簡介

什么是可擴展的應(yīng)用程序呢？可擴展的意思是不需要修改原始代碼，就可以擴展應(yīng)用程序的功能。我們將應(yīng)用程序做成插件或者模塊。

這樣可以在不修改原應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)功能進行升級或者定制化。

本文將會向大家介紹如何通過java中的SPI機制實現(xiàn)這種可擴展的應(yīng)用程序。

SPI簡介

SPI的全稱是Java Service Provider Interface。是java提供的一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)的機制。

通過遵循相應(yīng)的規(guī)則編寫應(yīng)用程序之后，就可以使用ServiceLoader來加載相應(yīng)的服務(wù)了。

SPI的實現(xiàn)主要分為4個部分：

Service Provider Interface: SPI是一個interface或者是抽象類，其中定義了我們需要擴展實現(xiàn)的功能。

Service Providers：這是SPI的具體實現(xiàn)，提供了具體的實現(xiàn)功能

SPI Configuration File：SPI的配置文件，通過在配置文件我們來配置相關(guān)的SPI發(fā)現(xiàn)信息。

ServiceLoader: ServiceLoader是用來加載和發(fā)現(xiàn)服務(wù)的java類，并提供了很多有用的方法。

SPI的普通java實現(xiàn)

講完SPI的定義，大家可能還是不清楚SPI到底是做什么的，又該怎么使用它。

不用急，我們下面通過一個例子來說明。

首先創(chuàng)建一個module:SPI-service,里面主要定義了一個ModuleService接口：

public interface ModuleService {

}

然后再分別創(chuàng)建兩個module，作為ModuleService的實現(xiàn)：

public class ModuleServiceA implements ModuleService {

  public ModuleService getModuleService(){
    return new ModuleServiceA();
  }
}

public class ModuleServiceB implements ModuleService {

  public ModuleService getModuleService(){
    return new ModuleServiceB();
  }
}

接著分別在兩個module中創(chuàng)建META-INF/services文件夾，并且在里面創(chuàng)建兩個以 Service Provider Interface限定名為名字的文件，這里文件名是：com.flydean.base.service.ModuleService，文件里面存放的是SPI的具體實現(xiàn)類：

com.flydean.base.servicea.ModuleServiceA

com.flydean.base.serviceb.ModuleServiceB

最后，我們需要創(chuàng)建一個使用SPI的類：

public class ModuleController {

  public static void main(String[] args) {
    List<ModuleService> moduleServices = ServiceLoader
        .load(ModuleService.class).stream()
        .map(ServiceLoader.Provider::get)
        .collect(toList());
    log.info("{}", moduleServices);
  }
}

為了更好的展示擴展應(yīng)用的實際使用，我們分別創(chuàng)建4個模塊。在實際應(yīng)用中，只需要將這些jar包加入應(yīng)用程序的classpath即可。

運行看下輸出結(jié)果：

[com.flydean.base.servicea.ModuleServiceA@16f65612,

com.flydean.base.serviceb.ModuleServiceB@311d617d]

從結(jié)果看到，我們獲得了兩個ModuleService。證明系統(tǒng)擴展成功。

SPI在JPMS模塊化系統(tǒng)下的實現(xiàn)

上面我們講的是基本的操作，考慮一下，如果是在JDK9之后，引入了JPMS模塊化系統(tǒng)之后，應(yīng)該怎么使用SPI呢？

代碼肯定是一樣，我們需要修改的是SPI配置文件。

如果在JPMS中，我們就不需要使用META-INF/services了，我們只需要創(chuàng)建相應(yīng)的module-info.java文件即可。

先看下SPI模塊的module-info.java文件：

module com.flydean.service {
  exports com.flydean.service;
}

這個模塊我們對外暴露了service package，供其他模塊調(diào)用。

接下來是SPI的實現(xiàn)模塊：

module com.flydean.servicea {
  requires com.flydean.service;
  provides com.flydean.service.ModuleService with com.flydean.servicea.ModuleServiceA;
  exports com.flydean.servicea;
}

這里我們使用了provides命令，定義了兩個類的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

最后是調(diào)用的模塊：

module com.flydean.controller {
  uses com.flydean.service.ModuleService;
  requires com.flydean.service;
  requires lombok;
  requires slf4j.api;
}

這里我們使用uses關(guān)鍵詞來引用ModuleService。

總結(jié)

本文介紹了SPI在模塊化和非模塊化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

本文中的例子：learn-java-base-9-to-20

補充知識：Java中SPI機制詳解

本文通過探析JDK提供的，在開源項目中比較常用的Java SPI機制，希望給大家在實際開發(fā)實踐、學(xué)習(xí)開源項目提供參考。

一、 SPI是什么

SPI全稱Service Provider Interface，是Java提供的一套用來被第三方實現(xiàn)或者擴展的API，它可以用來啟用框架擴展和替換組件。

整體機制圖如下：

Java SPI 實際上是“基于接口的編程＋策略模式＋配置文件”組合實現(xiàn)的動態(tài)加載機制。

系統(tǒng)設(shè)計的各個抽象，往往有很多不同的實現(xiàn)方案，在面向的對象的設(shè)計里，一般推薦模塊之間基于接口編程，模塊之間不對實現(xiàn)類進行硬編碼。一旦代碼里涉及具體的實現(xiàn)類，就違反了可拔插的原則，如果需要替換一種實現(xiàn)，就需要修改代碼。為了實現(xiàn)在模塊裝配的時候能不在程序里動態(tài)指明，這就需要一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制。

Java SPI就是提供這樣的一個機制：為某個接口尋找服務(wù)實現(xiàn)的機制。有點類似IOC的思想，就是將裝配的控制權(quán)移到程序之外，在模塊化設(shè)計中這個機制尤其重要。所以SPI的核心思想就是解耦。

