可插拔组件设计机制—SPI
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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