本篇內(nèi)容介紹了“如何理解Java中的SPI機(jī)制”的有關(guān)知識(shí),在實(shí)際案例的操作過程中,不少人都會(huì)遇到這樣的困境,接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細(xì)閱讀,能夠?qū)W有所成!
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SPI的概念
SPI在Java中的全稱為Service Provider Interface,是JDK內(nèi)置的一種服務(wù)提供發(fā)現(xiàn)機(jī)制,是Java提供的一套用來被第三方實(shí)現(xiàn)或者擴(kuò)展的API,它可以用來啟用框架擴(kuò)展和替換組件。
JAVA SPI = 基于接口的編程+策略模式+配置文件的動(dòng)態(tài)加載機(jī)制
SPI的使用場(chǎng)景
Java是一種面向?qū)ο笳Z言,雖然Java8開始支持函數(shù)式編程和Stream,但是總體來說,還是面向?qū)ο蟮恼Z言。在使用Java進(jìn)行面向?qū)ο箝_發(fā)時(shí),一般會(huì)推薦使用基于接口的編程,程序的模塊與模塊之前不會(huì)直接進(jìn)行實(shí)現(xiàn)類的硬編碼。而在實(shí)際的開發(fā)過程中,往往一個(gè)接口會(huì)有多個(gè)實(shí)現(xiàn)類,各實(shí)現(xiàn)類要么實(shí)現(xiàn)的邏輯不同,要么使用的方式不同,還有的就是實(shí)現(xiàn)的技術(shù)不同。為了使調(diào)用方在調(diào)用接口的時(shí)候,明確的知道自己調(diào)用的是接口的哪個(gè)實(shí)現(xiàn)類,或者說為了實(shí)現(xiàn)在模塊裝配的時(shí)候不用在程序里動(dòng)態(tài)指明,這就需要一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制。Java中的SPI加載機(jī)制能夠滿足這樣的需求,它能夠自動(dòng)尋找某個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)類。
大量的框架使用了Java的SPI技術(shù),如下:
(1)JDBC加載不同類型的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng) (2)日志門面接口實(shí)現(xiàn)類加載,SLF4J加載不同提供商的日志實(shí)現(xiàn)類 (3)Spring中大量使用了SPI
對(duì)servlet3.0規(guī)范
對(duì)ServletContainerInitializer的實(shí)現(xiàn)
自動(dòng)類型轉(zhuǎn)換Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等
(4)Dubbo里面有很多個(gè)組件,每個(gè)組件在框架中都是以接口的形成抽象出來!具體的實(shí)現(xiàn)又分很多種,在程序執(zhí)行時(shí)根據(jù)用戶的配置來按需取接口的實(shí)現(xiàn)
SPI的使用
當(dāng)服務(wù)的提供者,提供了接口的一種實(shí)現(xiàn)后,需要在Jar包的META-INF/services/目錄下,創(chuàng)建一個(gè)以接口的名稱(包名.接口名的形式)命名的文件,在文件中配置接口的實(shí)現(xiàn)類(完整的包名+類名)。
當(dāng)外部程序通過java.util.ServiceLoader類裝載這個(gè)接口時(shí),就能夠通過該Jar包的META/Services/目錄里的配置文件找到具體的實(shí)現(xiàn)類名,裝載實(shí)例化,完成注入。同時(shí),SPI的規(guī)范規(guī)定了接口的實(shí)現(xiàn)類必須有一個(gè)無參構(gòu)造方法。
SPI中查找接口的實(shí)現(xiàn)類是通過java.util.ServiceLoader,而在java.util.ServiceLoader類中有一行代碼如下:
// 加載具體實(shí)現(xiàn)類信息的前綴,也就是以接口命名的文件需要放到Jar包中的META-INF/services/目錄下 private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
這也就是說,我們必須將接口的配置文件寫到Jar包的META/Services/目錄下。
SPI實(shí)例
這里,給出一個(gè)簡(jiǎn)單的SPI使用實(shí)例,演示在Java程序中如何使用SPI動(dòng)態(tài)加載接口的實(shí)現(xiàn)類。
注意:實(shí)例是基于Java8進(jìn)行開發(fā)的。
1.創(chuàng)建Maven項(xiàng)目
在IDEA中創(chuàng)建Maven項(xiàng)目spi-demo,如下:
2.編輯pom.xml
spi-demo io.binghe.spi jar 1.0.0-SNAPSHOT 4.0.0 org.springframework.boot spring-boot-maven-plugin org.apache.maven.plugins maven-compiler-plugin 3.6.0 1.8
3.創(chuàng)建類加載工具類
在io.binghe.spi.loader包下創(chuàng)建MyServiceLoader,MyServiceLoader類中直接調(diào)用JDK的ServiceLoader類加載Class。代碼如下所示。
package io.binghe.spi.loader; import java.util.ServiceLoader; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 類加載工具 */ public class MyServiceLoader { /** * 使用SPI機(jī)制加載所有的Class */ public staticServiceLoaderloadAll(final Classclazz) { return ServiceLoader.load(clazz); } }
4.創(chuàng)建接口
在io.binghe.spi.service包下創(chuàng)建接口MyService,作為測(cè)試接口,接口中只有一個(gè)方法,打印傳入的字符串信息。代碼如下所示:
