某厂面试：如何优雅使用 SPI 机制

Posted 2021-06-14 Javachichi

代码不多，文章可能有点长。朋友面试某厂问到的 SPI 机制，联想到自己项目最近写到的 SPI 场景，文章简要描述下 SPI 机制的发展历程

产出背景

因为最近项目中使用分库分表以及数据加密使用到了 ShardingSphere，所以决定这段时间看看源码实现。问我为什么要读源码？不看源码怎么提高逼格嘞，就是这么朴实无华～

Sharding-Jdbc SPI

看源码的历程，往往从点开 Jar 包的瞬间开始。好巧不巧，就看到源代码包下有个 SPI 包，处于好奇心就点了一点，嗯～ 代码果然很熟悉，还是那个配方原来的味道

看了许久，陷入深深的沉思。内心小九九：这玩意好像之前看过，但是在哪我忘了，这到底是个啥？

代码还是那个代码，只是它认识我，我不认识它了

这一块的 SPI 接口是 shrding-jdbc 预留自定义加密器的接口

看到这里相信就遇到过绝大多数技术同学都会遇到的一个问题，那就是 认为自己会了，实际情况呢？不一定。所以，学习一门技术，一定要多看几遍，尝试去理解记忆。千万不要看一遍之后，眼高手低认为技术 so easy，然后隔十天半个月就啥都不记的

继续回过头来说说今天的主角：SPI。首先回答这么一个问题，什么是 SPI 机制

SPI 全称为 Service Provider Interface，是一种服务发现机制。为了被第三方实现或扩展的 API，它可以用于实现框架扩展或组件替换

SPI 机制本质是将 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，加载文件中的实现类，这样运行时可以动态的为接口替换实现类

看文字描述介绍总是枯燥无味且空洞的。简单一点来说，就是你在 META-INF/services 下面定义个文件，然后通过一个特殊的类加载器，启动的时候加载你定义文件中的类，这样就能扩展原有框架的功能

就这么简单，那可能有读者会问：我不定义在 META-INF/services 下面行不行？就想定义在别的地方

不行滴，请遏制住这么危险的想法，人家怎么定义你就怎么实现。这是 JDK 规定好的配置路径，你随便定义，类加载器怎么知道去哪里加载

看到这个PREFIX 常量之后，想法比较活跃的小伙子不知道清醒点了么。简单画张图来描述下 SPI 的运行机制

有点 SPI 基础的同学看到图之后应该又开始自信了，这不就是我之前看过的那玩意么？是的，技术还是那个技术，可以继续往下看看，有没有自己不知道的

为什么要有 SPI

了解一项技术的前提，一定要知道它为了解决什么样的痛点而存在，JDK 作者也不会没屁事加点代码玩

引入了 SPI 机制后，服务接口与服务实现就会达成分离的状态，可以实现 解耦以及程序可扩展机制。服务提供者（比如 springboot starter）提供出 SPI 接口后，客户端（平常的 springboot 项目）就可以通过本地注册的形式，将实现类注册到服务端，轻松实现可插拔

数据加密举例

以实际项目举个例子，就拿 sharding-jdbc 数据加密模块来说，sharding-jdbc 本身支持 AES 和 MD5 两种加密方式。但是，如果客户端不想用内置的两种加密，偏偏想用 RSA 算法呢？难道每加一种算法，sharding-jdbc 就要发个版本么

sharding-jdbc 可不会这么干，首先提供出 Encryptor 加密接口，并引入 SPI 的机制，做到服务接口与服务实现分离的效果。如果客户端想要使用新的加密算法，只需要在客户端项目 META-INF/services 目录下定义接口的全限定名称文件，并在文件内写上加密实现类的全限定名，就像这样式的

通过 SPI 的方式，就可以将客户端提供的加密算法加载到 sharding-jdbc 加密规则中，这样就可以在项目运行中选择自定义算法来对数据进行加密存储

通过 sharding-jdbc 的例子，可以很好的看出来，上面提到的 SPI 优点，都体现了出来

1.客户端（自己的项目）提供了服务端（sharding-jdbc）的接口自定义实现，但是与服务端状态分离，只有在客户端提供了自定义接口实现时才会加载，其它并没有关联；客户端的新增或删除实现类不会影响服务端
2.如果客户端不想要 RSA 算法，又想要使用内置的 AES 算法，那么可以随时删掉实现类，可扩展性强，插件化架构

配合实际案例理解 SPI 是不是很简单。为了防止有些小伙伴没有理解 sharding-jdbc 的例子，这里再举一个真实的例子

对象存储举例

假如你是一家集团公司里做公共架构开发的（可以把这个集团想大一点，几百家子公司的那种 ️ ），领导给你安排了个开发任务，需要你开发一个对象存储服务，让其它业务线的团队使用，统一集团内部的对象存储

OK，开发诉求明白了，这个时候就该想想怎么去完成这个需求（主要想给领导留个好印象，升官发财 ing…）。首先应该考虑的是要兼容多套对象存储供应商，比如阿里 OSS、腾讯 COS、华为云 OBS，最基本的三连对吧

高高兴兴的封装了个 starter，告诉领导封装完成了，然后就下发到各项目组去用了。但是这个时候其中一个子公司负责人告诉你，说他们之前用的七牛云 Kodo

心态炸了呀，难道要给他再适配一个七牛云么？万一适配完这个，又一位大哥说项目自建 HDFS 咋整

聊到这，大家就明白了吧，SPI 的场景可不就出现了么。就是身为服务提供者，在你无法形成绝对规范强制的时候，“放权” 往往是比较明智的选择，适当让客户端去自定义实现

