JAVA设计模式第十讲:SPI - 业务差异解决方案

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云原生数据库 PolarDB PostgreSQL 版,标准版 2核4GB 50GB
简介: JAVA设计模式第十讲:SPI - 业务差异解决方案

1、什么是原生SPI?

SPI(Service Provider Interface),是JDK内置的一种 服务提供发现机制,可以用来启用框架扩展和替换组件,主要是被框架的开发人员使用。

比如 java.sql.Driver 接口,其他不同厂商可以针对同一接口做出不同的实现,MySQL和PostgreSQL都有不同的实现提供给用户,而Java的SPI机制可以为某个接口寻找服务实现。Java中SPI机制主要思想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,其核心思想就是 解耦

  • 是一种规范

SPI整体机制图如下:

当服务的提供者提供了一种接口的实现之后,需要在classpath下的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件,这个文件里的内容就是这个接口的具体的实现类。当其他的程序需要这个服务的时候,就可以通过查找这个jar包(一般都是以jar包做依赖)的META-INF/services/中的配置文件,配置文件中有接口的具体实现类名,可以根据这个类名进行加载实例化,就可以使用该服务了。JDK中查找服务的实现的工具类是:java.util.ServiceLoader

2、SPI机制的简单示例

案例:我们现在需要使用一个内容搜索接口,搜索的实现可能是基于文件系统的搜索,也可能是基于数据库的搜索。

  • 先定义好接口
public interface Search {
    public List<String> searchDoc(String keyword);   
}
  • 文件搜索实现
public class FileSearch implements Search{
    @Override
    public List<String> searchDoc(String keyword) {
        System.out.println("文件搜索 "+keyword);
        return null;
    }
}
  • 数据库搜索实现
public class DatabaseSearch implements Search{
    @Override
    public List<String> searchDoc(String keyword) {
        System.out.println("数据搜索 "+keyword);
        return null;
    }
}
  • resources 接下来可以在resources下新建META-INF/services/目录,然后新建接口全限定名的文件:com.cainiao.ys.spi.learn.Search,里面加上我们需要用到的实现类
com.cainiao.ys.spi.learn.FileSearch
  • 测试方法
public class TestCase {
    public static void main(String[] args) {
        ServiceLoader<Search> s = ServiceLoader.load(Search.class);
        Iterator<Search> iterator = s.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Search search =  iterator.next();
            search.searchDoc("hello world");
        }
    }
}

可以看到输出结果:文件搜索 hello world

如果在 com.cainiao.ys.spi.learn.Search 文件里写上两个实现类,那最后的输出结果就是两行了。

这就是因为ServiceLoader.load(Search.class) 在加载某接口时,会去META-INF/services下找接口的全限定名文件,再根据里面的内容加载相应的实现类。

这就是spi的思想,接口的实现由provider实现,provider只用在提交的jar包里的 META-INF/services下根据平台定义的接口新建文件,并添加进相应的实现类内容就好。

3、SPI机制的广泛应用

3.1、SPI机制在 JDBC DriverManager 的应用

在JDBC4.0之前,我们开发有连接数据库的时候,通常会用Class.forName(“com.mysql.jdbc.Driver”) 这句先加载数据库相关的驱动,然后再进行获取连接等的操作。而JDBC4.0之后不需要用 Class.forName(“com.mysql.jdbc.Driver”) 来加载驱动,直接获取连接就可以了,现在这种方式就是使用了Java的SPI扩展机制来实现

JDBC接口定义

  • 首先在java中定义了接口java.sql.Driver,并没有具体的实现,具体的实现都是由不同厂商来提供的。

mysql实现

  • 在mysql的jar包mysql-connector-java-6.0.6.jar中,可以找到META-INF/services目录,该目录下会有一个名字为java.sql.Driver的文件,文件内容是com.mysql.cj.jdbc.Driver,这里面的内容就是针对Java中定义的接口的实现。

postgresql实现

  • 同样在postgresql的jar包postgresql-42.0.0.jar中,也可以找到同样的配置文件,文件内容是 org.postgresql.Driver,这是postgresql 对Java的java.sql.Driver的实现。

使用方法

上面说了,现在使用SPI扩展来加载具体的驱动,我们在Java中写连接数据库的代码的时候,不需要再使用Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")来加载驱动了,而是直接使用如下代码:

String url = "jdbc:xxxx://xxxx:xxxx/xxxx";
Connection conn = DriverManager.getConnection(url,username,password);
.....