package io.binghe.spi.service; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 定義接口 */ public interface MyService { /** * 打印信息 */ void print(String info); }
5.創(chuàng)建接口的實(shí)現(xiàn)類
(1)創(chuàng)建第一個(gè)實(shí)現(xiàn)類MyServiceA
在io.binghe.spi.service.impl包下創(chuàng)建MyServiceA類,實(shí)現(xiàn)MyService接口。代碼如下所示:
package io.binghe.spi.service.impl; import io.binghe.spi.service.MyService; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 接口的第一個(gè)實(shí)現(xiàn) */ public class MyServiceA implements MyService { @Override public void print(String info) { System.out.println(MyServiceA.class.getName() + " print " + info); } }
(2)創(chuàng)建第二個(gè)實(shí)現(xiàn)類MyServiceB
在io.binghe.spi.service.impl包下創(chuàng)建MyServiceB類,實(shí)現(xiàn)MyService接口。代碼如下所示:
package io.binghe.spi.service.impl; import io.binghe.spi.service.MyService; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 接口第二個(gè)實(shí)現(xiàn) */ public class MyServiceB implements MyService { @Override public void print(String info) { System.out.println(MyServiceB.class.getName() + " print " + info); } }
6.創(chuàng)建接口文件
在項(xiàng)目的src/main/resources目錄下創(chuàng)建META/Services/目錄,在目錄中創(chuàng)建io.binghe.spi.service.MyService文件,注意:文件必須是接口MyService的全名,之后將實(shí)現(xiàn)MyService接口的類配置到文件中,如下所示:
io.binghe.spi.service.impl.MyServiceA io.binghe.spi.service.impl.MyServiceB
7.創(chuàng)建測(cè)試類
在項(xiàng)目的io.binghe.spi.main包下創(chuàng)建Main類,該類為測(cè)試程序的入口類,提供一個(gè)main()方法,在main()方法中調(diào)用ServiceLoader類加載MyService接口的實(shí)現(xiàn)類。并通過Java8的Stream將結(jié)果打印出來,如下所示:
package io.binghe.spi.main; import io.binghe.spi.loader.MyServiceLoader; import io.binghe.spi.service.MyService; import java.util.ServiceLoader; import java.util.stream.StreamSupport; /** * @author binghe * @version 1.0.0 * @description 測(cè)試的main方法 */ public class Main { public static void main(String[] args){ ServiceLoaderloader = MyServiceLoader.loadAll(MyService.class); StreamSupport.stream(loader.spliterator(), false).forEach(s -> s.print("Hello World")); } }
8.測(cè)試實(shí)例
運(yùn)行Main類中的main()方法,打印出的信息如下所示:
io.binghe.spi.service.impl.MyServiceA print Hello World io.binghe.spi.service.impl.MyServiceB print Hello World Process finished with exit code 0
通過打印信息可以看出,通過Java SPI機(jī)制正確加載出接口的實(shí)現(xiàn)類,并調(diào)用接口的實(shí)現(xiàn)方法。
源碼解析
這里,主要是對(duì)SPI的加載流程涉及到的java.util.ServiceLoader的源碼的解析。
進(jìn)入java.util.ServiceLoader的源碼,可以看到ServiceLoader類實(shí)現(xiàn)了java.lang.Iterable接口,如下所示。
public final class ServiceLoaderimplements Iterable
說明ServiceLoader類是可以遍歷迭代的。
java.util.ServiceLoader類中定義了如下的成員變量:
// 加載具體實(shí)現(xiàn)類信息的前綴,也就是以接口命名的文件需要放到Jar包中的META-INF/services/目錄下 private static final String PREFIX = "META-INF/services/"; // 需要加載的接口 private final Classservice; // 類加載器,用于加載以接口命名的文件中配置的接口的實(shí)現(xiàn)類 private final ClassLoader loader; // 創(chuàng)建ServiceLoader時(shí)采用的訪問控制上下文環(huán)境 private final AccessControlContext acc; // 用來緩存已經(jīng)加載的接口實(shí)現(xiàn)類,其中,Key是接口實(shí)現(xiàn)類的完整類名,Value為實(shí)現(xiàn)類對(duì)象 private LinkedHashMapproviders = new LinkedHashMap<>(); // 用于延遲加載實(shí)現(xiàn)類的迭代器 private LazyIterator lookupIterator;
