Java中的SPI机制案例分享

1 简单介绍

当我们封装了一套接口，其它项目想要调用我们的接口只需要引入我们写好的包，但是其它项目如果想要对我们的接口进行扩展，由于接口是被封装在依赖包中的，想要扩展并不容易，这时就需要依赖于Java为我们提供的SPI机制。

SPI的全称是Service Provider Interface，服务提供者接口 ，而与之最接近的概念就是API，全称Application Programming Interface，应用程序编程接口。那么这两者主要的区别是什么呢？

API的调用方只能依赖使用提供方已有的实现，而 SPI就是可定制化的API，调用方可以自定义实现替换API提供的默认实现 。

SPI机制是非常重要的，尤其是对于框架来说，它可以用来启用框架扩展和替换组件，我们在读框架源码时也会看到大量的SPI的应用。

SPI的作用就是为这些被扩展的API寻找服务实现。

 

2 SPI 案例

创建一个工程，一个做SPI的服务提供者，一个做SPI服务引入扩展的测试，此案例构建最简单的Maven子父工程即可，在spi-test工程引入spi-provider的依赖。

spi-test添加依赖

    <dependencies>
      <dependency>
          <groupId>org.example</groupId>
          <artifactId>spi-provider</artifactId>
          <version>1.0-SNAPSHOT</version>
      </dependency>
  </dependencies>

在spi-provider中，提供接口和一个默认的实现类

在资源文件中加上如下图文件，并在改文件中指定接口的默认实现类

spi-test中构建可执行的测试方法，直接执行，会拿到默认的实现

我们可以在spi-test中扩展，这个接口，如下图所示：

这时我们的扩展并不能生效，我们仍需要在资源文件下，为接口指定我们扩展的实现类，这时在运行上述测试方法即可得到我们扩展后的结果，这就是SPI机制。

 

3 SPI 的原理剖析

ServiceLoader这个类包含了SPI的核心原理，从开头指定的路径前缀，我们就能猜到为什么我们必须将文件放入这个路径下才会生效。

通过load方法，创建一个ServiceLoader的对象，进入其构造方法，进行reload， 会创建一个新的LazyIterator迭代器，LazyIterator是一个内部类，它负责扫描META-INF/services/下的配置文件，并parse所有接口的名字，然后通过全限定类名通过反射进行实现类的加载。

