SPI 機(jī)制，「可插拔」的奧義所在！

大家好，我是小菜。一個(gè)希望能夠成為 吹著牛X談架構(gòu) 的男人！如果你也想成為我想成為的人，不然點(diǎn)個(gè)關(guān)注做個(gè)伴，讓小菜不再孤單！

本文主要介紹 SPI 機(jī)制

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我們上篇文章講到了 Java 中 Agent 用法，不少小伙伴都覺(jué)得該方式比較偏門，平常開發(fā)不常用（幾乎沒(méi)用）。其實(shí)不然，不常用是跟項(xiàng)目掛鉤，項(xiàng)目不常用不代表該方法機(jī)制不常用，因此很多時(shí)候我們學(xué)習(xí)不能坐井觀天，認(rèn)為項(xiàng)目中沒(méi)用到就可以不學(xué)，跟著項(xiàng)目成長(zhǎng)往往不能成長(zhǎng)~！

上篇跳轉(zhuǎn)入口：Java 高級(jí)用法，寫個(gè)代理侵入你？

那么這篇我們將繼續(xù)講 Java 中的另一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也就是 SPI 機(jī)制，乍聽感覺(jué)依然陌生，這時(shí)可別再打退堂鼓！往下看你就會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)平時(shí)開發(fā)中經(jīng)?？吹?！

一、SPI

我們這篇文章以問(wèn)題作為導(dǎo)向，用問(wèn)題來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，小菜先拋出幾個(gè)問(wèn)題，下面將針對(duì)這幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行解釋并擴(kuò)展

• 什么是 SPI ？
• SPI 和 API 的區(qū)別？
• 平常中有使用到 SPI 嗎？

1、什么是 SPI

SPI 是三個(gè)單詞的縮寫 Service Provider Interface，字面意思：服務(wù)提供接口。它是 Java 提供的一套用來(lái)被第三方實(shí)現(xiàn)或者擴(kuò)展的接口，它可以用來(lái)啟用框架擴(kuò)展和替換組件。具體作用便是為這些被擴(kuò)展的 API 尋找服務(wù)實(shí)現(xiàn)。

而Java SPI 便是 JDK 內(nèi)置的一種服務(wù)提供發(fā)現(xiàn)機(jī)制，常用于創(chuàng)建可擴(kuò)展、可替換組件的應(yīng)用程序，是java中模塊化與插件化的關(guān)鍵。

這里我們提到了兩個(gè)概念，分別是 模塊化和插件化。模塊化很好理解，就是將一個(gè)項(xiàng)目分成多個(gè)模塊，模塊間可能存在相互依賴（也就是通過(guò) maven 的方式），有使用微服務(wù)開發(fā)的同學(xué)就毫不陌生了，如果沒(méi)有使用微服務(wù)開發(fā)也不打緊，單體項(xiàng)目中為了界定 control，service，repository層，也會(huì)將每個(gè)領(lǐng)域單獨(dú)提取成模塊，而不是以目錄的方式~

2、類加載機(jī)制

上面我們已經(jīng)說(shuō)到了 SPI 較為粗淺的概念，小菜這里不打算直接深入 SPI，在深入 SPI 之前，我們先了解一下 ?Java 中的類加載機(jī)制。類加載機(jī)制可能實(shí)際開發(fā)中并不會(huì)去在意，但是它卻無(wú)處不在，而這個(gè)也是面試的一大熱點(diǎn)話題。

在JVM中，類加載器默認(rèn)是使用雙親委派原則，默認(rèn)的類加載器包括Bootstarp ClassLoader、Extension ClassLoader 和 System ClassLoader（Application ClassLoader），當(dāng)然可能還有自定義類加載器~自定義類加載器可以通過(guò)繼承 java.lang.classloader 來(lái)實(shí)現(xiàn)

各個(gè)類加載器作用范圍如下：

• Bootstrap ClassLoader：負(fù)責(zé)加載 JDK 自帶的 rt.jar 包中的類文件，是所有類加載的父類
• Extension ClassLoader：負(fù)責(zé)加載 java 的擴(kuò)展類庫(kù)從 jre/lib/ect或 java.ext.dirs 系統(tǒng)屬性指定的目錄下加載類
• System ClassLoader：負(fù)責(zé)從 classpath 環(huán)境變量中加載類文件