这里并没有涉及到spi的使用,接着看下面的解析。

源码实现

上面的使用方法,就是我们普通的连接数据库的代码,并没有涉及到SPI的东西,但是有一点我们可以确定的是,我们没有写有关具体驱动的硬编码Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")

上面的代码可以直接获取数据库连接进行操作,但是跟SPI有啥关系呢?上面代码没有了加载驱动的代码,我们怎么去确定使用哪个数据库连接的驱动呢?这里就涉及到使用Java的SPI扩展机制来查找相关驱动的东西了,关于驱动的查找其实都在DriverManager中,DriverManager是Java中的实现,用来获取数据库连接,在DriverManager中有一个静态代码块如下:

public static Driver getDriver(String url) throws SQLException {
        println("DriverManager.getDriver(\"" + url + "\")");
        ensureDriversInitialized();
        ...
 }

可以看到是加载实例化驱动的,接着看ensureDriversInitialized方法:

private static void ensureDriversInitialized() {
    if (driversInitialized) {
        return;
    }
    synchronized (lockForInitDrivers) {
        if (driversInitialized) {
            return;
        }
        String drivers;
        try {
            drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<String>() {
                public String run() {
                    // 从系统变量"jdbc.drivers"中获取有关驱动的定义
                    return System.getProperty(JDBC_DRIVERS_PROPERTY);
                }
            });
        } catch (Exception ex) {
            drivers = null;
        }
        AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
            public Void run() {
                // 使用SPI来获取驱动的实现
                ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
                // 遍历使用SPI获取到的具体实现,实例化各个实现类
                Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
                try {
                    while (driversIterator.hasNext()) {
                        driversIterator.next();
                    }
                } catch (Throwable t) {
                    // Do nothing
                }
                return null;
            }
        });
        println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers);
        if (drivers != null && !drivers.equals("")) {
            String[] driversList = drivers.split(":");
            println("number of Drivers:" + driversList.length);
            // 根据第一步获取到的驱动列表来实例化具体实现类
            for (String aDriver : driversList) {
                try {
                    println("DriverManager.Initialize: loading " + aDriver);
                    Class.forName(aDriver, true, ClassLoader.getSystemClassLoader());
                } catch (Exception ex) {
                    println("DriverManager.Initialize: load failed: " + ex);
                }
            }
        }
        driversInitialized = true;
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }
}

上面的代码主要步骤是:

  • 1、从系统变量"jdbc.drivers"中获取有关驱动的定义。
  • 2、使用SPI来获取驱动的实现。
  • 3、遍历使用SPI获取到的具体实现,实例化各个实现类。
  • 4、根据第一步获取到的驱动列表来实例化具体实现类。

我们主要关注2,3步,这两步是SPI的用法,首先看第二步,使用SPI来获取驱动的实现,对应的代码是:

ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);

这里没有去 META-INF/services 目录下查找配置文件,也没有加载具体实现类,做的事情就是封装了我们的接口类型和类加载器,并初始化了一个迭代器。

接着看第三步,遍历使用SPI获取到的具体实现,实例化各个实现类,对应的代码如下:

//获取迭代器
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
//遍历所有的驱动实现
while(driversIterator.hasNext()) {
    driversIterator.next();
}

在遍历的时候,首先调用driversIterator.hasNext()方法,这里会搜索classpath下以及jar包中所有的META-INF/services目录下的java.sql.Driver文件,并找到文件中的实现类的名字,此时并没有实例化具体的实现类(ServiceLoader具体的源码实现在下面)。

然后是调用driversIterator.next();方法,此时就会根据驱动名字具体实例化各个实现类了。现在驱动就被找到并实例化了。

可以看下截图,我在测试项目中添加了两个jar包,mysql-connector-java-6.0.6.jarpostgresql-42.0.0.0.jar,跟踪到DriverManager中之后:

可以看到此时迭代器中有两个驱动,mysql和postgresql的都被加载了。

3.2、SPI机制 - Common-Logging

common-logging(也称Jakarta Commons Logging,缩写 JCL)是常用的日志库门面,具体日志库相关可以看这篇。我们看下它是怎么解耦的。

首先,日志实例是通过LogFactory的 getLog(String) 方法创建的:

public static getLog(Class clazz) throws LogConfigurationException {
    return getFactory().getInstance(clazz);
}

LogFatory是一个抽象类,它负责加载具体的日志实现,分析其Factory getFactory()方法:

