你应该了解的 Java SPI 机制

Java基础

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2020-6-14

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前言

不知大家现在有没有去公司复工,我已经在家办公将近 3 周了,同时也在家呆了一个多月;还好工作并没有受到任何影响,我个人一直觉得远程工作和 IT 行业是非常契合的,这段时间的工作效率甚至比在办公室还高,同时由于我们公司的业务在海外,所以疫情几乎没有造成太多影响。

扯远了,这次主要是想和大家分享一下 JavaSPI 机制。周末没啥事,我翻了翻我之前的写的博客 《设计一个可拔插的 IOC 容器》,发现当时的实现并不那么优雅。

还没看过的朋友的我先做个前景提要,当时的需求:

我实现了一个类似于的 SpringMVC 但却很轻量的 http 框架
cicada,其中当然也需要一个 IOC 容器,可以存放所有的单例 bean。

这个 IOC 容器的实现我希望可以有多种方式,甚至可以提供一个接口供其他人实现;当然切换这个 IOC 容器的过程肯定是不能存在硬编码的,也就是这里所提到的可拔插
当我想使用 A 的实现方式时,我就引入 A 的 jar 包,使用 B 时就引入 B 的包。

先给大家看看两次实现的区别,先从代码简洁程度来说就是 SPI 更胜一筹。

什么是 SPI

在具体分析之前还是先了解下 SPI 是什么?

首先它其实是 Service provider interface 的简写,翻译成中文就是服务提供发现接口。

不过这里不要被这个名词搞混了,这里的服务发现和我们常听到的微服务中的服务发现并不能划等号。

就如同上文提到的对 IOC 容器的多种实现方式 A、B、C(可以把它们理解为服务),我需要在运行时知道应该使用哪一种具体的实现。

其实本质上来说这就是一种典型的面向接口编程,这一点在我们刚开始学习编程的时候就被反复强调了。

SPI 实践

接下来我们来如何来利用 SPI 实现刚才提到的可拔插 IOC 容器。

既然刚才都提到了 SPI 的本质就是面向接口编程,所以自然我们首先需要定义一个接口:

其中包含了一些 Bean 容器所必须的操作:注册、获取、释放 bean。

为了让其他人也能实现自己的 IOC 容器,所以我们将这个接口单独放到一个 Module 中,可供他人引入实现。

所以当我要实现一个单例的 IOC 容器时,我只需要新建一个 Module 然后引入刚才的模块并实现 CicadaBeanFactory 接口即可。

当然其中最重要的则是需要在 resources 目录下新建一个 META-INF/services/top.crossoverjie.cicada.base.bean.CicadaBeanFactory 文件,文件名必须得是我们之前定义接口的全限定名(SPI 规范)。

其中的内容便是我们自己实现类的全限定名:

top.crossoverjie.cicada.bean.ioc.CicadaIoc

可以想象最终会通过这里的全限定名来反射创建对象。

只不过这个过程 Java 已经提供 API 屏蔽掉了:

    public static CicadaBeanFactory getCicadaBeanFactory() {
        ServiceLoader<CicadaBeanFactory> cicadaBeanFactories = ServiceLoader.load(CicadaBeanFactory.class);
        if (cicadaBeanFactories.iterator().hasNext()){
            return cicadaBeanFactories.iterator().next() ;
        }

        return new CicadaDefaultBean();
    }

classpath 中存在我们刚才的实现类(引入实现类的 jar 包),便可以通过 java.util.ServiceLoader 工具类来找到所有的实现类(可以有多个实现类同时存在,只不过通常我们只需要一个)。

一些都准备好之后,使用自然就非常简单了。

    <dependency>
        <groupId>top.crossoverjie.opensource</groupId>
        <artifactId>cicada-ioc</artifactId>
        <version>2.0.4</version>
    </dependency>

我们只需要引入这个依赖便能使用它的实现,当我们想换一种实现方式时只需要更换一个依赖即可。

这样就做到了不修改一行代码灵活的可拔插选择 IOC 容器了。

SPI 的一些其他应用

虽然平时并不会直接使用到 SPI 来实现业务,但其实我们使用过的绝大多数框架都会提供 SPI 接口方便使用者扩展自己的功能。

比如 Dubbo 中提供一系列的扩展:

同类型的 RPC 框架 motan 中也提供了响应的扩展:

他们的使用方式都和 Java SPI 非常类似,只不过原理略有不同,同时也新增了一些功能。

比如 motanspi 允许是否为单例等等。

再比如 MySQL 的驱动包也是利用 SPI 来实现自己的连接逻辑。

总结

Java 自身的 SPI 其实也有点小毛病,比如:

  • 遍历加载所有实现类效率较低。
  • 当多个 ServiceLoader 同时 load 时会有并发问题(虽然没人这么干)。

最后总结一下,SPI 并不是某项高深的技术,本质就是面向接口编程,而面向接口本身在我们日常开发中也是必备技能,所以了解使用 SPI 也是很用处的。

本文所有源码:

https://github.com/TogetherOS/cicada

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作者:crossoverJie