探索SPI：深入理解原理、源码与应用场景

一、初步认识

1、概念

SPI，全称为 Service Provider Interface，是Java提供的一种服务发现机制，用于实现组件之间的解耦和扩展。

它允许开发人员定义一组接口（Service Interface），并允许其他开发人员通过实现这些接口来提供具体的服务实现（Service Provider），而无需修改Java平台的源代码。

2、工作原理

• 定义接口：开发人员首先定义一个接口，该接口定义了一组操作或功能。
• 提供实现：其他开发人员可以通过实现该接口来提供具体的服务实现。这些实现通常以独立的模块或库的形式提供。
• 配置文件：在Java的SPI机制中，开发人员需要在META-INF/services目录下创建一个以接口全限定名命名的文件，文件内容为提供该接口实现的类的全限定名列表。
• 加载服务：Java的SPI机制会在运行时自动加载并实例化这些服务提供者的实现类，使得开发人员可以通过接口来访问具体的服务实现。

3、作用场景

它提供了一种松耦合的方式（可插拔的设计）来扩展应用程序的功能。通过SPI，开发人员可以在不修改核心代码的情况下，通过添加新的实现来增加应用程序的功能，像很多框架都使用到了，比如Dubbo、JDBC。

通过服务方指定好接口，具体由第三方去实现，就像JDBC中定义好了一套规范，MySQL、Oracle、MongoDB按照这套规范具体去实现，通过在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹中查找文件，自动加载文件里所定义的类。

二、源码分析

核心类：ServiceLoader，核心方法：load。

ServiceLoader是加载SPI服务的入口，通过调用ServiceLoader.load()方法，可以加载指定的Service，会根据配置文件中指定的包名和类名，动态地加载符合条件的所有实现类，并创建一个Service Provider的集合，通过遍历这个集合，可以获取具体的实现类对象。

1、ServiceLoader结构

2、相关字段

// 配置文件的路径
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";// 正在加载的服务，类或者接口
private final Class<S> service;// 类加载器
private final ClassLoader loader;// 访问控制上下文对象
private final AccessControlContext acc;// 缓存已经加载的服务类，按照顺序实例化
private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();// 内部类，真正加载服务类
private LazyIterator lookupIterator;

3、核心方法

创建了一些属性service和loader等，最重要的是实例化了内部类LazyIterator

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S> {/*** Creates a new service loader for the given service type, using the* current thread's {@linkplain java.lang.Thread#getContextClassLoader* context class loader}.*/public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {// 获取当前线程的上下文类加载器ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();// 通过请求的Class和ClassLoader创建ServiceLoaderreturn ServiceLoader.load(service, cl);}private ServiceLoader(Class<S> svc, ClassLoader cl) {// 加载的接口不能为空service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");// 类加载器loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;// 访问权限的上下文对象acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;reload();}/*** Clear this loader's provider cache so that all providers will be* reloaded.*/public void reload() {// 清空已经加载的服务类providers.clear();// 实例化内部类迭代器LazyIterator lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);}
}

LazyIterator很重要，查找实现类和创建实现类的过程，都在它里面完成。

private class LazyIterator implements Iterator<S>{Class<S> service;ClassLoader loader;Enumeration<URL> configs = null;Iterator<String> pending = null;String nextName = null; private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {this.service = service;this.loader = loader;}private boolean hasNextService() {省略详细代码...}private S nextService() {省略详细代码...}
}

当我们调用iterator.hasNext，实际上调用的是LazyIterator的hasNextService方法，判断是否还有下一个服务提供者

private boolean hasNextService() {if (nextName != null) {return true;}if (configs == null) {try {// private static final String PREFIX = "META-INF/services/";// META-INF/services/ + 该对象表示的类或接口的全限定类名（类路径+接口名）String fullName = PREFIX + service.getName();// 将文件路径转成URL对象if (loader == null)configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);elseconfigs = loader.getResources(fullName);} catch (IOException x) {fail(service, "Error locating configuration files", x);}}while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {// Enumeration<URL> configs是否包含更多元素if (!configs.hasMoreElements()) {return false;}// 解析URL文件对象，读取内容pending = parse(service, configs.nextElement());}// 拿到下一个实现类的类名nextName = pending.next();return true;
}
private S nextService() {