public static org.apache.commons.logging.LogFactory getFactory() throws LogConfigurationException {
    // Identify the class loader we will be using
    ClassLoader contextClassLoader = getContextClassLoaderInternal();
    if (contextClassLoader == null) {
        // This is an odd enough situation to report about. This
        // output will be a nuisance on JDK1.1, as the system
        // classloader is null in that environment.
        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic("Context classloader is null.");
        }
    }
    // Return any previously registered factory for this class loader
    org.apache.commons.logging.LogFactory factory = getCachedFactory(contextClassLoader);
    if (factory != null) {
        return factory;
    }
    if (isDiagnosticsEnabled()) {
        logDiagnostic(
                "[LOOKUP] LogFactory implementation requested for the first time for context classloader " +
                        objectId(contextClassLoader));
        logHierarchy("[LOOKUP] ", contextClassLoader);
    }
    // Load properties file.
    //
    // If the properties file exists, then its contents are used as
    // "attributes" on the LogFactory implementation class. One particular
    // property may also control which LogFactory concrete subclass is
    // used, but only if other discovery mechanisms fail..
    //
    // As the properties file (if it exists) will be used one way or
    // another in the end we may as well look for it first.
    // classpath根目录下寻找commons-logging.properties
    Properties props = getConfigurationFile(contextClassLoader, FACTORY_PROPERTIES);
    // Determine whether we will be using the thread context class loader to
    // load logging classes or not by checking the loaded properties file (if any).
    // classpath根目录下commons-logging.properties是否配置use_tccl
    ClassLoader baseClassLoader = contextClassLoader;
    if (props != null) {
        String useTCCLStr = props.getProperty(TCCL_KEY);
        if (useTCCLStr != null) {
            // The Boolean.valueOf(useTCCLStr).booleanValue() formulation
            // is required for Java 1.2 compatibility.
            if (Boolean.valueOf(useTCCLStr).booleanValue() == false) {
                // Don't use current context classloader when locating any
                // LogFactory or Log classes, just use the class that loaded
                // this abstract class. When this class is deployed in a shared
                // classpath of a container, it means webapps cannot deploy their
                // own logging implementations. It also means that it is up to the
                // implementation whether to load library-specific config files
                // from the TCCL or not.
                baseClassLoader = thisClassLoader;
            }
        }
    }
    // 这里真正开始决定使用哪个factory
    // 首先,尝试查找vm系统属性org.apache.commons.logging.LogFactory,其是否指定factory
    // Determine which concrete LogFactory subclass to use.
    // First, try a global system property
    if (isDiagnosticsEnabled()) {
        logDiagnostic("[LOOKUP] Looking for system property [" + FACTORY_PROPERTY +
                "] to define the LogFactory subclass to use...");
    }
    try {
        String factoryClass = getSystemProperty(FACTORY_PROPERTY, null);
        if (factoryClass != null) {
            if (isDiagnosticsEnabled()) {
                logDiagnostic("[LOOKUP] Creating an instance of LogFactory class '" + factoryClass +
                        "' as specified by system property " + FACTORY_PROPERTY);
            }
            factory = newFactory(factoryClass, baseClassLoader, contextClassLoader);
        } else {
            if (isDiagnosticsEnabled()) {
                logDiagnostic("[LOOKUP] No system property [" + FACTORY_PROPERTY + "] defined.");
            }
        }
    } catch (SecurityException e) {
        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic("[LOOKUP] A security exception occurred while trying to create an" +
                    " instance of the custom factory class" + ": [" + trim(e.getMessage()) +
                    "]. Trying alternative implementations...");
        }
        // ignore
    } catch (RuntimeException e) {
        // This is not consistent with the behaviour when a bad LogFactory class is
        // specified in a services file.
        //
        // One possible exception that can occur here is a ClassCastException when
        // the specified class wasn't castable to this LogFactory type.
        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic("[LOOKUP] An exception occurred while trying to create an" +
                    " instance of the custom factory class" + ": [" +
                    trim(e.getMessage()) +
                    "] as specified by a system property.");
        }
        throw e;
    }
    // 第二,尝试使用java spi服务发现机制,载META-INF/services下寻找 org.apache.commons.logging.LogFactory 实现
    // Second, try to find a service by using the JDK1.3 class
    // discovery mechanism, which involves putting a file with the name
    // of an interface class in the META-INF/services directory, where the
    // contents of the file is a single line specifying a concrete class
    // that implements the desired interface.
    if (factory == null) {
        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic("[LOOKUP] Looking for a resource file of name [" + SERVICE_ID +
                    "] to define the LogFactory subclass to use...");
        }
        try {
            // META-INF/services/org.apache.commons.logging.LogFactory, SERVICE_ID
            final InputStream is = getResourceAsStream(contextClassLoader, SERVICE_ID);
            if (is != null) {
                // This code is needed by EBCDIC and other strange systems.
                // It's a fix for bugs reported in xerces
                BufferedReader rd;
                try {
                    rd = new BufferedReader(new InputStreamReader(is, "UTF-8"));
                } catch (java.io.UnsupportedEncodingException e) {
                    rd = new BufferedReader(new InputStreamReader(is));
                }
                String factoryClassName = rd.readLine();
                rd.close();
                if (factoryClassName != null && !"".equals(factoryClassName)) {
                    if (isDiagnosticsEnabled()) {
                        logDiagnostic("[LOOKUP]  Creating an instance of LogFactory class " +
                                factoryClassName +
                                " as specified by file '" + SERVICE_ID +
                                "' which was present in the path of the context classloader.");
                    }
                    factory = newFactory(factoryClassName, baseClassLoader, contextClassLoader);
                }
            } else {
                // is == null
                if (isDiagnosticsEnabled()) {
                    logDiagnostic("[LOOKUP] No resource file with name '" + SERVICE_ID + "' found.");
                }
            }
        } catch (Exception ex) {
            // note: if the specified LogFactory class wasn't compatible with LogFactory
            // for some reason, a ClassCastException will be caught here, and attempts will
            // continue to find a compatible class.
            if (isDiagnosticsEnabled()) {
                logDiagnostic(
                        "[LOOKUP] A security exception occurred while trying to create an" +
                                " instance of the custom factory class" +
                                ": [" + trim(ex.getMessage()) +
                                "]. Trying alternative implementations...");
            }
            // ignore
        }
    }
    // 第三,尝试从classpath根目录下的commons-logging.properties中查找org.apache.commons.logging.LogFactory属性指定的factory
    // Third try looking into the properties file read earlier (if found)
    if (factory == null) {
        if (props != null) {
            if (isDiagnosticsEnabled()) {
                logDiagnostic(
                        "[LOOKUP] Looking in properties file for entry with key '" + FACTORY_PROPERTY +
                                "' to define the LogFactory subclass to use...");
            }
            String factoryClass = props.getProperty(FACTORY_PROPERTY);
            if (factoryClass != null) {
                if (isDiagnosticsEnabled()) {
                    logDiagnostic(
                            "[LOOKUP] Properties file specifies LogFactory subclass '" + factoryClass + "'");
                }
                factory = newFactory(factoryClass, baseClassLoader, contextClassLoader);
                // TODO: think about whether we need to handle exceptions from newFactory
            } else {
                if (isDiagnosticsEnabled()) {
                    logDiagnostic("[LOOKUP] Properties file has no entry specifying LogFactory subclass.");
                }
            }
        } else {
            if (isDiagnosticsEnabled()) {
                logDiagnostic("[LOOKUP] No properties file available to determine" + " LogFactory subclass from..");
            }
        }
    }
    // 最后,使用后备factory实现,org.apache.commons.logging.impl.LogFactoryImpl
    // Fourth, try the fallback implementation class
    if (factory == null) {
        if (isDiagnosticsEnabled()) {
            logDiagnostic(
                    "[LOOKUP] Loading the default LogFactory implementation '" + FACTORY_DEFAULT +
                            "' via the same classloader that loaded this LogFactory" +
                            " class (ie not looking in the context classloader).");
        }
        // Note: unlike the above code which can try to load custom LogFactory
        // implementations via the TCCL, we don't try to load the default LogFactory
        // implementation via the context classloader because:
        // * that can cause problems (see comments in newFactory method)
        // * no-one should be customising the code of the default class
        // Yes, we do give up the ability for the child to ship a newer
        // version of the LogFactoryImpl class and have it used dynamically
        // by an old LogFactory class in the parent, but that isn't
        // necessarily a good idea anyway.
        factory = newFactory(FACTORY_DEFAULT, thisClassLoader, contextClassLoader);
    }
    if (factory != null) {
        /**
         * Always cache using context class loader.
         */
        cacheFactory(contextClassLoader, factory);
        if (props != null) {
            Enumeration names = props.propertyNames();
            while (names.hasMoreElements()) {
                String name = (String) names.nextElement();
                String value = props.getProperty(name);
                factory.setAttribute(name, value);
            }
        }
    }
    return factory;
}