類加載繼承關(guān)系圖如下：

1）雙親委派模型

什么是雙親委派模型？

當(dāng)一個(gè)類加載器收到加載類的任務(wù)時(shí)，會(huì)先交給自己的父加載器去完成，一級(jí)一級(jí)往上，因此最后都會(huì)傳遞到 Bootstrap ClassLoader 進(jìn)行加載，只有當(dāng)父加載器無(wú)法完成加載任務(wù)的時(shí)候，才會(huì)嘗試自己進(jìn)行加載

為什么要這樣設(shè)計(jì)呢？

1、采用雙親委派原則可以避免相同類重復(fù)加載，每個(gè)加載器在進(jìn)行類加載任務(wù)的時(shí)候都會(huì)委派給自己的父類加載器進(jìn)行加載，如果父類加載無(wú)法加載才自己進(jìn)行加載，避免重復(fù)加載的局面

2、可以保證類加載的安全性，不管是哪個(gè)加載器加載這個(gè)類，最終都是委托給頂層的加載器進(jìn)行加載，保證任何加載器最終得到的都是同一個(gè)類對(duì)象

加載過(guò)程如下：

這樣做的缺陷？

子類加載器可以使用父類加載器已經(jīng)加載過(guò)的類，而父類加載器無(wú)法使用子類加載器加載過(guò)的類（類似繼承的關(guān)系）。這里就可以扯到 Java SPI 了，Java 提供了很多服務(wù)提供者接口（SPI），它可以允許第三方為這些接口提供實(shí)現(xiàn)，比如數(shù)據(jù)庫(kù)中的 SPI 服務(wù) - JDBC，這些 SPI 的接口由Java核心類提供，實(shí)現(xiàn)者確實(shí)第三方，這樣就會(huì)存在問(wèn)題，提供者由 Bootstrap ClassLoader加載，而實(shí)現(xiàn)者是由第三方自定義類加載器加載，而這個(gè)時(shí)候頂層類加載就無(wú)法使用子類加載器加載過(guò)的類

解決方法

想要解決這個(gè)問(wèn)題就得打破雙親委派原則

可以使用線程上下文類加載器（ContextClassLoader）加載

Java 應(yīng)用上下文加載器默認(rèn)是使用AppClassLoader，想要在父類加載器使用到子類加載器加載的類可以使用 Thread.currentThread().getContextClassLoader()

比如我們想要加載資源可以使用以下方式：

//?使用線程上下文類加載器加載資源
public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception{
????String?name?=?"java/sql/Array.class";
????Enumeration?urls?=?Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResources(name);
????while?(urls.hasMoreElements())?{
????????URL?url?=?urls.nextElement();
????????System.out.println(url.toString());
????}
}

3、Java SPI

說(shuō)完類加載機(jī)制，我們?cè)倩氐?Java SPI 來(lái)，我們先通過(guò)例子熟悉下 SPI 的使用方式

使用過(guò)程圖如下：

更加通俗的理解，SPI 實(shí)際上就是一種策略模式的實(shí)現(xiàn)，基于接口編程再配合上配置文件來(lái)讀取。這也符合我們的編程方式：可插拔~

使用例子如下：

項(xiàng)目結(jié)構(gòu)：

• ICustomSvc：服務(wù)提供接口（也就是 SPI）
• CustomSvcOne/CustomSvcTwo：實(shí)現(xiàn)者（這里直接在一個(gè)項(xiàng)目中簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò) jar 包導(dǎo)入的方式實(shí)現(xiàn)）
• cbuc.life.spi.service.ICustomSvc：配置文件

文件內(nèi)容：

然后我們啟動(dòng) CustomTest 查看控制臺(tái)結(jié)果

可以看到是可以加載到我們的實(shí)現(xiàn)類的方法，而這也就意味著已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了SPI 的功能

1）實(shí)現(xiàn)原理

其實(shí)我們上面使用SPI的時(shí)候可以看到一個(gè)關(guān)鍵的類那就是ServiceLoader ，該類位于 java.util包下，我們直接點(diǎn)進(jìn) load() 方法查看如何調(diào)用

點(diǎn)進(jìn) load() 方法我們首先看到以下代碼

該塊代碼只是簡(jiǎn)單的聲明了使用線程上下文加載器，我們繼續(xù)跟進(jìn) ServiceLoader.load(service, cl)

該塊代碼也沒(méi)啥內(nèi)容，聲明返回了 ServiceLoader 對(duì)象，這個(gè)對(duì)象有什么文章？我們可以查看這個(gè)類聲明

public?final?class?ServiceLoader<S>?implements?Iterable<S>{}

可以看到這個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了 Iterable 接口，說(shuō)明具有迭代的方法，可以猜測(cè)這樣是為了取出我們定義 SPI 的所有實(shí)現(xiàn)類。

