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Java Spring和Dubbo的三种SPI机制的区别是什么?

SPI有什么用?举个栗子,现在我们设计了一款全新的日志框架:「super-logger」。默认以XML文件作为我们这款日志的配置文件,并设计了一个配置文件解析的接口:packagecom.github.kongwu.spisamples;publicinterfaceSuperLoggerConfiguration{voidconfigure(StringconfigFile);}然后来一个默认的XML实现:packagecom.github.kongwu.spisamples;publicclassXM

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    SPI 有什么用?

    举个栗子,现在我们设计了一款全新的日志框架:「super-logger」。默认以XML文件作为我们这款日志的配置文件,并设计了一个配置文件解析的接口:

    package com.github.kongwu.spisamples;
    
    public interface SuperLoggerConfiguration {
    void configure(String configFile);
    }

    然后来一个默认的XML实现:

    package com.github.kongwu.spisamples;
    public class XMLConfiguration implements SuperLoggerConfiguration{
    public void configure(String configFile){
    ......
    }
    }

    那么我们在初始化,解析配置时,只需要调用这个XMLConfiguration来解析XML配置文件即可

    package com.github.kongwu.spisamples;
    
    public class LoggerFactory {
    static {
    SuperLoggerConfiguration configuration = new XMLConfiguration();
    configuration.configure(configFile);
    }
    
    public static getLogger(Class clazz){
    ......
    }
    }

    这样就完成了一个基础的模型,看起来也没什么问题。不过扩展性不太好,因为如果想定制/扩展/重写解析功能的话,我还得重新定义入口的代码,LoggerFactory 也得重写,不够灵活,侵入性太强了。

    比如现在用户/使用方想增加一个 yml 文件的方式,作为日志配置文件,那么只需要新建一个YAMLConfiguration,实现 SuperLoggerConfiguration 就可以。但是……怎么注入呢,怎么让 LoggerFactory中使用新建的这个 YAMLConfiguration ?难不成连 LoggerFactory 也重写了?

    如果借助SPI机制的话,这个事情就很简单了,可以很方便的完成这个入口的扩展功能。

    下面就先来看看,利用JDK 的 SPI 机制怎么解决上面的扩展性问题。

    JDK SPI

    JDK 中 提供了一个 SPI 的功能,核心类是 java.util.ServiceLoader。其作用就是,可以通过类名获取在"META-INF/services/"下的多个配置实现文件。

    为了解决上面的扩展问题,现在我们在META-INF/services/下创建一个com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration文件(没有后缀)。文件中只有一行代码,那就是我们默认的com.github.kongwu.spisamples.XMLConfiguration(注意,一个文件里也可以写多个实现,回车分隔)

    META-INF/services/com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration:
    
    com.github.kongwu.spisamples.XMLConfiguration

    然后通过 ServiceLoader 获取我们的 SPI 机制配置的实现类:

    ServiceLoader serviceLoader = ServiceLoader.load(SuperLoggerConfiguration.class);
    Iterator iterator = serviceLoader.iterator();
    SuperLoggerConfiguration configuration;
    
    while(iterator.hasNext()) {
    //加载并初始化实现类
    configuration = iterator.next();
    }
    
    //对最后一个configuration类调用configure方法
    configuration.configure(configFile);

    最后在调整LoggerFactory中初始化配置的方式为现在的SPI方式:

    package com.github.kongwu.spisamples;
    public class LoggerFactory {
    static {
    ServiceLoader serviceLoader = ServiceLoader.load(SuperLoggerConfiguration.class);
    Iterator iterator = serviceLoader.iterator();
    SuperLoggerConfiguration configuration;
    
    while(iterator.hasNext()) {
    configuration = iterator.next();//加载并初始化实现类
    }
    configuration.configure(configFile);
    }
    
    public static getLogger(Class clazz){
    ......
    }
    }

    「等等,这里为什么是用 iterator ? 而不是get之类的只获取一个实例的方法?」

    试想一下,如果是一个固定的get方法,那么get到的是一个固定的实例,SPI 还有什么意义呢?

    SPI 的目的,就是增强扩展性。将固定的配置提取出来,通过 SPI 机制来配置。那既然如此,一般都会有一个默认的配置,然后通过 SPI 的文件配置不同的实现,这样就会存在一个接口多个实现的问题。要是找到多个实现的话,用哪个实现作为最后的实例呢?

    所以这里使用iterator来获取所有的实现类配置。刚才已经在我们这个 「super-logger」 包里增加了默认的SuperLoggerConfiguration 实现。

    为了支持 YAML 配置,现在在使用方/用户的代码里,增加一个YAMLConfiguration的 SPI 配置:

    META-INF/services/com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration:
    
    com.github.kongwu.spisamples.ext.YAMLConfiguration

    此时通过iterator方法,就会获取到默认的XMLConfiguration和我们扩展的这个YAMLConfiguration两个配置实现类了。

    在上面那段加载的代码里,我们遍历iterator,遍历到最后,我们**使用最后一个实现配置作为最终的实例。

    「再等等?最后一个?怎么算最后一个?」

    使用方/用户自定义的的这个 YAMLConfiguration 一定是最后一个吗?