可以看出,抽象类LogFactory加载具体实现的步骤如下:

  • 1、从vm系统属性org.apache.commons.logging.LogFactory
  • 2、使用SPI服务发现机制,发现org.apache.commons.logging.LogFactory的实现
  • 3、查找classpath根目录commons-logging.properties的org.apache.commons.logging.LogFactory属性是否指定factory实现
  • 4、使用默认factory实现,org.apache.commons.logging.impl.LogFactoryImpl

LogFactory的getLog()方法返回类型是 org.apache.commons.logging.Log 接口,提供了从trace到fatal方法。可以确定,如果日志实现提供者只要实现该接口,并且使用继承自 org.apache.commons.logging.LogFactory 的子类创建Log,必然可以构建一个松耦合的日志系统。

3.3、SPI机制 - 插件体系

其实最具spi思想的应该属于插件开发,这里具体说一下eclipse的插件思想。

Eclipse使用OSGi作为插件系统的基础,动态添加新插件和停止现有插件,以动态的方式管理组件生命周期。

一般来说,插件的文件结构必须在指定目录下包含以下三个文件:

  • META-INF/MANIFEST.MF: 项目基本配置信息,版本、名称、启动器等
  • build.properties: 项目的编译配置信息,包括,源代码路径、输出路径
  • plugin.xml:插件的操作配置信息,包含弹出菜单及点击菜单后对应的操作执行类等

当eclipse启动时,会遍历plugins文件夹中的目录,扫描每个插件的清单文件MANIFEST.MF,并建立一个内部模型来记录它所找到的每个插件的信息,就实现了动态添加新的插件。

这也意味着是eclipse制定了一系列的规则,像是文件结构、类型、参数等。插件开发者遵循这些规则去开发自己的插件,eclipse并不需要知道插件具体是怎样开发的,只需要在启动的时候根据配置文件解析、加载到系统里就好了,是spi思想的一种体现。

