2.1 jdk-spi的实现原理

Posted 2020-10-09 赵计刚

dubbo-spi是在jdk-spi的基础上进行重写优化，下面看一下jdk-spi。

一、作用

• 为接口自动寻找实现类。

二、实现方式

• 标准制定者制定接口
• 不同厂商编写针对于该接口的实现类，并在jar的“classpath:META-INF/services/全接口名称”文件中指定相应的实现类全类名
• 开发者直接引入相应的jar，就可以实现为接口自动寻找实现类的功能

三、使用方法

注意：示例以Log体系为例，但是实际中的Log体系并不是这样来实现的。

1、pom.xml

1 <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
2 <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
3          xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
4          xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
5     <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
6     <groupId>com.hulk</groupId>
7     <artifactId>java-spi</artifactId>
8     <version>1.0-SNAPSHOT</version>
9 </project>

2、标准接口：com.hulk.javaspi.Log

1 package com.hulk.javaspi;
2 
3 public interface Log {
4     void execute();
5 }

3、具体实现1：com.hulk.javaspi.Log4j

1 package com.hulk.javaspi;
2 
3 public class Log4j implements Log {
4     @Override
5     public void execute() {
6         System.out.println("log4j ...");
7     }
8 }

4、具体实现2：com.hulk.javaspi.Logback

1 package com.hulk.javaspi;
2 
3 public class Logback implements Log {
4     @Override
5     public void execute() {
6         System.out.println("logback ...");
7     }
8 }

5、指定使用的实现文件：META-INF/services/com.hulk.javaspi.Log

1 com.hulk.javaspi.Logback

注意

• 这里指定了实现类Logback，那么加载的时候就会自动为Log接口指定实现类为Logback。
• 这里也可以指定两个实现类，那么在实际中使用哪一个实现类，就需要使用额外的手段来控制。

  1 com.hulk.javaspi.Logback
  2 com.hulk.javaspi.Log4j

6、加载实现主类：com.hulk.javaspi.Main

 1 package com.hulk.javaspi;
 2 
 3 import java.util.Iterator;
 4 import java.util.ServiceLoader;
 5 
 6 public class Main {
 7     public static void main(String[] args) {
 8         ServiceLoader<Log> serviceLoader = ServiceLoader.load(Log.class);
 9         Iterator<Log> iterator = serviceLoader.iterator();
10         while (iterator.hasNext()) {
11             Log log = iterator.next();
12             log.execute();
13         }
14     }
15 }

注意：

• ServiceLoader不是实例化以后，就去读取配置文件中的具体实现，并进行实例化。而是等到使用迭代器去遍历的时候，才会加载对应的配置文件去解析，调用hasNext方法的时候会去加载配置文件进行解析，调用next方法的时候进行实例化并缓存 - 具体见“源码分析”

现在来解析Main的源码。

四、源码解析

1、获取ServiceLoader

1 ServiceLoader<Log> serviceLoader = ServiceLoader.load(Log.class);

源码：

首先来看一下ServiceLoader的6个属性

1      private static final String PREFIX = "META-INF/services/";//定义实现类的接口文件所在的目录
2      private final Class<S> service;//接口
3      private final ClassLoader loader;//定位、加载、实例化实现类
4      private final AccessControlContext acc;//权限控制上下文
5      private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();//以初始化的顺序缓存<接口全名称, 实现类实例>
6      private LazyIterator lookupIterator;//真正进行迭代的迭代器

其中LazyIterator是ServiceLoader的一个内部类，在迭代部分会说。

 1     public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
 2         ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 3         return ServiceLoader.load(service, cl);
 4     }
 5 
 6     public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,
 7                                             ClassLoader loader) {
 8         return new ServiceLoader<>(service, loader);
 9     }
10 
11     private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {
12         service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
13         loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
14         acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
15         reload();
16     }
17 
18     public void reload() {
19         providers.clear();//清空缓存
20         lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
21     }

这样一个ServiceLoader实例就创建成功了。在创建的过程中，我们看到还实例化了一个LazyIterator，该类下边会说。

2、获取迭代器并迭代

1          Iterator<Log> iterator = serviceLoader.iterator();
2          while (iterator.hasNext()) {
3              Log log = iterator.next();
4              log.execute();
5          }