可以看到ServiceLoader類中定義了加載前綴為“META-INF/services/”,所以,接口文件必須要在項(xiàng)目的src/main/resources目錄下的META-INF/services/目錄下創(chuàng)建。
從MyServiceLoader類調(diào)用ServiceLoader.load(clazz)方法進(jìn)入源碼,如下所示:
//根據(jù)類的Class對(duì)象加載指定的類,返回ServiceLoader對(duì)象 public staticServiceLoaderload(Classservice) { //獲取當(dāng)前線程的類加載器 ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); //動(dòng)態(tài)加載指定的類,將類加載到ServiceLoader中 return ServiceLoader.load(service, cl); }
方法中調(diào)用了ServiceLoader.load(service, cl)方法,繼續(xù)跟蹤代碼,如下所示:
//通過ClassLoader加載指定類的Class,并將返回結(jié)果封裝到ServiceLoader對(duì)象中 public staticServiceLoaderload(Classservice, ClassLoader loader){ return new ServiceLoader<>(service, loader); }
可以看到ServiceLoader.load(service, cl)方法中,調(diào)用了ServiceLoader類的構(gòu)造方法,繼續(xù)跟進(jìn)代碼,如下所示:
//構(gòu)造ServiceLoader對(duì)象 private ServiceLoader(Classsvc, ClassLoader cl) { //如果傳入的Class對(duì)象為空,則判處空指針異常 service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null"); //如果傳入的ClassLoader為空,則通過ClassLoader.getSystemClassLoader()獲取,否則直接使用傳入的ClassLoader loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl; acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null; reload();
繼續(xù)跟reload()方法,如下所示。
//重新加載 public void reload() { //清空保存加載的實(shí)現(xiàn)類的LinkedHashMap providers.clear(); //構(gòu)造延遲加載的迭代器 lookupIterator = new LazyIterator(service, loader); }
繼續(xù)跟進(jìn)懶加載迭代器的構(gòu)造函數(shù),如下所示。
private LazyIterator(Classservice, ClassLoader loader) { this.service = service; this.loader = loader; }
可以看到,會(huì)將需要加載的接口的Class對(duì)象和類加載器賦值給LazyIterator的成員變量。
當(dāng)我們?cè)诔绦蛑械@取對(duì)象實(shí)例時(shí),首先在成員變量providers中查找是否有緩存的實(shí)例對(duì)象。如果存在則直接返回,否則調(diào)用lookupIterator延遲加載迭代器進(jìn)行加載。
迭代器進(jìn)行邏輯判斷的代碼如下所示:
//迭代ServiceLoader的方法 public Iteratoriterator() { return new Iterator() { //獲取保存實(shí)現(xiàn)類的LinkedHashMap的迭代器 Iterator > knownProviders = providers.entrySet().iterator(); //判斷是否有下一個(gè)元素 public boolean hasNext() { //如果knownProviders存在元素,則直接返回true if (knownProviders.hasNext()) return true; //返回延遲加載器是否存在元素 return lookupIterator.hasNext(); } //獲取下一個(gè)元素 public S next() { //如果knownProviders存在元素,則直接獲取 if (knownProviders.hasNext()) return knownProviders.next().getValue(); //獲取延遲迭代器lookupIterator中的元素 return lookupIterator.next(); } public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } }; }
LazyIterator加載類的流程如下代碼所示
//判斷是否擁有下一個(gè)實(shí)例 private boolean hasNextService() { //如果擁有下一個(gè)實(shí)例,直接返回true if (nextName != null) { return true; } //如果實(shí)現(xiàn)類的全名為null if (configs == null) { try { //獲取全文件名,文件相對(duì)路徑+文件名稱(包名+接口名) String fullName = PREFIX + service.getName(); //類加載器為空,則通過ClassLoader.getSystemResources()方法獲取 if (loader == null) configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName); else //類加載器不為空,則直接通過類加載器獲取 configs = loader.getResources(fullName); } catch (IOException x) { fail(service, "Error