初探Java中的SPI

本文通过探析JDK提供的,在开源项目中比较常用的Java SPI机制,希望给大家在实际开发实践、学习开源项目提供参考。

一、SPI是什么

SPI全称Service Provider Interface,是Java提供的一套用来被第三方实现或者扩展的API,它可以用来启用框架扩展和替换组件。

整体机制图如下:

image.png

Java SPI 实际上是“基于接口的编程+策略模式+配置文件”组合实现的动态加载机制。

系统设计的各个抽象,往往有很多不同的实现方案,在面向的对象的设计里,一般推荐模块之间基于接口编程,模块之间不对实现类进行硬编码。

一旦代码里涉及具体的实现类,就违反了可拔插的原则,如果需要替换一种实现,就需要修改代码。为了实现在模块装配的时候能不在程序里动态指明,这就需要一种服务发现机制。

Java SPI就是提供这样的一个机制:为某个接口寻找服务实现的机制。有点类似IOC的思想,就是将装配的控制权移到程序之外,在模块化设计中这个机制尤其重要。所以SPI的核心思想就是解耦。

二、使用场景

概括地说,适用于:调用者根据实际使用需要,启用、扩展、或者替换框架的实现策略

比较常见的例子:

  • 数据库驱动加载接口实现类的加载
    JDBC加载不同类型数据库的驱动

  • 日志门面接口实现类加载
    SLF4J加载不同提供商的日志实现类

  • Spring
    Spring中大量使用了SPI,比如:对servlet3.0规范对ServletContainerInitializer的实现、自动类型转换Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等

  • Dubbo
    Dubbo中也大量使用SPI的方式实现框架的扩展, 不过它对Java提供的原生SPI做了封装,允许用户扩展实现Filter接口

三、使用介绍

要使用Java SPI,需要遵循如下约定:

  • 1、当服务提供者提供了接口的一种具体实现后,在jar包的META-INF/services目录下创建一个以“接口全限定名”为命名的文件,内容为实现类的全限定名;

  • 2、接口实现类所在的jar包放在主程序的classpath中;

  • 3、主程序通过java.util.ServiceLoder动态装载实现模块,它通过扫描META-INF/services目录下的配置文件找到实现类的全限定名,把类加载到JVM;

  • 4、SPI的实现类必须携带一个不带参数的构造方法;

四、示例代码

步骤1:定义一组接口 (假设是org.foo.demo.IShout),并写出接口的一个或多个实现,(假设是org.foo.demo.animal.Dog、org.foo.demo.animal.Cat)。

image.png

步骤2: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.foo.demo.IShout文件),内容是要应用的实现类(这里是org.foo.demo.animal.Dog和org.foo.demo.animal.Cat,每行一个类)。

image.png

步骤3:使用 ServiceLoader 来加载配置文件中指定的实现。

image.png

代码输出:

image.png

五、原理解析

首先看ServiceLoader类的签名类的成员变量:

image.png

参考具体源码,梳理了一下,实现的流程如下:

应用程序调用ServiceLoader.load方法

ServiceLoader.load方法内先创建一个新的ServiceLoader,并实例化该类中的成员变量,包括:

  • loader(ClassLoader类型,类加载器)

  • acc(AccessControlContext类型,访问控制器)

  • providers(LinkedHashMap类型,用于缓存加载成功的类),s>

  • lookupIterator(实现迭代器功能)

应用程序通过迭代器接口获取对象实例

ServiceLoader先判断成员变量providers对象中(LinkedHashMap类型)是否有缓存实例对象,如果有缓存,直接返回。
如果没有缓存,执行类的装载:
,s>

  • 读取META-INF/services/下的配置文件,获得所有能被实例化的类的名称

  • 通过反射方法Class.forName()加载类对象,并用instance()方法将类实例化

  • 把实例化后的类缓存到providers对象中(LinkedHashMap类型)
    然后返回实例对象。,s>

六、总结

优点

使用Java SPI机制的优势是实现解耦,使得第三方服务模块的装配控制的逻辑与调用者的业务代码分离,而不是耦合在一起。应用程序可以根据实际业务情况启用框架扩展或替换框架组件。

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。

  • 多个并发多线程使用ServiceLoader类的实例是不安全的。


摘自: https://developer.aliyun.com/article/640161