3.4、SPI机制 - Spring中SPI机制

在springboot的自动装配过程中,最终会加载META-INF/spring.factories文件,而加载的过程是由SpringFactoriesLoader加载的。从CLASSPATH下的每个Jar包中搜寻所有META-INF/spring.factories配置文件,然后将解析properties文件,找到指定名称的配置后返回。需要注意的是,其实这里不仅仅是会去ClassPath路径下查找,会扫描所有路径下的Jar包,只不过这个文件只会在Classpath下的jar包中。

public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
// spring.factories文件的格式为:key=value1,value2,value3
// 从所有的jar包中找到META-INF/spring.factories文件
// 然后从文件中解析出key=factoryClass类名称的所有value值
public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
    String factoryClassName = factoryClass.getName();
    // 取得资源文件的URL
    Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ? classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) : ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
    List<String> result = new ArrayList<String>();
    // 遍历所有的URL
    while (urls.hasMoreElements()) {
        URL url = urls.nextElement();
        // 根据资源文件URL解析properties文件,得到对应的一组@Configuration类
        Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(new UrlResource(url));
        String factoryClassNames = properties.getProperty(factoryClassName);
        // 组装数据,并返回
        result.addAll(Arrays.asList(StringUtils.commaDelimitedListToStringArray(factoryClassNames)));
    }
    return result;
}

4、SPI机制深入理解

4.1、SPI机制通常怎么使用

看完上面的几个例子解析,应该都能知道大概的流程了:

  • 有关组织或者公司定义标准。
  • 具体厂商或者框架开发者实现。
  • 程序员使用。
1、定义标准

定义标准,就是定义接口。比如接口java.sql.Driver

2、具体厂商或者框架开发者实现

厂商或者框架开发者开发具体的实现:

META-INF/services目录下定义一个名字为接口全限定名的文件,比如java.sql.Driver文件,文件内容是具体的实现名字,比如me.cxis.sql.MyDriver

写具体的实现me.cxis.sql.MyDriver,都是对接口Driver的实现。

3、程序猿使用

我们会引用具体厂商的jar包来实现我们的功能

ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
//获取迭代器
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
//遍历
while(driversIterator.hasNext()) {
    driversIterator.next();
    //可以做具体的业务逻辑
}
4、使用规范

最后总结一下jdk spi需要遵循的规范

4.2、SPI和API的区别是什么

SPI和API的区别是什么

这里实际包含两个问题,第一个SPI和API的区别?第二个什么时候用API,什么时候用SPI?

从面向接口编程说起

我们在“调用方”和“实现方”之间引入了“接口”,上图没有给出“接口”应该位于哪个“包”中,从纯粹的可能性上考虑,我们有三种选择:

  1. “接口”位于“调用方”所在的“包”中。
  2. “接口”位于“实现方”所在的“包”中。
  3. “接口”位于独立的“包”中。

下面让我们依次分析这三种可能性

场景1:“接口”位于“调用方”所在的“包”中

SPI - “接口”位于“调用方”所在的“包”中

  • 概念上更依赖调用方。
  • 组织上位于调用方所在的包中。
  • 实现位于独立的包中。
  • 常见的例子是:插件模式的插件。

场景2:“接口”位于“实现方”所在的“包”中

API - “接口”位于“实现方”所在的“包”中

  • 概念上更接近实现方。
  • 组织上位于实现方所在的包中。
  • 实现和接口在一个包中。

参考:

场景3:“接口”位于独立的“包”中

  • 如果一个“接口”在一个上下文是“API”,在另一个上下文是“SPI”,那么你就可以这么组织

4.3、SPI机制实现原理

不妨看下JDK中ServiceLoader<S>方法的具体实现:

//ServiceLoader实现了Iterable接口,可以遍历所有的服务实现者
public final class ServiceLoader<S>
    implements Iterable<S>
{
    //查找配置文件的目录
    private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
    //表示要被加载的服务的类或接口
    private final Class<S> service;
    //这个ClassLoader用来 定位,加载,实例化服务提供者
    private final ClassLoader loader;
    // 访问控制上下文
    private final AccessControlContext acc;
    // 缓存已经被实例化的服务提供者,按照实例化的顺序存储
    private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
    // 迭代器
    private LazyIterator lookupIterator;
    // 重新加载,就相当于重新创建 ServiceLoader了,用于新的服务提供者安装到正在运行的Java虚拟机中的情况。
    public void reload() {
        // 清空缓存中所有已实例化的服务提供者
        providers.clear();
        // 新建一个迭代器,该迭代器会从头查找和实例化服务提供者
        lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
    }
    //私有构造器
    //使用指定的类加载器和服务创建服务加载器
    //如果没有指定类加载器,使用系统类加载器,就是应用类加载器。
    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();
    }
    //解析失败处理的方法
    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);
    }
    //解析服务提供者配置文件中的一行
    //首先去掉注释校验,然后保存
    //返回下一行行号
    //重复的配置项和已经被实例化的配置项不会被保存
    private int parseLine(Class<?> service, URL u, BufferedReader r, int lc,
                          List<String> names)
        throws IOException, ServiceConfigurationError {
        //读取一行
        String ln = r.readLine();
        if (ln == null) {
            return -1;
        }
        //#号代表注释行
        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;
    }
    //解析配置文件,解析指定的url配置文件
    //使用parseLine方法进行解析,未被实例化的服务提供者会被保存到缓存中去
    private Iterator<String> parse(Class<?> service, URL u)
        throws ServiceConfigurationError {
        InputStream in = null;
        BufferedReader r = null;
        ArrayList<String> 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);
        }
        return names.iterator();
    }
    //服务提供者查找的迭代器
    private class LazyIterator
        implements Iterator<S> {
        Class<S> service;//服务提供者接口
        ClassLoader loader;//类加载器
        Enumeration<URL> configs = null;//保存实现类的url
        Iterator<String> pending = null;//保存实现类的全名
        String nextName = null;//迭代器中下一个实现类的全名
        private LazyIterator(Class<S> service, ClassLoader loader) {
            this.service = service;
            this.loader = loader;
        }
        private boolean hasNextService() {
            if (nextName != null) {
                return true;
            }
            if (configs == null) {
                try {
                    String fullName = PREFIX + service.getName();
                    if (loader == null)
                        configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
                    else
                        configs = loader.getResources(fullName);
                }
            }
            while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
                if (!configs.hasMoreElements()) {
                    return false;
                }
                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 {
                c = Class.forName(cn, false, loader);
            }
            if (!service.isAssignableFrom(c)) {
                fail(service, "Provider " + cn  + " not a subtype");
            }
            try {
                S p = service.cast(c.newInstance());
                providers.put(cn, p);
                return p;
            }
        }
        public boolean hasNext() {
            if (acc == null) {
                return hasNextService();
            } else {
                PrivilegedAction<Boolean> action = new PrivilegedAction<Boolean>() {
                    public Boolean run() { return hasNextService(); }
                };
                return AccessController.doPrivileged(action, acc);
            }
        }
        public S next() {
            if (acc == null) {
                return nextService();
            } else {
                PrivilegedAction<S> action = new PrivilegedAction<S>() {
                    public S run() { return nextService(); }
                };
                return AccessController.doPrivileged(action, acc);
            }
        }
        public void remove() {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }
    //获取迭代器
    //返回遍历服务提供者的迭代器
    //以懒加载的方式加载可用的服务提供者
    // 懒加载的实现是:解析配置文件和实例化服务提供者的工作由迭代器本身完成
    public Iterator<S> iterator() {
        return new Iterator<S>() {
            //按照实例化顺序返回已经缓存的服务提供者实例
            Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders
                = providers.entrySet().iterator();
            public boolean hasNext() {
                if (knownProviders.hasNext())
                    return true;
                return lookupIterator.hasNext();
            }
            public S next() {
                if (knownProviders.hasNext())
                    return knownProviders.next().getValue();
                return lookupIterator.next();
            }
            public void remove() {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
        };
    }
    // 为指定的服务使用指定的类加载器来创建一个ServiceLoader
    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,
                                            ClassLoader loader) {
        return new ServiceLoader<>(service, loader);
    }
    // 使用线程上下文的类加载器来创建ServiceLoader
    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        return ServiceLoader.load(service, cl);
    }
    // 使用扩展类加载器为指定的服务创建ServiceLoader
    // 只能找到并加载已经安装到当前Java虚拟机中的服务提供者,应用程序类路径中的服务提供者将被忽略
    public static <S> ServiceLoader<S> loadInstalled(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader prev = null;
        while (cl != null) {
            prev = cl;
            cl = cl.getParent();
        }
        return ServiceLoader.load(service, prev);
    }
    public String toString() {
        return "java.util.ServiceLoader[" + service.getName() + "]";
    }
}

首先,ServiceLoader实现了Iterable接口,所以它有迭代器的属性,这里主要都是实现了迭代器的hasNextnext方法。这里主要都是调用的lookupIterator的相应hasNextnext方法,lookupIterator是懒加载迭代器。

其次LazyIterator中的hasNext方法,静态变量PREFIX就是”META-INF/services/”目录,这也就是为什么需要在classpath下的META-INF/services/目录里创建一个以服务接口命名的文件。

最后,通过反射方法Class.forName()加载类对象,并用newInstance方法将类实例化,并把实例化后的类缓存到providers对象中,(LinkedHashMap<String,S>类型)然后返回实例对象。

所以我们可以看到ServiceLoader不是实例化以后,就去读取配置文件中的具体实现,并进行实例化。而是等到使用迭代器去遍历的时候,才会加载对应的配置文件去解析,调用hasNext方法的时候会去加载配置文件进行解析,调用next方法的时候进行实例化并缓存。

所有的配置文件只会加载一次,服务提供者也只会被实例化一次,重新加载配置文件可使用reload方法。

4.4、原生SPI存在的问题?