    这个真的不一定,取决于我们运行时的 ClassPath 配置,在前面加载的jar自然在前,最后的jar里的自然当然也在后面。所以「如果用户的包在ClassPath中的顺序比super-logger的包更靠后,才会处于最后一个位置;如果用户的包位置在前,那么所谓的最后一个仍然是默认的XMLConfiguration。」

    举个栗子,如果我们程序的启动脚本为:

    java -cp super-logger.jar:a.jar:b.jar:main.jar example.Main

    默认的XMLConfiguration SPI配置在super-logger.jar,扩展的YAMLConfiguration SPI配置文件在main.jar,那么iterator获取的最后一个元素一定为YAMLConfiguration。

    但这个classpath顺序如果反了呢?main.jar 在前,super-logger.jar 在后

    java -cp main.jar:super-logger.jar:a.jar:b.jar example.Main

    这样一来,iterator 获取的最后一个元素又变成了默认的XMLConfiguration,我们使用 JDK SPI 没啥意义了,获取的又是第一个,还是默认的XMLConfiguration。

    由于这个加载顺序(classpath)是由用户指定的,所以无论我们加载第一个还是最后一个,都有可能会导致加载不到用户自定义的那个配置。

    「所以这也是JDK SPI机制的一个劣势,无法确认具体加载哪一个实现,也无法加载某个指定的实现,仅靠ClassPath的顺序是一个非常不严谨的方式」

    Dubbo SPI

    Dubbo 就是通过 SPI 机制加载所有的组件。不过,Dubbo 并未使用 Java 原生的 SPI 机制,而是对其进行了增强,使其能够更好的满足需求。在 Dubbo 中,SPI 是一个非常重要的模块。基于 SPI,我们可以很容易的对 Dubbo 进行拓展。如果大家想要学习 Dubbo 的源码,SPI 机制务必弄懂。接下来,我们先来了解一下 Java SPI 与 Dubbo SPI 的用法,然后再来分析 Dubbo SPI 的源码。 

    Dubbo 中实现了一套新的 SPI 机制,功能更强大,也更复杂一些。相关逻辑被封装在了 ExtensionLoader 类中,通过 ExtensionLoader,我们可以加载指定的实现类。Dubbo SPI 所需的配置文件需放置在 META-INF/dubbo 路径下,配置内容如下(以下demo来自dubbo官方文档)。

    optimusPrime = org.apache.spi.OptimusPrime
    bumblebee = org.apache.spi.Bumblebee

    与 Java SPI 实现类配置不同,Dubbo SPI 是通过键值对的方式进行配置,这样我们可以按需加载指定的实现类。另外在使用时还需要在接口上标注 @SPI 注解。

    下面来演示 Dubbo SPI 的用法:

    @SPI
    public interface Robot {
    void sayHello();
    }
    public class OptimusPrime implements Robot {
    @Override
    public void sayHello(){
    System.out.println("Hello, I am Optimus Prime.");
    }
    }
    
    public class Bumblebee implements Robot {
    
    @Override
    public void sayHello(){
    System.out.println("Hello, I am Bumblebee.");
    }
    }
    public class DubboSPITest {
    
    @Test
    public void sayHello() throws Exception {
    ExtensionLoader extensionLoader =
    ExtensionLoader.getExtensionLoader(Robot.class);
    Robot optimusPrime = extensionLoader.getExtension("optimusPrime");
    optimusPrime.sayHello();
    Robot bumblebee = extensionLoader.getExtension("bumblebee");
    bumblebee.sayHello();
    }
    }

    「Dubbo SPI 和 JDK SPI 最大的区别就在于支持“别名”」,可以通过某个扩展点的别名来获取固定的扩展点。就像上面的例子中,我可以获取 Robot 多个 SPI 实现中别名为“optimusPrime”的实现,也可以获取别名为“bumblebee”的实现,这个功能非常有用!

    通过 @SPI 注解的 value 属性,还可以默认一个“别名”的实现。比如在Dubbo 中,默认的是Dubbo 私有协议:「dubbo protocol - dubbo://」**

    来看看Dubbo中协议的接口:

    @SPI("dubbo")
    public interface Protocol {
    ......
    }

    在 Protocol 接口上,增加了一个 @SPI 注解,而注解的 value 值为 Dubbo ,通过 SPI 获取实现时就会获取 Protocol SPI 配置中别名为dubbo的那个实现,com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol文件如下:

    filter=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.ProtocolFilterWrapper
    listener=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.ProtocolListenerWrapper
    mock=com.alibaba.dubbo.rpc.support.MockProtocol
    dubbo=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.dubbo.DubboProtocol
    injvm=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.injvm.InjvmProtocol
    rmi=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.rmi.RmiProtocol
    hessian=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.hessian.HessianProtocol
    com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.http.HttpProtocol
    com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.webservice.WebServiceProtocol
    thrift=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.thrift.ThriftProtocol
    memcached=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.memcached.MemcachedProtocol
    redis=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.redis.RedisProtocol
    rest=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.rest.RestProtocol
    registry=com.alibaba.dubbo.registry.integration.RegistryProtocol
    qos=com.alibaba.dubbo.qos.protocol.QosProtocolWrapper