当我们调用iterator.next方法的时候，实际上调用的是LazyIterator的nextService方法，获取下一个服务提供者，它通过反射的方式，创建实现类的实例并返回

private S nextService() {if (!hasNextService())throw new NoSuchElementException();String cn = nextName;nextName = null;Class<?> c = null;try {// 创建类的Class对象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 {// 通过newInstance实例化S p = service.cast(c.newInstance());// 放入providers缓存providers.put(cn, p);return p;} catch (Throwable x) {fail(service,"Provider " + cn + " could not be instantiated",x);}throw new Error();          // This cannot happen
}

三、案例

connector连接器小案例

1、新建SPI项目

导入依赖到pom.xml

<artifactId>java-spi-connector</artifactId>

写1个简单接口

public interface IBaseInfo {public void url();
}

2、创建扩展实现项目1-MongoDB

导入依赖到pom.xml

<artifactId>mongodb-connector</artifactId><dependencies><dependency><groupId>cn.forlan</groupId><artifactId>java-spi-connector</artifactId><version>1.0-SNAPSHOT</version></dependency>
</dependencies>

写1个简单实现类，重新url方法，打印mongoDB:url

public class MongoDBBaseInfo implements IBaseInfo{@Overridepublic void url() {System.out.println("mongoDB:url");}
}

在resources目录下创建 META-INF/services目录，创建一个文件，命名为接口的类路径+接口名（必须），内容为实现类路径+类名

3、创建扩展实现项目2-Oracle

导入依赖到pom.xml

<artifactId>oracle-connector</artifactId><dependencies><dependency><groupId>cn.forlan</groupId><artifactId>java-spi-connector</artifactId><version>1.0-SNAPSHOT</version></dependency>
</dependencies>

写1个简单实现类，重新url方法，打印oracle:url

public class OracleBaseInfo implements IBaseInfo{@Overridepublic void url() {System.out.println("oracle:url");}
}

在resources目录下创建 META-INF/services目录，创建一个文件，命名为接口的类路径+接口名（必须），内容为实现类路径+类名

4、测试

测试方法

ServiceLoader<IBaseInfo> serviceLoader = ServiceLoader.load(IBaseInfo.class);
Iterator<IBaseInfo> iterator = serviceLoader.iterator();
while (iterator.hasNext()){IBaseInfo next = iterator.next();next.url();
}

它会根据你导入不同的依赖出现不同的效果

• 导入MongoDB
  
• 导入Oracle
  

Spring应用

我们要说的应用就是SpringFactoriesLoader工具类，类似Java中的SPI机制，只不过它更优，不会一次性加载所有类，可以根据key进行加载
作用：从classpath/META-INF/spring.factories文件中，根据key去加载对应的类到spring IoC容器中

1、创建study工程

创建ForlanCore类

package cn.forlan.spring;public class ForlanCore {public void code() {System.out.println("Forlan疯狂敲代码");}
}

创建ForlanConfig配置类

package cn.forlan.spring;import org.springframework.beans.factory.annotation.Configurable;
import org.springframework.context.annotation.Bean;@Configurable
public class ForlanConfig {@Beanpublic ForlanCore forlanCore() {return new ForlanCore();}
}

2、创建forlan-test工程

打包study为jar，引入依赖

<dependency><groupId>cn.forlan</groupId><artifactId>study1</artifactId><version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>

测试获取属性

@SpringBootApplication
public class ForlanTestApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext applicationContext = SpringApplication.run(ForlanTestApplication.class, args);ForlanCore fc=applicationContext.getBean(ForlanCore.class);fc.code();}
}

运行报错，原因很简单，ForlanCore在spring容器中找不到，没有注入

Exception in thread "main" org.springframework.beans.factory.NoSuchBeanDefinitionException: No qualifying bean of type 'cn.forlan.spring.ForlanCore' availableat org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory.getBean(DefaultListableBeanFactory.java:352)at org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory.getBean(DefaultListableBeanFactory.java:343)at org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext.getBean(AbstractApplicationContext.java:1127)at cn.forlan.ForlanTestApplication.main(ForlanTestApplication.java:12)

解决方法
在study工程的resources下新建文件夹META-INF，在文件夹下面新建spring.factories文件，配置key和value，然后重新打包即可

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=cn.forlan.spring.ForlanConfig

注：key=EnableAutoConfiguration的全路径,value=配置类的全路径

3、进阶使用

指定配置文件生效条件
在META-INF/增加配置文件，spring-autoconfigure-metadata.properties

cn.forlan.spring.ForlanConfig.ConditionalOnClass=cn.forlan.spring.Study

格式：自动配置的类全名.条件=值
该配置的意思是，项目中com.forlan.spring包下存在Study，才会加载ForlanConfig
执行之前的测试用例，运行报错
解决：在当前工程指定包下创建一个Study即可