这个时候，回过头想一想最初的一个问题。为什么 sharding-jdbc 不多实现几套算法，而是提供出一个 SPI 接口呢

因为开发者明白，不论提供多少接口，总有个别用户因各方面因素导致的个性化需求。个性化这个事情是追摸不透的，就像 女生的心思一样，永远不知道在想什么…（重点都加黑加粗了，剩下的全靠自己领悟）

实战讲解

都说到这了，不来个实战，感觉有点说不过去。吹过的牛逼，负责到底！就实现上面说的统一对象存储服务的代码

最简单的对象存储，只需要两个接口就可以实现功能，分别是 上传和下载

定义好上传、下载接口后，我们就要考虑，如何让客户端项目可以选择底层的对象存储服务器，以及如何通过 SPI 的方式将客户端自定义的文件存储组件加载到服务端

我们可以定义个对象存储容器，存放可以使用的对象存储服务，然后再 使用 SPI 的机制加载客户端自定义组件放到容器。对象存储服务放到容器中自然需要一个标识，那么就需要给文件接口加一个获取类型接口

定义好了接口，就要写具体的代码了。我们为 对象存储服务提供出一个对外的门面，所有访问对象存储的服务，必须访问门面对象进行文件的上传下载操作

下面这段代码将 对象服务 bean 存储至容器，并提供根据客户端的自定义配置，选择合适的对象存储服务

代码里用到的关键字 var 是 lombok 的注解，可以自动识别对象类型

因为是个示例 demo，所以将获取对象存储和具体的上传、下载耦合在了一起，如果小伙伴有类似需求，一定要将不同行为拆分开，类职责尽量单一些

这段代码整体逻辑不算复杂，所以也有点自信回头，就没跑单元测试，不过问题应该不大。解释一下其中具体逻辑：

1.FileServiceFactory大家可以理解为文件服务对外的统一访问入口。实现了 spirng 初始化的一个接口，可以在 bean 初始化时进行代码逻辑操作
2.bean 初始化时，通过 ServiceLoader 类加载器负责加载对象存储接口，这样就能加载到客户端存放到 META-INF/services中的自定义对象存储实现
3.获取到自定义对象存储后，和服务端本身自带的对象存储一起存放至容器中，这样就可以根据项目中的 fileStoreType 获取对应的服务了

结合实际的项目场景，一个简简单单的 SPI 应用就完成了，自我感觉比 JDBC 装配的例子更好理解一些

上面的业务只是为了让不理解 SPI 的小伙伴更好的掌握应用场景，其实对象存储服务是一种可穷举的业务场景，SPI 并不是唯一的解决思路。当然，为了省事使用 SPI 也没啥问题。最后提一句，SPI 最合适的还是没有统一业务实现场景，就像上面提到过的加密算法

深入解析 SPI

一篇技术解析文章，适当放一些源码解析感觉会更好一些。下面一起来看看 ServiceLoader底层都做了什么事情

通过 ServiceLoader 的 load 方法创建一个新的 ServiceLoader，并实例化其中的成员变量

应用程序通过迭代器接口获取对象实例，这里首先会判断 providers对象中是否有实例对象

如果有实例，那么就返回；如果没有，执行类的装载步骤，具体类装载实现如下：

1.LazyIterator#hasNextService 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，并完成 SPI 配置文件的解析
2.LazyIterator#nextService 负责实例化 hasNextService()读到的实现类，并将实例化后的对象存放到 providers 集合中缓存

如果你不知道上面的一些 “黑话” 不要紧，因为都是 ServiceLoader 底层执行的方法，跟着下面这个程序敲一遍代码就懂了

这里为了跟源码，也是把上面对象存储的逻辑，简单写了个 SPI 示例，证明是没有问题的。如果小伙伴想真正了解，就需要跟下源码去看看，其它源码部分就不细说了

结言

上面说了很多关于 SPI 机制的优点以及应用场景，这里总结下关键内容

1.SPI 机制优势就是解耦。将接口的定义以及具体业务实现分离，而不是和业务端全部耦合在一端。可以实现 运行时根据业务实际场景启用或者替换具体组件
2.SPI 机制的场景就是 没有统一实现标准的业务场景。一般就是，服务端有标准的接口，但是没有统一的实现，需要业务方提供其具体实现。比如说 JDBC 的 java.sql.Driver 接口和不同云厂商提供的数据库实现包

每个事物都是既有优点，同时也伴随着缺点。要从两个方面去看，不能总盯着一方面。这里说一下 SPI 机制的缺点

1.不能按需加载。虽然 ServiceLoader 做了延迟加载，但是只能通过遍历的方式全部获取。如果其中某些实现类很耗时，而且你也不需要加载它，那么就形成了资源浪费
2.获取某个实现类的方式不够灵活，只能通过迭代器的形式获取。这两点可以参考 Dubbo SPI 实现方式进行业务优化

文章通过图文并茂的方式帮助大家重新梳理了一遍 SPI 的场景、优势和缺点，看完文章后相信大家对 SPI 机制有了更深入的认识

梳理出 SPI 的场景以及优势后，小伙伴最好再去 Debug 源代码，这样会大家对 SPI 的实现才能更加清楚。只有对一个知识点真正掌握，才不至于事后很快遗忘

另外可以通过项目中的场景，比如文中提到的加密、对象存储，通过类比的方式结合项目逻辑去实现代码代入，这样能够更好的去学习以及扩展相关的设计思路

最后

给大家分享一篇一线开发大牛整理的java高并发核心编程神仙文档，里面主要包含的知识点有：多线程、线程池、内置锁、JMM、CAS、JUC、高并发设计模式、Java异步回调、CompletableFuture类等。

文档地址：一篇神文就把java多线程，锁，JMM，JUC和高并发设计模式讲明白了

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