    然后只需要通过getDefaultExtension,就可以获取到 @SPI 注解上value对应的那个扩展实现了

    Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getDefaultExtension();
    //protocol: DubboProtocol

    还有一个 Adaptive 的机制,虽然非常灵活,但……用法并不是很“优雅”,这里就不介绍了

    Dubbo 的 SPI 中还有一个“加载优先级”,优先加载内置(internal)的,然后加载外部的(external),按优先级顺序加载,「如果遇到重复就跳过不会加载」了。

    所以如果想靠classpath加载顺序去覆盖内置的扩展,也是个不太理智的做法,原因同上 - 加载顺序不严谨

    Spring SPI

    Spring 的 SPI 配置文件是一个固定的文件 - META-INF/spring.factories,功能上和 JDK 的类似,每个接口可以有多个扩展实现,使用起来非常简单:

    //获取所有factories文件中配置的LoggingSystemFactory
    List> factories =
    SpringFactoriesLoader.loadFactories(LoggingSystemFactory.class, classLoader);

    下面是一段 Spring Boot 中 spring.factories 的配置

    # Logging Systems
    org.springframework.boot.logging.LoggingSystemFactory=\
    org.springframework.boot.logging.logback.LogbackLoggingSystem.Factory,\
    org.springframework.boot.logging.log4j2.Log4J2LoggingSystem.Factory,\
    org.springframework.boot.logging.java.JavaLoggingSystem.Factory
    
    # PropertySource Loaders
    org.springframework.boot.env.PropertySourceLoader=\
    org.springframework.boot.env.PropertiesPropertySourceLoader,\
    org.springframework.boot.env.YamlPropertySourceLoader
    
    # ConfigData Location Resolvers
    org.springframework.boot.context.config.ConfigDataLocationResolver=\
    org.springframework.boot.context.config.ConfigTreeConfigDataLocationResolver,\
    org.springframework.boot.context.config.StandardConfigDataLocationResolver
    
    ......

    Spring SPI 中,将所有的配置放到一个固定的文件中,省去了配置一大堆文件的麻烦。至于多个接口的扩展配置,是用一个文件好,还是每个单独一个文件好这个,这个问题就见仁见智了(个人喜欢 Spring 这种,干净利落)。

    Spring的SPI 虽然属于spring-framework(core),但是目前主要用在spring boot中……

    和前面两种 SPI 机制一样,Spring 也是支持 ClassPath 中存在多个 spring.factories 文件的,加载时会按照 classpath 的顺序依次加载这些 spring.factories 文件,添加到一个 ArrayList 中。由于没有别名,所以也没有去重的概念,有多少就添加多少。

    但由于 Spring 的 SPI 主要用在 Spring Boot 中,而 Spring Boot 中的 ClassLoader 会优先加载项目中的文件,而不是依赖包中的文件。所以如果在你的项目中定义个spring.factories文件,那么你项目中的文件会被第一个加载,得到的Factories中,项目中spring.factories里配置的那个实现类也会排在第一个

    如果我们要扩展某个接口的话,只需要在你的项目(spring boot)里新建一个META-INF/spring.factories文件,「只添加你要的那个配置,不要完整的复制一遍 Spring Boot 的 spring.factories 文件然后修改」**
    比如我只想添加一个新的 LoggingSystemFactory 实现,那么我只需要新建一个META-INF/spring.factories文件,而不是完整的复制+修改:

    org.springframework.boot.logging.LoggingSystemFactory=\
    com.example.log4j2demo.Log4J2LoggingSystem.Factory

    对比

    • JDK SPI

    • DUBBO SPI

    • Spring SPI

     


    文件方式

    每个扩展点单独一个文件

    每个扩展点单独一个文件

    所有的扩展点在一个文件

    获取某个固定的实现

    不支持,只能按顺序获取所有实现

    有“别名”的概念,可以通过名称获取扩展点的某个固定实现,配合Dubbo SPI的注解很方便

    不支持,只能按顺序获取所有实现。但由于Spring Boot ClassLoader会优先加载用户代码中的文件,所以可以保证用户自定义的spring.factoires文件在第一个,通过获取第一个factory的方式就可以固定获取自定义的扩展

    其他

    无

    支持Dubbo内部的依赖注入,通过目录来区分Dubbo 内置SPI和外部SPI,优先加载内部,保证内部的优先级最高

    无

    文档完整度

    文章 & 三方资料足够丰富

    文档 & 三方资料足够丰富

    文档不够丰富,但由于功能少,使用非常简单

    IDE支持

    无

    无

    IDEA 完美支持,有语法提示

    三种 SPI 机制对比之下,JDK 内置的机制是最弱鸡的,但是由于是 JDK 内置,所以还是有一定应用场景,毕竟不用额外的依赖;Dubbo 的功能最丰富,但机制有点复杂了,而且只能配合 Dubbo 使用,不能完全算是一个独立的模块;Spring 的功能和JDK的相差无几,最大的区别是所有扩展点写在一个 spring.factories 文件中,也算是一个改进,并且 IDEA 完美支持语法提示。

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