Java SPI 与 dubbo SPI

Posted 2021-05-29 茕祇

Java原生SPI

面向接口编程+策略模式

实现

建立接口

Robot

public interface Robot {
    /**
     * 测试方法1
     */
    void sayHello();
}

多个实现类实现接口

RobotA

public class RobotA implements Robot {
    public RobotA() {
        System.out.println("Happy RobotA is loaded");
    }
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("i am a very very happy Robot ");
    }
    public void sayBye(){}
}

RobotB

public class RobotB implements Robot {
    public RobotB() {
        System.out.println("SB RobotB is loaded");
    }
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("i am a da sha bi ");
    }
    public void sayBye(){}
}

配置实现类与接口

在META-INF/services目录下建立一个以接口全限定名为名字的文件,里面的内容是实现类的全限定名

原理

通过ServiceLoader与配置文件中的全限定名加载所有实现类,根据迭代器获取具体的某一个类

我们通过对下面一段代码的分析来说明

ServiceLoader<Robot> serviceLoader=ServiceLoader.load(Robot.class);
serviceLoader.forEach(Robot::sayHello);

load(Robot.class)这个方法的目的只是为了设置类加载器为线程上下文加载器,我们当然可以不这么做,直接调用load(Class service,ClassLoader loader)方法

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
    ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    return ServiceLoader.load(service, cl);
}

这个load方法其实也没有做什么实质的事,仅仅是实例化了一个ServiceLoad对象返回罢了

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,
                                        ClassLoader loader)
{
    return new ServiceLoader<>(service, loader);
}

那是不是构造方法做了最核心的事呢?

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();
}
public void reload() {
    //这里的provider是一个对于已实例化对象的缓存,为Map类型
        providers.clear();
        lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
    }

没有,这里仅仅只是检验了参数和权限这样一些准备操作.然后实例化了一个LazyIterator

这是LazyIterator的构造函数

private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {
    this.service = service;
    this.loader = loader;
}

然后....,没了,ServiceLoader<Robot> serviceLoader=ServiceLoader.load(Robot.class);执行完毕了,到这里,并没有实例化我们所需要的Robot对象,而仅仅只是返回了一个ServiceLoader对象

这时候如果我们去看serviceLoader的对象方法是这样的

有用的只有这三个方法,reload上面已经提到过,只是重新实例化一个对象而已.

而另外两个iterator()是个迭代器,foreach也只是用于迭代的语法糖罢了.如果我们debug的话,会发现foreach的核心依旧会变成iterator(),好了,接下来重点看iterator()

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();
        }

    };

这个方法实际上是返回了一个Iterator对象.而通过这个Iterator,我们可以遍历获取我们所需要的Robot对象.

我们来看其用于获取对象的next方法

 public S next() {
            if (knownProviders.hasNext())
                return knownProviders.next().getValue();
            return lookupIterator.next();
        }

这个方法是先在缓存里找,缓存里找不到,就需要用最开始的实例化的lookupIterator找

再来看看它的next方法

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);
    }
}

这方法的核心是nextService,我们继续看实现,这个方法比较长,我贴一部分核心

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");
}

用hasNextService()判断是否还可以继续迭代,通过class.forName反射获取实例,最后再加入到provider缓存中.于是基本逻辑就完成了.那nextName哪来的.是在hasNextService()中获取的.

依旧只有核心代码

//获取文件
String fullName = PREFIX + service.getName();
if (loader == null)
    configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
else
    configs = loader.getResources(fullName);
//解析文件配置
while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
                if (!configs.hasMoreElements()) {
                    return false;
                }
                pending = parse(service, configs.nextElement());
            }
            nextName = pending.next();

根据前缀(即META-INF/services)和接口的全限定名去找到对应的配置文件.然后加载里面的配置,获取具体实现类的名字.

