java spi使用详解

前言

SPI英文全称为Service Provider Interface，顾名思义，服务提供者接口，它是jdk提供给“服务提供厂商”或者“插件开发者”使用的接口；

在开发过程中，经常要用到第三方提供的SDK来完成一些业务扩展功能，比如调用第三方的发短信、图片验证码、人脸识别等等功能，但问题是，第三方SDK只是提供了标准的功能实现，某些场景下，开发者还想基于这些SDK做一些个性化的定制和扩展，那要怎么办呢？

于是，一些优秀的SDK就通过SPI的机制，将一些接口扩能开放出来，开发者就可以基于这些SPI接口做自身的业务扩展了；

总结一下SPI思想：在系统的各个模块中，往往有不同的实现方案，例如日志模块的方案、xml解析的方案等，为了在装载模块的时候不具体指明实现类，我们需要一种服务发现机制，java spi就提供这样一种机制。有点类似于IoC的思想，将服务装配的控制权移到程序之外，在模块化设计时尤其重要

Java 的SPI机制在很多框架，中间件等都有着广泛的使用，如springboot，Dubbo中均有采用，属于高级Java开发知识点，有必要掌握

下面用一张简图说明下SPI机制的原理
在这里插入图片描述

一、JDK中SPI的使用规范

定义通用的服务接口，针对服务接口，提供具体实现类
在jar包的META-INF/services/目录中，新建一个文件，文件名为接口的 “全限定名”，文件内容为该接口的具体实现类的 “全限定名”
将spi所在jar放在主程序的classpath中
服务调用方用java.util.ServiceLoader，用服务接口为参数，去动态加载具体的实现类到JVM中

案例展示

案例业务背景：

提供一个统一的支付接口
有两种支付方式，分别为支付宝支付和微信支付，实际中为不同支付厂商提供的SDK
客户端为customer工程，即调用支付SDK的使用者

在这里插入图片描述
从工程的结构来看，也是遵循SPI的服务规范的，即在resources目录下，创建一个指定名称的文件夹，将接口实现的全限定名放进去，那么客户端只需要依赖特定的SDK，然后通过 serviceLoader的方式即可加载到依赖的SDK的服务

客户端customer工程导入依赖

	<dependencies>

        <dependency>
            <artifactId>service-common</artifactId>
            <groupId>com.congge</groupId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <artifactId>ali-pay</artifactId>
            <groupId>com.congge</groupId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <artifactId>wechat-pay</artifactId>
            <groupId>com.congge</groupId>
            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
        </dependency>

    </dependencies>

public class MainTest {

    public static void main(String[] args) {

        ServiceLoader<PayService> loader = ServiceLoader.load(PayService.class);
        loader.forEach(payService ->{
            System.out.println(payService);
            payService.pay();
            System.out.println("=======");
        });
    }

}

运行下这段客户端的测试程序
在这里插入图片描述
我们不妨来看看serviceLoader中的一段关键代码，即加载服务接口时，可以发现，该方法最终要去找接口的实现类所在jar包下的 “META-INF/services” 目录中的服务实现，如果找到了就能被加载和使用

SPI优点

使用Java SPI机制的优势是实现解耦，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
应用程序可根据实际业务情况启用框架扩展或替换框架组件

SPI缺点

srviceLoader 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，需要加锁控制

SPI机制在实际生产中的一个应用

在小编的实际项目开发中，有这样一个需求，标准产品针对单点登录提供了多种实现，比如基于cas方案，ldap方案，oauth2.0方案等，针对每种方案，提供了一套具体的实现，即封装成了各自的jar包

标准产品在出厂并在客户端安装的时候，会有一套默认的实现，即oauth2.0实现，但是客户方有时候有自己的一套，比如cas服务器，那么客户希望能够对接cas单点登录，这么以来，具体到项目在实际部署的时候，就需要现场做一些特定的参数配置，将标准实现切换为 cas的实现即可，那么问题来了，标准产品是如何根据参数配置做到的呢？

其实也很简单，就是使用了 serviceLoader机制，自动发现标准产品中能够加载到的所有单点登录实现，如果没有外部配置参数传入，则默认使用oauth2.0的实现，否则，将会采用外部参数传过来的那个实现。

二、DUbbo 中SPI的使用

可以说，dubbo框架是对spi使用的一个很好的例子，dubbo框架本身就是基于SPI规范做了更进一步的封装，从上面的优缺点分析中，我妈了解了原生的SPI在客户端选择服务的时候需要遍历所有的接口实现，比较浪费资源，而dubbo在此基础上有了更好的封装和实现，下面来了解下dubbo的SPI使用吧

Dubbo 的 SPI 规范是：

接口名：可随意定义
实现类名：在接口名前添加一个用于表示自身功能的“标识前辍”字符串
提供者配置文件路径：在依次查找的目录为

META-INF/dubbo/internal
META-INF/dubbo
META-INF/services
提供者配置文件名称：接口的全限定性类名，无需扩展名
提供者配置文件内容：文件的内容为 key=value 形式，value 为该接口的实现类的全限类性类名，key 可以随意，但一般为该实现类的“标识前辍”（首字母小写）。一个类名占
一行
提供者加载：ExtensionLoader 类相当于 JDK SPI 中的 ServiceLoader 类，用于加载提供者配置文件中所有的实现类，并创建相应的实例

Dubbo 的 SPI 举例

1、创建一个maven工程，并导入核心依赖

		<dependency>
            <groupId>org.apache.dubbo</groupId>
            <artifactId>dubbo</artifactId>
            <version>3.0.0</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.12</version>
        </dependency>

