
: childFiles) {
            if (childFile.isDirectory()) {
                myClassName.addAll(getClassNameByFile(childFile.getPath()));
            } else {
                String childFilePath =
childFile.getPath();
                if (childFilePath.endsWith(".class")) {
                    childFilePath =
childFilePath.substring(childFilePath.indexOf("\\classes") + 9, childFilePath.lastIndexOf("."));
                    childFilePath = childFilePath.replace("\\", ".");
                    myClassName.add(childFilePath);
                }
            }
        }

return myClassName;
    }

/**
     * 从jar获取某包下所有类
     * @return 类的完整名称
     */
    private static List<String> getClassNameByJar(JarFile jarFile ,String
packagePath) {
        List<String> myClassName = new ArrayList<String>();
        try {
            Enumeration<JarEntry>
entrys = jarFile.entries();
            while (entrys.hasMoreElements()) {
                JarEntry jarEntry =
entrys.nextElement();
                String entryName
= jarEntry.getName();
                //LOG.info("entrys
jarfile:"+entryName);
                if (entryName.endsWith(".class")) {
                    entryName =
entryName.replace("/", ".").substring(0, entryName.lastIndexOf("."));
                    myClassName.add(entryName);
                    //LOG.debug("Find Class :"+entryName);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            LOG.error("发生异常:"+e.getMessage());
            throw new RuntimeException("发生异常:"+e.getMessage());
        }
        return myClassName;
    }

}

五、项目应用

接口IProcessor

*/
public interface IProcessor {

void process(BaseMsgWrapper msg) throws Exception;

EventEnum getType();

default String getIpFromChannelContext(ChannelHandlerContext ctx){
        String[] ipPort =
ctx.channel().remoteAddress().toString().split(":");
        return ipPort[0].substring(1);
    }
}

接口实现类HeartBeatMsgProcessor，
主要 加了注解@Component

@Component
public class HeartBeatMsgProcessor implements IProcessor {

private static
final HikGaLogger logger =
HikGaLoggerFactory.getLogger(HeartBeatMsgProcessor.class);

@Override
    public EventEnum getType(){
        return EventEnum.HEART_BEAT;
    }

private BaseMsg bmsg = new BaseMsg( "requestId-null", EventEnum.HEART_BEAT.getEventType(),1L, Constants.ASYN_INVOKE,
            "pong", "uuid-null", Constants.ZH_CN);

@Override
    public void process(BaseMsgWrapper msg) throws Exception {
        Assert.notNull(msg);
        logger.debug("ping from [{}]", msg.getCtx().channel().remoteAddress().toString());
        msg.getCtx().writeAndFlush(bmsg);
    }
}

调用ClassUtil 获取接口的所有类，并根据查找到的类从spring容器中取出bean.

private ProcessorManager(){
    List<Class> classList = ClassUtil.getAllClassByInterface(IProcessor.class);
    LOG.info("processor num :"+classList.size());
    for(Class classItem : classList){
        IProcessor msgProcessor = null;
        try{
            msgProcessor =  (IProcessor) AppContext.getBean(classItem);
            processorMap.put(msgProcessor.getType(),msgProcessor);
        }catch (Exception e){
            LOG.error("加载脚本处理器:[{}]失败:[{}]!",classItem.getName(),e.getMessage());
            throw new RuntimeException("加载脚本处理器"+classItem.getName()+"失败");
        }
        LOG.info("加载脚本处理器成功:[{}] MsgType:[{}] ", classItem.getName(), msgProcessor.getType());
    }
    LOG.info("脚本处理器加载完成!");
}

代码中AppContext是对springContext 的封装，实现了ApplicationContextAware接口，目的是从Spring容器取出指定类的实例。代码见附录1.

 

六、更进一步

本文通过研究Java接口实现类的自动扫描加载，达成接口与调度程序的解耦，拓展了Java接口在代码解耦方面的应用价值。

虽然是获取接口所有实现类，但对获取类的所有子类，同样适用。

另外基于此功能，可以通过反射分析扫描上来的Class, 获知哪些类使用了自定义注解，然后应用注解处理器，完成注解处理器的自动执行。

 

七、最简单的实现方法

ApplicationContext 的 getBeansOfType 方法已经封装了该实现，可以直接调用。

AppContext 见附录1

IProcessor 为接口。Map<String, IProcessor> processorBeanMap 为返回值，key 为beanName ，value为 bean.

接口IProcessor实现类上 要加上注解@Component

Map<String, IProcessor> processorBeanMap = null;
try {
    processorBeanMap = AppContext.getContext().getBeansOfType(IProcessor.class);
}catch (BeansException e){
    throw new RuntimeException("加载脚本处理器Bean失败！");
}

调用AppContext 时，AppContex 必须已经被容器优先注入，否则可能会出现applicaitonContext未注入的报错。

可以在调用类上，加上注解
@DependsOn("appContext") 来控制appContext
优先加载。

附录1 AppContext

package com.hikvision.hummer.pandora.common.context;

import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class AppContext implements ApplicationContextAware {

    private static ApplicationContext context = null;
    /**
     * 实现ApplicationContextAware接口的context注入函数, 将其存入静态变量
     */
    public void setApplicationContext(ApplicationContext context) {
        AppContext.setContext(context);
    }

    /**
     * 取得存储在静态变量中的ApplicationContext.
     */
    public static ApplicationContext getContext() {
        if (context == null)
            throw new IllegalStateException("applicaitonContext未注入,请在applicationContext.xml中定义AppContext");
        return context;
    }
    /**
     * 存储静态变量中的ApplicationContext.
     */
    public static void setContext(ApplicationContext context) {
        AppContext.context = context;
    }
    /**
     * 从静态变量ApplicationContext中取得Bean, 自动转型为所赋值对象的类型
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> T getBean(String name) {
        if (context == null)
            throw new IllegalStateException("applicaitonContext未注入,请在applicationContext.xml中定义AppContext");
        try {
            return (T) context.getBean(name);
        } catch (BeansException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return (T) null;
    }

    /**
     * 从静态变量ApplicationContext中取得Bean, 自动转型为所赋值对象的类型
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> T getBean(Class<T> tClass) {
        if (context == null)
            throw new IllegalStateException("applicaitonContext未注入,请在applicationContext.xml中定义AppContext");
        try {
            return context.getBean(tClass);
        } catch (BeansException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}