优点:

  • 实现解耦,应用程序可以根据实现业务情况启用或替换组件

缺点:

  • 1、不能按需加载虽然 ServiceLoader 做了延迟载入,但是基本只能通过遍历全部获取,也就是接口的实现类得全部载入并实例化一遍。如果你并不想用某些实现类,或者某些类实例化很耗时,它也被载入并实例化了,这就造成了浪费。
  • 2、获取某个实现类的方式不够灵活,只能通过Iterator 形式获取,不能根据某个参数类获取对应的实现类。
  • 3、多个并发多线程使用ServiceLoader 类的实例不安全
  • 不是线程安全的
  • 4、加载不到实现类时抛出并不是真正原因的异常,错误难定位。

参考文章:探究 SPI 机制原理及优缺点

5、政采云对SPI的使用

5.1、背景,我们要解决的问题?

方案一、服务多态
// 判断校验对应的sku集合是否允许购买
switch (businessCode) {
    case NETSUPER:
        // 校验网超是否有协议限制
        netsuperItemValidate(buyer, multiMap, ids);
        result.put(ItemTagEnum.NETSUPER.getTagName(),ids);
        break;
    case VACCINE:
        // 检查疫苗的禁售期, 禁售期内不可买
        vaccineItemValidate(buyer,multiMap,ids);
        result.put(ItemTagEnum.VACCINE.getTagName(),ids);
        break;
    case BLOCKTRADE:
        // 检查大宗商品的下浮率
        blockItemValidate(buyer, multiMap, ids);
        result.put(ItemTagEnum.BLOCKTRADE.getTagName(), ids);
        break;
    default:
        // 默认校验逻辑
        defaultItemValidate(buyer, multiMap, ids);
}

存在的问题:

  1. 维护性的问题:冗长的if else会因为新业务的不断涌入让人看不懂,拓展性差;
  2. 业务隔离问题:某个业务的改动,可能会导致全局的出错,故障工单不断;
  3. 发版问题:不同团队都需要针对加购的服务做定制,代码合并冲突和发版冲突不断。
方案二、服务整合
  • 订单基础参数校验,可以考虑使用Spring filter
  • pre-condition:
  1. 权限校验
  2. 订单商品可售校验
    2.1 库存校验
    2.2 协议校验
  3. 根据上下文透传信息获取订单流程的规则配置
    1.1 拆单规则配置读取
  • enricher: 1. 设置店铺订单的上下文信息
  • enricher: 2. 生成分布式订单id 并设置
  • enricher: 3. 设置商品信息
  • 设置价格信息(同步):
  • 1、调用营销中心获取店铺/商品活动
  • 2、调用价格中心获取商品价格
  • 3、获取用户优惠券等使用信息
  • 4、根据1,2,3最终确定订单总价
  • 下单操作主流程(按服务稳定性升序):
  • 1、锁库存(同步) - 要改为使用批量接口.
  • 2、冻结采购计划(同步)
  • 3、锁优惠券
  • 4、创建订单
  • 业务流程差异化,同样是下单业务,不同的渠道会使用不同的流程
  • 我司还好,非主要痛点。最差的情况就是用代码去编排整合呗,后续开个EIP专题分享
方案三、规则配置 + 自动路由

方案三是方案二的优化,限制了更多,但对业务方更透明,对我们的业务来说,路由的上下文信息大部分是固定的。比如大部分行业馆都是靠渠道和区划进行路由的,可以在不自定义的前提下使用这种方案。主要对方案二的优化点如下:

  1. 避免大部分场景下业务方去写路由代码
  2. 一个完整的业务流程中,channel是恒定量,并且贯穿全局
  3. 业务抽象解决共性的80%问题,**系统架构开放性 **解决20%的个性化问题。
  • 80%的路由都是根据channel,20%再写自定义路由来实现.
  • channel的枚举:默认、网超、通用行业馆、湖南、通用定点
// 可以在dubbo嵌入渠道信息
String channelContext = "vaccine";
ThreadLocal.set(channelContext);
ItemValidateStrategy auto = SpiProviderManager.getProvider(SimpleProvider.class);
class SpiProviderManager {
    public <T> T getProvider(Class clazz){
        String channel = ThreadLocal.get();
        // getProvider 去读配置并根据 channel 加载实现
        T provider = getProvider(clazz, channel);
    }
}
businessCode 功能点 实现类
vaccine SimpleProvider cn.gov.zcy.spi.test.framework.SimpleProviderImpl1
netsuper SimpleProvider cn.gov.zcy.spi.test.framework.SimpleProviderImpl2

方案三的优主要是针对自动路由带来的效果

  • 开发少写了路由的代码, 还通过20%的自定义保证了灵活性

5.2、使用场景

1、商品中心-使用tmf实现商品价格规则引擎

2、Dubbo第三讲:Dubbo的可扩展机制SPI源码解析

6、业界如何使用SPI?

6.1、有赞对SPI的使用?