Dubbo增强SPI

实现

建立接口

与原生SPI不同,dubbo需要加入@SPI注解

Robot

@SPI
public interface Robot {
    /**
     * 测试方法1
     */
    void sayHello();
}

多个实现类实现接口

RobotA

public class RobotA implements Robot {
    public RobotA() {
        System.out.println("Happy RobotA is loaded");
    }
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("i am a very very happy Robot ");
    }
    public void sayBye(){}
}

RobotB

public class RobotB implements Robot {
    public RobotB() {
        System.out.println("SB RobotB is loaded");
    }
    @Override
    public void sayHello() {
        System.out.println("i am a da sha bi ");
    }
    public void sayBye(){}
}

配置实现类与接口

在META-INF/dubbo目录下建立一个以接口全限定名为名字的文件,里面的内容是自定义名字与类的全限定名的键值对,举个例子

robotA = cn.testlove.double_dubbo.inter.impl.RobotA
robotB=cn.testlove.double_dubbo.inter.impl.RobotB

原理

我们通过对下列代码的调用来进行分析

ExtensionLoader<Robot> extensionLoader= ExtensionLoader.getExtensionLoader(Robot.class);
Robot robotB = extensionLoader.getExtension("robotB");

第一句代码没什么好说的,只是获取一个Robot的ExtensionLoader对象并且缓存在Map中,下次如果是同样的接口可以直接从map中获取

ExtensionLoader<T> loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
if (loader == null) {
    EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader<T>(type));
    loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
}

再来看第二句代码

//从缓存中找
final Holder<Object> holder = getOrCreateHolder(name);
Object instance = holder.get();
//双重检查
if (instance == null) {
    synchronized (holder) {
        instance = holder.get();
        if (instance == null) {
            instance = createExtension(name);
            holder.set(instance);
        }
    }
}

首先从缓存里找，找不到再创建一个新的对象。

再看createExtension(name)方法

 Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);

T instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
if (instance == null) {
    EXTENSION_INSTANCES.putIfAbsent(clazz, clazz.newInstance());
    instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
}
injectExtension(instance);
Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
if (CollectionUtils.isNotEmpty(wrapperClasses)) {
    for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
        instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
    }
}
initExtension(instance);
return instance;

注意对于Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);这一句的理解，这一句是获取配置文件中所有类的Class实例，而不是获取所有扩展类的实例。

接下来的流程其实也就简单了从EXTENSION_INSTANCES缓存中获取instance实例,如果没有,就借助Class对象实例化一个,再放入缓存中

接着用这个instance去实例化一个包装类然后返回.自此,一个我们需要的对象产生了.

最后我们看看getExtensionClasses()这个方法

Map<String, Class<?>> classes = cachedClasses.get();
if (classes == null) {
    synchronized (cachedClasses) {
        classes = cachedClasses.get();
        if (classes == null) {
            classes = loadExtensionClasses();
            cachedClasses.set(classes);
        }
    }
}
return classes;

这里的classes就是用来存各个扩展类Class的Map缓存,如果不存在的话,会调用loadExtensionClasses();去加载,剩下的就是找到对应路径下的配置文件,获取全限定名了

上文我在分析Dubbo SPI时,多次提到Map,缓存二词,我们可以具体有以下这些.其实看名字就大概知道作用了

private final ConcurrentMap<Class<?>, String> cachedNames = new ConcurrentHashMap<>();
private final Holder<Map<String, Class<?>>> cachedClasses = new Holder<>()    
private final Map<String, Object> cachedActivates = new ConcurrentHashMap<>();
private final ConcurrentMap<String, Holder<Object>> cachedInstances = new ConcurrentHashMap<>();
private final Holder<Object> cachedAdaptiveInstance = new Holder<>();
private volatile Class<?> cachedAdaptiveClass = null;
private String cachedDefaultName;

对比原生的java SPI,dubbo的无疑更灵活,可以按需去加载某个类,也可以很便捷的通过自定义的名字去获取类.而且Dubbo还支持setter注入.这点以后再讲.

最后提一个问题,java原生的SPI只有在用iterator遍历到的时候才会实例化对象,那能不能在遇到自己想要的实现对象时就停止遍历,避免不必要的资源消耗呢?