locating configuration files", x); } } while ((pending == null) || !pending.hasNext()) { //如果configs中沒有更過的元素,則直接返回false if (!configs.hasMoreElements()) { return false; } //解析包結(jié)構(gòu) pending = parse(service, configs.nextElement()); } nextName = pending.next(); return true; } private S nextService() { if (!hasNextService()) throw new NoSuchElementException(); String cn = nextName; nextName = null; Class> c = null; try { //加載類對(duì)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 { //通過c.newInstance()生成對(duì)象實(shí)例 S p = service.cast(c.newInstance()); //將生成的對(duì)象實(shí)例保存到緩存中(LinkedHashMap) providers.put(cn, p); return p; } catch (Throwable x) { fail(service, "Provider " + cn + " could not be instantiated", x); } throw new Error(); // This cannot happen } public boolean hasNext() { if (acc == null) { return hasNextService(); } else { PrivilegedAction action = new PrivilegedAction () { public Boolean run() { return hasNextService(); } }; return AccessController.doPrivileged(action, acc); } } public S next() { if (acc == null) { return nextService(); } else { PrivilegedAction action = new PrivilegedAction() { public S run() { return nextService(); } }; return AccessController.doPrivileged(action, acc); } }
最后,給出整個(gè)java.util.ServiceLoader的類,如下所示:
package java.util; import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.io.InputStreamReader; import java.net.URL; import java.security.AccessControlContext; import java.security.AccessController; import java.security.PrivilegedAction; public final class ServiceLoaderimplements Iterable{ // 加載具體實(shí)現(xiàn)類信息的前綴,也就是以接口命名的文件需要放到Jar包中的META-INF/services/目錄下 private static final String PREFIX = "META-INF/services/"; // 需要加載的接口 private final Classservice; // 類加載器,用于加載以接口命名的文件中配置的接口的實(shí)現(xiàn)類 private final ClassLoader loader; // 創(chuàng)建ServiceLoader時(shí)采用的訪問控制上下文環(huán)境 private final AccessControlContext acc; // 用來緩存已經(jīng)加載的接口實(shí)現(xiàn)類,其中,Key是接口實(shí)現(xiàn)類的完整類名,Value為實(shí)現(xiàn)類對(duì)象 private LinkedHashMapproviders = new LinkedHashMap<>(); // 用于延遲加載實(shí)現(xiàn)類的迭代器 private LazyIterator lookupIterator; //重新加載 public void reload() { //清空保存加載的實(shí)現(xiàn)類的LinkedHashMap providers.clear(); //構(gòu)造延遲加載的迭代器 lookupIterator = new LazyIterator(service, loader); } //構(gòu)造ServiceLoader對(duì)象 private ServiceLoader(Class svc, ClassLoader cl) { //如果傳入的Class對(duì)象為空,則判處空指針異常 service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null"); //如果傳入的ClassLoader為空,則通過ClassLoader.getSystemClassLoader()獲取,否則直接使用傳入的ClassLoader loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl; acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null; reload(); } private static void fail(Class> service, String msg, Throwable cause) throws ServiceConfigurationError { throw new ServiceConfigurationError(service.getName() + ": " + msg, cause); } private static void fail(Class> service, String msg) throws ServiceConfigurationError { throw new