有赞扩展点文档

6.2、蘑菇街对SPI的使用

Todo

6.3、白龙马对SPI的使用?

todo

Action1:SPI开发记录

[1.3.0-SNAPSHOT] - 2019-06-06

  • Changed
  • 摒弃了原有的基于文件的扩展点加载形式,采用基于spring + 注解的容器对扩展点进行加载的形式,从而使得使用方不用再关心resources/META-INF/services文件的编写
  • 添加升级对比器,业务团队可以快速验证升级版本的正确性

[1.2.1-SNAPSHOT] - 2018-09-13

  • Changed
  • @SpiProvider中的channel改为从String改为数组 并改名为channels,支持多渠道使用同一个SPI
  • Removed
  • @SpiProvider.name 变为可选字段,此字段不再有含义,仅用作展示
  • 删除SpiProviderManager.getProvider(String name)方法

[1.2.0-SNAPSHOT] - 2018-09-06

  • Added
  • spi-collector 新增 version 属性, 标识客户端版本
  • Changed
  • SpiProvider新增必填属性owner,表示服务的作者
  • 为spi-core框架增加插件机制,扩展服务插件化,配置化
  • spi-collector 改为使用 autoConfig

[1.1.0-SNAPSHOT] - 2018-08-22

  • Added
  • SPI元信息收集器,收集SPI信息至管理后台
  • 通过切面生成SPI执行路径,为日后的调用地图提供基础数据。
  • 新增模块cai-spi-admin,用于为SPI服务提供管理后台。
  • 添加对SpiProvider 有多个接口类支持和解析
  • Changed
  • @SpiProvider 新增属性 channel, 用于框架在路由时根据 channel 和 接口实现多态.
  • SpiProviderManamger 中新增多种路由方式
  • Removed
  • @SpiProvider 删除属性 asDefault. 此配置项已经通过 channel = default 进行替换.

[1.0.0-SNAPSHOT] - 2018-08-06

  • Added
  • RouterKey
    spi路由的一种实现方式,为用户提供自定义路由键,通常需要根据业务上下文生成。结合功能点配置一起选择具体的实现类. 参考 spi路由
  • SpiProvider
    扩展点实现类必须声明此注解,用于在项目启动时将spi实现的信息加载到框架.
  • SpiProviderManager
    扩展加载及加载后的状态,元数据信息等均在此类进行管理。同时此类还提供了对外部实现的获取api。
  • Router
    spi路由的另一种实现方式,通过由各扩展点定义自己实现的调用条件来进行路由,框架依次遍历实现,满足条件则执行功能点实现。目前暂未实现,考虑后续是否可以引进把路由代码分散在各个实现的思路。
  • Test case

Action2:说一说Java、Spring、Dubbo三者SPI机制的原理和区别

可以参考这篇文章:说一说Java、Spring、Dubbo三者SPI机制的原理和区别

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27天前
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安全 Java 开发者
Java多线程编程中的常见问题与解决方案
本文深入探讨了Java多线程编程中常见的问题,包括线程安全问题、死锁、竞态条件等,并提供了相应的解决策略。文章首先介绍了多线程的基础知识,随后详细分析了每个问题的产生原因和典型场景,最后提出了实用的解决方案,旨在帮助开发者提高多线程程序的稳定性和性能。
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1月前
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人工智能 监控 数据可视化
Java智慧工地信息管理平台源码 智慧工地信息化解决方案SaaS源码 支持二次开发
智慧工地系统是依托物联网、互联网、AI、可视化建立的大数据管理平台,是一种全新的管理模式,能够实现劳务管理、安全施工、绿色施工的智能化和互联网化。围绕施工现场管理的人、机、料、法、环五大维度,以及施工过程管理的进度、质量、安全三大体系为基础应用,实现全面高效的工程管理需求,满足工地多角色、多视角的有效监管,实现工程建设管理的降本增效,为监管平台提供数据支撑。
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1月前
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Java API Apache
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2月前
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设计模式 Java 程序员
[Java]23种设计模式
本文介绍了设计模式的概念及其七大原则,强调了设计模式在提高代码重用性、可读性、可扩展性和可靠性方面的作用。文章还简要概述了23种设计模式,并提供了进一步学习的资源链接。
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[Java]23种设计模式
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1月前
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设计模式 JavaScript Java
Java设计模式:建造者模式详解
建造者模式是一种创建型设计模式,通过将复杂对象的构建过程与表示分离,使得相同的构建过程可以创建不同的表示。本文详细介绍了建造者模式的原理、背景、应用场景及实际Demo,帮助读者更好地理解和应用这一模式。
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2月前
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Java
短频快task的java解决方案
本文探讨了Java自带WorkStealingPool的缺陷,特别是在任务中断方面的不足。普通线程池在处理短频快任务时存在锁竞争问题,导致性能损耗。文章提出了一种基于任务窃取机制的优化方案,通过设计合理的窃取逻辑和减少性能损耗,实现了任务的高效执行和资源的充分利用。最后总结了不同场景下应选择的线程池类型。