2、定义 SPI 接口

比如这里有一个下单的接口，注意接口上需要加上@SPI 注解，注解里面的值可以填，也可以不用填，如果填，请注意和配置文件里面的key值名称保持一致，填写了的话，加载的时候，会默认找这个key对应的实现

@SPI("alipay")
public interface Order {
    String way();
}

3、定义两个接口的实现类

public class AlipayOrder implements Order{

    public String way() {
        System.out.println("使用支付宝支付");
        return "支付宝支付";
    }

}

public class WechatOrder implements Order {

    public String way() {
        System.out.println("微信支付");
        return "微信支付";
    }

}

4、定义扩展类配置文件
在这里插入图片描述

alipay=com.congge.spi.AlipayOrder
wechat=com.congge.spi.WechatOrder

5、测试方法

	@Test
    public void test1(){
        ExtensionLoader<Order> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Order.class);
        Order alipay = extensionLoader.getExtension("alipay");
        System.out.println(alipay.way());

        Order wechat = extensionLoader.getExtension("wechat");
        System.out.println(wechat.way());
    }

在这里插入图片描述
如果不指定加载哪个，而且接口配置了默认值，这里只需要在getExtension中设置 “true”，就会自动加载默认的那个

在Dubbo源码中，很多地方会存在下面这样的三种代码，分别是自适应扩展点、指定名称的扩展点、激活扩展点，dubbo通过这些扩展的spi接口实现众多的插拔式功能

ExtensionLoader.getExtensionLoader(xxx.class).getAdaptiveExtension();
ExtensionLoader.getExtensionLoader(xxx.class).getExtension(name);
ExtensionLoader.getExtensionLoader(xxx.class).getActivateExtension(url, key);

以dubbo源码中的Protocol 为例，对应dubbo源码中的rpc模块


@SPI("dubbo")  
public interface Protocol {  
      
    int getDefaultPort();  
  
    @Adaptive  
    <T> Exporter<T> export(Invoker<T> invoker) throws RpcException;  
  
    @Adaptive  
    <T> Invoker<T> refer(Class<T> type, URL url) throws RpcException;  

    void destroy();  
 
}

在这里插入图片描述

Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getAdaptiveExtension();

Protocol接口，在运行的时候dubbo会判断一下应该选用这个Protocol接口的哪个实现类来实例化对象
如果你配置了Protocol，则会将你配置的Protocol实现类加载到JVM中来，然后实例化对象时，就用你配置的那个Protocol实现类就可以了

上面那行代码就是dubbo里面大量使用的，就是对很多组件，都是保留一个接口和多个实现，然后在系统运行的时候动态的根据配置去找到对应的实现类。如果你没有配置，那就走默认的实现类，即dubbo

三、springboot 中SPI思想的使用

我们知道，springboot框架相比spring，从配置文件上简化了不少，但简化的只是开发者看到的那些xml配置文件中的东西，其本质仍然未变，就算是少了xml配置文件，依旧在启动的时候，需要做配置的解析工作，如解析原来的数据库连接的xml配置文件中的内容加载到spring容器中

而springboot来说，很多看不到的配置文件，都是在容器启动过程中，自动将配置进行读取，解析和加载，而在这个过程中，我们不禁好奇，这些配置是存在哪里呢？这里就用到了SPI的思想，也就是涉及到springboot的自动装配过程

举例来说，springboot怎么知道启动时需要加载 DataSource这个数据库连接的bean对象呢？怎么知道要使用JdbcTemplate 还是Druid的连接呢？

在spingboot工程启动过程中，有很重要的一个工作，就是完成bean的自动装配过程，自动装配装配的是什么东西呢？简单来说就是：

扫描classpath（工程目录下）下所有依赖的jar包装中指定目录中以特定的全限定名称的文件，进行解析并装配成bean
扫描xml文件，解析xml配置并装配成bean
解析那些被认为是需要装配的配置类，如@configuration，@service等

其中第一步中的那些文件是什么呢？其实就是和dubbo或原生的spi规范中的那些 /META-INF 文件，只不过在springboot工程中，命名的格式和规范稍有不同

下面通过源码来看看springboot启动过程中是如何加载这些spi文件的吧
在这里插入图片描述

然后来到下面这里，重点关注setInitializers 这个方法，顾名思义，表示在启动过程中要做的一些初始化设置，那么要设置哪些东西呢？
在这里插入图片描述

在这个方法中，有一个方法getSpringFactoriesInstances，紧接着这个方法看进去
在这里插入图片描述
在该方法中需要重点关注这句代码，通过这句代码，将依赖包下的那些待装配的文件进行加载，说白了，就是加载classpath下的那些 spring.factory的文件里面的name

SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader)

那么问题是具体加载的是什么样的文件呢？不妨继续点进去看看，在SpringFactoriesLoader类的开头，有一个这样的路径，想必大家就猜到是什么了吧
在这里插入图片描述
也就是说，会去找以这样的名字结尾的文件，比如我们在依赖的jar包中，看到下面这一幕，在这个spring.factories中，会看到更多我们熟悉的配置

这样问题就很明白了，通过找到spring.factories的文件，然后解析出具体的类的完整的名称，然后再在：createSpringFactoriesInstances 这个方法中完成对这些扩展的SPI接口实现类的初始化加载，即完成配的过程
在这里插入图片描述

沿着这个思路继续探究下去，相信感兴趣的同学对springboot中的这种类SPI的方式会有更深一层的理解，本篇到此结束，最后感谢观看！

前言

一、JDK中SPI的使用规范

SPI机制在实际生产中的一个应用

二、DUbbo 中SPI的使用

三、springboot 中SPI思想的使用

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