ServiceConfigurationError(service.getName() + ": " + msg); } private static void fail(Class> service, URL u, int line, String msg) throws ServiceConfigurationError { fail(service, u + ":" + line + ": " + msg); } // Parse a single line from the given configuration file, adding the name // on the line to the names list. // private int parseLine(Class> service, URL u, BufferedReader r, int lc, Listnames) throws IOException, ServiceConfigurationError { String ln = r.readLine(); if (ln == null) { return -1; } int ci = ln.indexOf('#'); if (ci >= 0) ln = ln.substring(0, ci); ln = ln.trim(); int n = ln.length(); if (n != 0) { if ((ln.indexOf(' ') >= 0) || (ln.indexOf('\t') >= 0)) fail(service, u, lc, "Illegal configuration-file syntax"); int cp = ln.codePointAt(0); if (!Character.isJavaIdentifierStart(cp)) fail(service, u, lc, "Illegal provider-class name: " + ln); for (int i = Character.charCount(cp); i < n; i += Character.charCount(cp)) { cp = ln.codePointAt(i); if (!Character.isJavaIdentifierPart(cp) && (cp != '.')) fail(service, u, lc, "Illegal provider-class name: " + ln); } if (!providers.containsKey(ln) && !names.contains(ln)) names.add(ln); } return lc + 1; } private Iterator parse(Class> service, URL u) throws ServiceConfigurationError { InputStream in = null; BufferedReader r = null; ArrayList names = new ArrayList<>(); try { in = u.openStream(); r = new BufferedReader(new InputStreamReader(in, "utf-8")); int lc = 1; while ((lc = parseLine(service, u, r, lc, names)) >= 0); } catch (IOException x) { fail(service, "Error reading configuration file", x); } finally { try { if (r != null) r.close(); if (in != null) in.close(); } catch (IOException y) { fail(service, "Error closing configuration file", y); } } return names.iterator(); } // Private inner class implementing fully-lazy provider lookupload private class LazyIterator implements Iterator { Classservice; ClassLoader loader; Enumerationconfigs = null; Iterator pending = null; String nextName = null; private LazyIterator(Class service, ClassLoader loader) { this.service = service; this.loader = loader; } //判斷是否擁有下一個(gè)實(shí)例 private boolean hasNextService() { //如果擁有下一個(gè)實(shí)例,直接返回true if (nextName != null) { return true; } //如果實(shí)現(xiàn)類的全名為null if (configs == null) { try { //獲取全文件名,文件相對(duì)路徑+文件名稱(包名+接口名) String fullName = PREFIX + service.getName(); //類加載器為空,則通過ClassLoader.getSystemResources()方法獲取 if (loader == null) configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName); else //類加載器不為空,則直接通過類加載器獲取 configs = loader.getResources(fullName); } catch (IOException x) { fail(service, "Error locating configuration files", x); } } while ((pending == null) || !pending.hasNext()) { //如果configs中沒有更過的元素,則直接返回false if (!configs.hasMoreElements()) { return false; } //解析包結(jié)構(gòu) pending = parse(service, configs.nextElement()); } nextName = pending.next(); return true; } private S nextService() { if (!hasNextService()) throw new NoSuchElementException(); String