Java之SPI机制详解

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 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<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();
    }

	/** 
     * 
     * 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<S>{

        Class<S> service;
        ClassLoader loader;
        Enumeration<URL> configs = null;
        Iterator<String> 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<IService> 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