二、使用場景

概括地說，適用于：調(diào)用者根據(jù)實際使用需要，啟用、擴展、或者替換框架的實現(xiàn)策略。

比較常見的例子：

數(shù)據(jù)庫驅(qū)動加載接口實現(xiàn)類的加載

JDBC加載不同類型數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動

日志門面接口實現(xiàn)類加載

SLF4J加載不同提供商的日志實現(xiàn)類

Spring

Spring中大量使用了SPI,比如：對servlet3.0規(guī)范

對ServletContainerInitializer的實現(xiàn)、自動類型轉(zhuǎn)換Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等

Dubbo

Dubbo中也大量使用SPI的方式實現(xiàn)框架的擴展, 不過它對Java提供的原生SPI做了封裝，允許用戶擴展實現(xiàn)Filter接口

三、使用介紹

要使用Java SPI，需要遵循如下約定：

當(dāng)服務(wù)提供者提供了接口的一種具體實現(xiàn)后，在jar包的META-INF/services目錄下創(chuàng)建一個以“接口全限定名”為命名的文件，內(nèi)容為實現(xiàn)類的全限定名；

接口實現(xiàn)類所在的jar包放在主程序的classpath中；

主程序通過java.util.ServiceLoder動態(tài)裝載實現(xiàn)模塊，它通過掃描META-INF/services目錄下的配置文件找到實現(xiàn)類的全限定名，把類加載到JVM；

SPI的實現(xiàn)類必須攜帶一個不帶參數(shù)的構(gòu)造方法；

四、示例代碼

步驟1、定義一組接口 (假設(shè)是org.foo.demo.IShout)，并寫出接口的一個或多個實現(xiàn)，(假設(shè)是org.foo.demo.animal.Dog、org.foo.demo.animal.Cat)。

public interface IShout {
  void shout();
}
public class Cat implements IShout {
  @Override
  public void shout() {
    System.out.println("miao miao");
  }
}
public class Dog implements IShout {
  @Override
  public void shout() {
    System.out.println("wang wang");
  }
}

步驟2、在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目錄， 新增一個以接口命名的文件 (org.foo.demo.IShout文件)，內(nèi)容是要應(yīng)用的實現(xiàn)類（這里是org.foo.demo.animal.Dog和org.foo.demo.animal.Cat，每行一個類）。

文件位置

- src

-main

-resources

- META-INF

- services

- org.foo.demo.IShout

文件內(nèi)容

org.foo.demo.animal.Dog

org.foo.demo.animal.Cat

步驟3、使用 ServiceLoader 來加載配置文件中指定的實現(xiàn)。

public class SPIMain {
  public static void main(String[] args) {
    ServiceLoader<IShout> shouts = ServiceLoader.load(IShout.class);
    for (IShout s : shouts) {
      s.shout();
    }
  }
}

代碼輸出：

wang wang

miao miao

五、原理解析

首先看ServiceLoader類的簽名類的成員變量：

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>{
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";

  // 代表被加載的類或者接口
  private final Class<S> service;

  // 用于定位，加載和實例化providers的類加載器
  private final ClassLoader loader;

  // 創(chuàng)建ServiceLoader時采用的訪問控制上下文
  private final AccessControlContext acc;

  // 緩存providers，按實例化的順序排列
  private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();

  // 懶查找迭代器
  private LazyIterator lookupIterator; 
  ......
}

參考具體ServiceLoader具體源碼，代碼量不多，加上注釋一共587行，梳理了一下，實現(xiàn)的流程如下：

1、 應(yīng)用程序調(diào)用ServiceLoader.load方法

ServiceLoader.load方法內(nèi)先創(chuàng)建一個新的ServiceLoader，并實例化該類中的成員變量，包括：

loader(ClassLoader類型，類加載器)

acc(AccessControlContext類型，訪問控制器)

providers(LinkedHashMap<String,S>類型，用于緩存加載成功的類)

lookupIterator(實現(xiàn)迭代器功能)

2、應(yīng)用程序通過迭代器接口獲取對象實例，ServiceLoader先判斷成員變量providers對象中(LinkedHashMap<String,S>類型)是否有緩存實例對象，如果有緩存，直接返回。如果沒有緩存，執(zhí)行類的裝載，實現(xiàn)如下：

讀取META-INF/services/下的配置文件，獲得所有能被實例化的類的名稱，值得注意的是，ServiceLoader可以跨越j(luò)ar包獲取META-INF下的配置文件，具體加載配置的實現(xiàn)代碼如下：

try {
      String fullName = PREFIX + service.getName();
      if (loader == null)
        configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
      else
        configs = loader.getResources(fullName);
    } catch (IOException x) {
      fail(service, "Error locating configuration files", x);
    }

通過反射方法Class.forName()加載類對象，并用instance()方法將類實例化。

把實例化后的類緩存到providers對象中，(LinkedHashMap<String,S>類型），然后返回實例對象。

六、總結(jié)

優(yōu)點：

使用Java SPI機制的優(yōu)勢是實現(xiàn)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)實際業(yè)務(wù)情況啟用框架擴展或替換框架組件。

缺點：

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，也就是接口的實現(xiàn)類全部加載并實例化一遍。如果你并不想用某些實現(xiàn)類，它也被加載并實例化了，這就造成了浪費。獲取某個實現(xiàn)類的方式不夠靈活，只能通過Iterator形式獲取，不能根據(jù)某個參數(shù)來獲取對應(yīng)的實現(xiàn)類。

多個并發(fā)多線程使用ServiceLoader類的實例是不安全的。

以上這篇在java中使用SPI創(chuàng)建可擴展的應(yīng)用程序操作就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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