public final class ServiceLoader<S>
  implements Iterable<S>
{
  // 扫描路径前缀
  private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
	// 被加载的类或者接口
  private final Class<S> service;
	// 用于定位、加载和实例化需要加载类的类加载器
  private final ClassLoader loader;
	// 上下文对象
  private final AccessControlContext acc;
	// 按照实例化的顺序缓存已经实例化的类
  private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
	// 懒查找迭代器
  private LazyIterator lookupIterator;
  // 重新加载
  public void reload() {
      // 清理缓存
      providers.clear();
      // 新的懒查找迭代器
      lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
  }
	// 构造方法
  private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
      service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
      loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
      acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
      reload();
  }
  private static void fail(Class<?> service, String msg, Throwable cause)
      throws ServiceConfigurationError
  {
      throw new ServiceConfigurationError(service.getName() + ": " + msg,
                                          cause);
  }
  private static void fail(Class<?> service, String msg)
      throws ServiceConfigurationError
  {
      throw new ServiceConfigurationError(service.getName() + ": " + msg);
  }
  private static void fail(Class<?> service, URL u, int line, String msg)
      throws ServiceConfigurationError
  {
      fail(service, u + ":" + line + ": " + msg);
  }
  private int parseLine(Class<?> service, URL u, BufferedReader r, int lc,
                        List<String> names)
      throws IOException, ServiceConfigurationError
  {
      String ln = r.readLine();
      if (ln == null) {
          return -1;
      }
      int ci = ln.indexOf('#');
      if (ci >= 0) ln = ln.substring(0, ci);
      ln = ln.trim();
      int n = ln.length();
      if (n != 0) {
          if ((ln.indexOf(' ') >= 0) || (ln.indexOf('\t') >= 0))
              fail(service, u, lc, "Illegal configuration-file syntax");
          int cp = ln.codePointAt(0);
          if (!Character.isJavaIdentifierStart(cp))
              fail(service, u, lc, "Illegal provider-class name: " + ln);
          for (int i = Character.charCount(cp); i < n; i += Character.charCount(cp)) {
              cp = ln.codePointAt(i);
              if (!Character.isJavaIdentifierPart(cp) && (cp != '.'))
                  fail(service, u, lc, "Illegal provider-class name: " + ln);
          }
          if (!providers.containsKey(ln) && !names.contains(ln))
              names.add(ln);
      }
      return lc + 1;
  }
  private Iterator<String> parse(Class<?> service, URL u)
      throws ServiceConfigurationError
  {
      InputStream in = null;
      BufferedReader r = null;
      ArrayList<String> names = new ArrayList<>();
      try {
          in = u.openStream();
          r = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8"));
          int lc = 1;
          while ((lc = parseLine(service, u, r, lc, names)) >= 0);
      } catch (IOException x) {
          fail(service, "Error reading configuration file", x);
      } finally {
          try {
              if (r != null) r.close();
              if (in != null) in.close();
          } catch (IOException y) {
              fail(service, "Error closing configuration file", y);
          }
      }
      return names.iterator();
  }
  private class LazyIterator
      implements Iterator<S>
  {
      Class<S> service;
      ClassLoader loader;
      Enumeration<URL> configs = null;
      Iterator<String> pending = null;
      String nextName = null;
      private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {
          this.service = service;
          this.loader = loader;
      }
      private boolean hasNextService() {
          if (nextName != null) {
              return true;
          }
          if (configs == null) {
              try {
                  String fullName = PREFIX + service.getName();
                  if (loader == null)
                      configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
                  else
                      configs = loader.getResources(fullName);
              } catch (IOException x) {
                  fail(service, "Error locating configuration files", x);
              }
          }
          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 {
              c = Class.forName(cn, false, loader);
          } catch (ClassNotFoundException x) {
              fail(service,
                   "Provider " + cn + " not found");
          }
          if (!service.isAssignableFrom(c)) {
              fail(service,
                   "Provider " + cn  + " not a subtype");
          }
          try {
              S p = service.cast(c.newInstance());
              providers.put(cn, p);
              return p;
          } catch (Throwable x) {
              fail(service,
                   "Provider " + cn + " could not be instantiated",
                   x);
          }
          throw new Error();          // This cannot happen
      }
      public boolean hasNext() {
          if (acc == null) {
              return hasNextService();
          } else {
              PrivilegedAction<Boolean> action = new PrivilegedAction<Boolean>() {
                  public Boolean run() { return hasNextService(); }
              };
              return AccessController.doPrivileged(action, acc);
          }
      }
      public S next() {
          if (acc == null) {
              return nextService();
          } else {
              PrivilegedAction<S> action = new PrivilegedAction<S>() {
                  public S run() { return nextService(); }
              };
              return AccessController.doPrivileged(action, acc);
          }
      }
      public void remove() {
          throw new UnsupportedOperationException();
      }
  }
  public Iterator<S> iterator() {
      return new Iterator<S>() {
          Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders
              = providers.entrySet().iterator();
          public boolean hasNext() {
              if (knownProviders.hasNext())
                  return true;
              return lookupIterator.hasNext();
          }
          public S next() {
              if (knownProviders.hasNext())
                  return knownProviders.next().getValue();
              return lookupIterator.next();
          }
          public void remove() {
              throw new UnsupportedOperationException();
          }
      };
  }
  public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
      ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
      return ServiceLoader.load(service, cl);
  }
  public static <S> ServiceLoader<S> loadInstalled(Class<S> service) {
      ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
      ClassLoader prev = null;
      while (cl != null) {
          prev = cl;
          cl = cl.getParent();
      }
      return ServiceLoader.load(service, prev);
  }
  public String toString() {
      return "java.util.ServiceLoader[" + service.getName() + "]";
  }
}

从上面的源码中，我们不难发现ServiceLoader并没有额外的加锁机制，所以会存在并发问题，再就是获取对应的实现类不够灵活，需要使用迭代器的方式获取已知接口的所有具体实现类，所以每次都要加载和实例化所有的实现类，扩展如果依赖了其它的扩展，做不到自动注入和装配，扩展很难和其它框架集成。

也正是基于这种种原因，许多框架中不会去直接使用ServiceLoader这种原生的SPI机制而是会去基于这种思想进行一定的扩展，使其的功能更加强大，典型的案例就是dubbo的SPI，SpringBoot的SPI。

小编的这篇文章《 SpringBoot借助spring.factories文件跨模块实例化Bean 》就是讲SpringBoot中的SPI机制，感兴趣的同学可以阅读一下。

到此这篇关于Java中的SPI机制案例分享的文章就介绍到这了,更多相关Java中的SPI机制内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

原文链接：https://juejin.cn/post/7083506719715754020

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