cn = nextName; nextName = null; Class> c = null; try { //加載類對(duì)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 { //通過c.newInstance()生成對(duì)象實(shí)例 S p = service.cast(c.newInstance()); //將生成的對(duì)象實(shí)例保存到緩存中(LinkedHashMap) providers.put(cn, p); return p; } catch (Throwable x) { fail(service, "Provider " + cn + " could not be instantiated", x); } throw new Error(); // This cannot happen } public boolean hasNext() { if (acc == null) { return hasNextService(); } else { PrivilegedAction action = new PrivilegedAction () { public Boolean run() { return hasNextService(); } }; return AccessController.doPrivileged(action, acc); } } public S next() { if (acc == null) { return nextService(); } else { PrivilegedAction action = new PrivilegedAction() { public S run() { return nextService(); } }; return AccessController.doPrivileged(action, acc); } } public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } } //迭代ServiceLoader的方法 public Iteratoriterator() { return new Iterator() { //獲取保存實(shí)現(xiàn)類的LinkedHashMap的迭代器 Iterator > knownProviders = providers.entrySet().iterator(); //判斷是否有下一個(gè)元素 public boolean hasNext() { //如果knownProviders存在元素,則直接返回true if (knownProviders.hasNext()) return true; //返回延遲加載器是否存在元素 return lookupIterator.hasNext(); } //獲取下一個(gè)元素 public S next() { //如果knownProviders存在元素,則直接獲取 if (knownProviders.hasNext()) return knownProviders.next().getValue(); //獲取延遲迭代器lookupIterator中的元素 return lookupIterator.next(); } public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } }; } //通過ClassLoader加載指定類的Class,并將返回結(jié)果封裝到ServiceLoader對(duì)象中 public static ServiceLoaderload(Classservice, ClassLoader loader) { return new ServiceLoader<>(service, loader); } //根據(jù)類的Class對(duì)象加載指定的類,返回ServiceLoader對(duì)象 public staticServiceLoaderload(Classservice) { //獲取當(dāng)前線程的類加載器 ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); //動(dòng)態(tài)加載指定的類,將類加載到ServiceLoader中 return ServiceLoader.load(service, cl); } public staticServiceLoaderloadInstalled(Classservice) { ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader(); ClassLoader prev = null; while (cl != null) { prev = cl; cl = cl.getParent(); } return ServiceLoader.load(service, prev); } /** * Returns a string describing this service. * * @return A descriptive string */ public String toString() { return "java.util.ServiceLoader[" + service.getName() + "]"; } }
SPI總結(jié)
最后,對(duì)Java提供的SPI機(jī)制進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)。
優(yōu)點(diǎn):
能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目解耦,使得第三方服務(wù)模塊的裝配控制的邏輯與調(diào)用者的業(yè)務(wù)代碼分離,而不是耦合在一起。應(yīng)用程序可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)情況啟用框架擴(kuò)展或替換框架組件。
缺點(diǎn):
多個(gè)并發(fā)多線程使用ServiceLoader類的實(shí)例是不安全的
雖然ServiceLoader也算是使用的延遲加載,但是基本只能通過遍歷全部獲取,也就是接口的實(shí)現(xiàn)類全部加載并實(shí)例化一遍。
“如何理解Java中的SPI機(jī)制”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站,小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章!