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Java中的SPI机制是什么

1:SPI机制简介SPI全称是ServiceProviderInterface,是一种JDK内置的动态加载实现扩展点的机制,通过SPI技术我们可以动态获取接口的实现类,不用自己来创建。这个不是什么特别的技术,只是一种设计理念。2:SPI原理JavaSPI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

本文目录

    1: SPI机制简介

    SPI 全称是 Service Provider Interface,是一种 JDK 内置的动态加载实现扩展点的机制,通过 SPI 技术我们可以动态获取接口的实现类,不用自己来创建。这个不是什么特别的技术,只是 一种设计理念。

    2: SPI原理

    Java中的SPI机制是什么

    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。

    3: 使用场景

    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

    下面是一些使用了该机制的场景

    • JDBC驱动,加载不同数据库的驱动类

    • 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

    • Tomcat 加载 META-INF/services下找需要加载的类

    • SpringBoot项目中 使用@SpringBootApplication注解时,会开始自动配置,而启动配置则会去扫描META-INF/spring.factories下的配置类

    4: 源码论证

    4.1 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

        private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
    
    
      private ServiceLoader(Class 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();
        }
    
    	/** 
         * 
         * 在调用该方法之后,迭代器方法的后续调用将延迟地从头开始查找和实例化提供程序,就像新创建的加载程序所做的		  那样
         */
       public void reload() {
            providers.clear(); //清除此加载程序的提供程序缓存,以便重新加载所有提供程序。
            lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
        }
    
    	private class LazyIterator implements Iterator{
    
            Class service;
            ClassLoader loader;
            Enumeration configs = null;
            Iterator pending = null;
            String nextName = null;
    
    
            private boolean hasNextService() {
                if (nextName != null) {
                    return true;
                }
                if (configs == null) {
                    try {
                        //找到配置文件
                        String fullName = PREFIX + service.getName();
                        //加载配置文件中的内容
                        if (loader == null)
                            configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
                        else
                            configs = loader.getResources(fullName);
                    } catch (IOException x) {
                        fail(service, "Error locating configuration files", x);
                    }
                }
                while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
                    if (!configs.hasMoreElements()) {
                        return false;
                    }
                    //解析配置文件
                    pending = parse(service, configs.nextElement());
                }
                //获取配置文件中内容
                nextName = pending.next();
                return true;
            }
        }
    
    		/** 
         	* 
         	*  通过反射 实例化配置文件中的具体实现类
        	 */
    		private S nextService() {
                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");
                }
                if (!service.isAssignableFrom(c)) {
                    fail(service,
                         "Provider " + cn  + " not a subtype");
                }
                try {
                    S p = service.cast(c.newInstance());
                    providers.put(cn, p);
                    return p;
                } catch (Throwable x) {
                    fail(service,
                         "Provider " + cn + " could not be instantiated",
                         x);
                }
                throw new Error();          // This cannot happen
            }

    5: 实战

    步骤1 新建以下类

    public interface IService {
    
        /**
         * 获取价格
         * @return
         */
        String getPrice();
    
        /**
         * 获取规格信息
         * @return
         */
        String getSpecifications();
    }
    public class GoodServiceImpl implements IService {
    
        @Override
        public String getPrice() {
            return "2000.00元";
        }
    
        @Override
        public String getSpecifications() {
            return "200g/件";
        }
    }
    public class MedicalServiceImpl implements IService {
    
        @Override
        public String getPrice() {
            return "3022.12元";
        }
    
        @Override
        public String getSpecifications() {
            return "30粒/盒";
        }
    }

    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.example.IService.txt 。内容是要应用的实现类,我这边需要放入的数据如下

    org.example.GoodServiceImpl
    org.example.MedicalServiceImpl

    步骤3、使用 ServiceLoader 来加载配置文件中指定的实现。

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            final ServiceLoader serviceLoader = ServiceLoader.load(IService.class);
            serviceLoader.forEach(service -> {
                System.out.println(service.getPrice() + "=" + service.getSpecifications());
            });
        }
    }

    输出:

    2000.00元=200g/件
    3022.12元=30粒/盒

    6: 优缺点

    6.1 优点

    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。相比使用提供接口jar包,供第三方服务模块实现接口的方式,SPI的方式使得源框架,不必关心接口的实现类的路径

    6.2 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

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