該類的構(gòu)造函數(shù)如下

重點(diǎn)在于 reload() 方法，我們繼續(xù)跟進(jìn)

這里將注釋一起截取出來(lái)，我們可以看到這句話 方法將惰性查找實(shí)例化，說(shuō)明了上述說(shuō)到實(shí)現(xiàn) Iterable 接口的用處，我們這里可以先點(diǎn)進(jìn) iterator() 方法查看是如何實(shí)現(xiàn)的

可以看到有個(gè)關(guān)鍵的緩存，該緩存存儲(chǔ) provider,每次操作的時(shí)候都會(huì)去該緩存中查找，如果存在則返回，否則采用 LazyIterator 進(jìn)行查找，我們進(jìn)行進(jìn)入到LazyIterator類中查看如何實(shí)現(xiàn)，由于該類代碼過(guò)長(zhǎng)，我們直接截取關(guān)鍵代碼，有興趣的同學(xué)可以自行查看完整代碼：

看到該代碼的實(shí)現(xiàn)頓時(shí)豁然開朗了，我們看到了熟悉的目錄名 META-INF/services/，該代碼會(huì)去指定目錄下獲取文件資源，然后通過(guò)上傳傳入的線程上下文類加載器進(jìn)行類加載，這樣子我們的 SPI 實(shí)現(xiàn)類就可以供項(xiàng)目使用了~ 看完不得不感嘆 妙啊~

到這里為止，我們就已經(jīng)拆解了 JAVA SPI 的使用以及實(shí)現(xiàn)原理，看完后是不是覺(jué)得該技巧也沒(méi)有離我們很遠(yuǎn)~！

4、小結(jié)

使用 Java SPI 機(jī)制更好的實(shí)現(xiàn)了 可插拔 的開發(fā)理念，使得第三方服務(wù)模塊的裝配與調(diào)用者的業(yè)務(wù)代碼相分離，也就是 解耦 的概念，我們應(yīng)用程序可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)插拔。

二、擴(kuò)展

Spring SPI

當(dāng)然 SPI 機(jī)制不僅僅在 JDK 中實(shí)現(xiàn)，我們?nèi)粘ｉ_發(fā)用到的 Spring 以及 Dubbo 框架都有對(duì)應(yīng)的 SPI 機(jī)制。在Spring Boot中好多配置和實(shí)現(xiàn)都有默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)，我們?nèi)绻胍薷哪承┡渲?，我們只需要在配置文件中寫上?duì)應(yīng)的配置，那么項(xiàng)目應(yīng)用的便是我們定義的配置內(nèi)容，而這種方式就是采用 SPI 實(shí)現(xiàn)的。

Java SPI 與 Spring SPI 的區(qū)別

• JDK 使用的加載工具類是 ServiceLoader，而 Spring 使用的是 SpringFactoriesLoader
• JDK 目錄命名方式是META-INF/services/提供方接口全類名，而 Spring 使用的是 META-INF/spring-factories

在使用 Spring Boot 中我們會(huì)將想要注入 IOC 容器的類將全類限定名寫到 META-INF/spring.factories文件中，在 Spring Boot 程序啟動(dòng)的時(shí)候就會(huì)由 SpringFactoriesLoader 進(jìn)行加載，掃描每個(gè) jar 包 class-path 目錄下的 META-INF/spring.factories 配置文件，然后解析 properties 文件，找到指定名稱的配置后返回

所以說(shuō) SPI 在我們實(shí)際開發(fā)中隨處可見，不止 Spring ，比如JDBC加載數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)，SLF4J加載不同提供商的日志實(shí)現(xiàn)還有 Dubbo 使用SPI的方式實(shí)現(xiàn)框架的擴(kuò)展等等

不要空談，不要貪懶，和小菜一起做個(gè)吹著牛X做架構(gòu)的程序猿吧~點(diǎn)個(gè)關(guān)注做個(gè)伴，讓小菜不再孤單。咱們下文見！

今天的你多努力一點(diǎn)，明天的你就能少說(shuō)一句求人的話！我是小菜，一個(gè)和你一起變強(qiáng)的男人。 ??微信公眾號(hào)已開啟，菜農(nóng)曰，沒(méi)關(guān)注的同學(xué)們記得關(guān)注哦！