外层迭代器：

 1     public Iterator<S> iterator() {
 2         return new Iterator<S>() {
 3 
 4             Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders
 5                 = providers.entrySet().iterator();
 6 
 7             public boolean hasNext() {
 8                 if (knownProviders.hasNext())
 9                     return true;
10                 return lookupIterator.hasNext();
11             }
12 
13             public S next() {
14                 if (knownProviders.hasNext())
15                     return knownProviders.next().getValue();
16                 return lookupIterator.next();
17             }
18 
19             public void remove() {
20                 throw new UnsupportedOperationException();
21             }
22 
23         };
24     }

 从查找过程hasNext()和迭代过程next()来看。

• hasNext()：先从provider（缓存）中查找，如果有，直接返回true；如果没有，通过LazyIterator来进行查找。
• next()：先从provider（缓存）中直接获取，如果有，直接返回实现类对象实例；如果没有，通过LazyIterator来进行获取。

下面来看一下，LazyIterator这个类。首先看一下他的属性：

1         Class<S> service;//接口
2         ClassLoader loader;//类加载器
3         Enumeration<URL> configs = null;//存放配置文件
4         Iterator<String> pending = null;//存放配置文件中的内容，并存储为ArrayList，即存储多个实现类名称
5         String nextName = null;//当前处理的实现类名称

其中，service和loader在上述实例化ServiceLoader的时候就已经实例化好了。

下面看一下hasNext()：

 1         public boolean hasNext() {
 2             if (acc == null) {
 3                 return hasNextService();
 4             } else {
 5                 PrivilegedAction<Boolean> action = new PrivilegedAction<Boolean>() {
 6                     public Boolean run() { return hasNextService(); }
 7                 };
 8                 return AccessController.doPrivileged(action, acc);
 9             }
10         }
11 
12         private boolean hasNextService() {
13             if (nextName != null) {
14                 return true;
15             }
16             if (configs == null) {
17                 try {
18                     String fullName = PREFIX + service.getName();
19                     if (loader == null)
20                         configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
21                     else
22                         configs = loader.getResources(fullName);
23                 } catch (IOException x) {
24                     fail(service, "Error locating configuration files", x);
25                 }
26             }
27             while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
28                 if (!configs.hasMoreElements()) {
29                     return false;
30                 }
31                 pending = parse(service, configs.nextElement());
32             }
33             nextName = pending.next();
34             return true;
35         }

hasNextService()中，核心实现如下：

• 首先使用loader加载配置文件，此时找到了META-INF/services/com.hulk.javaspi.Log文件；
• 然后解析这个配置文件，并将各个实现类名称存储在pending的ArrayList中; -->  此时[ com.hulk.javaspi.Logback ]
• 最后指定nextName; --> 此时nextName=com.hulk.javaspi.Logback

 下面看一下next()：

 1         public S next() {
 2             if (acc == null) {
 3                 return nextService();
 4             } else {
 5                 PrivilegedAction<S> action = new PrivilegedAction<S>() {
 6                     public S run() { return nextService(); }
 7                 };
 8                 return AccessController.doPrivileged(action, acc);
 9             }
10         }
11 
12         private S nextService() {
13             if (!hasNextService())
14                 throw new NoSuchElementException();
15             String cn = nextName;
16             nextName = null;
17             Class<?> c = null;
18             try {
19                 c = Class.forName(cn, false, loader);
20             } catch (ClassNotFoundException x) {
21                 fail(service,
22                      "Provider " + cn + " not found");
23             }
24             if (!service.isAssignableFrom(c)) {
25                 fail(service,
26                      "Provider " + cn  + " not a subtype");
27             }
28             try {
29                 S p = service.cast(c.newInstance());
30                 providers.put(cn, p);
31                 return p;
32             } catch (Throwable x) {
33                 fail(service,
34                      "Provider " + cn + " could not be instantiated",
35                      x);
36             }
37             throw new Error();          // This cannot happen
38         }

nextService()中，核心实现如下：

• 首先加载nextName代表的类Class，这里为com.hulk.javaspi.Logback；
• 之后创建该类的实例，并转型为所需的接口类型
• 最后存储在provider中，供后续查找，最后返回转型后的实现类实例。

再next()之后，拿到实现类实例后，就可以执行其具体的方法了。

 

五、缺点

• 查找一个具体的实现需要遍历查找，耗时；-->此时就体现出Collection相较于Map差的地方，map可以直接根据key来获取具体的实现 （dubbo-spi实现了根据key获取具体实现的方式）