Java中的SPI机制
1 SPI是什么
SPI全称Service Provider Interface，是Java提供的一套用来被第三方实现或者扩展的API，它可以用来启用框架扩展和替换组件。
整体机制图如下：
Java SPI 实际上是“基于接口的编程＋策略模式＋配置文件”组合实现的动态加载机制。
系统设计的各个抽象，往往有很多不同的实现方案，在面向的对象的设计里，一般推荐模块之间基于接口编程，模块之间不对实现类进行硬编码。一旦代码里涉及具体的实现类，就违反了可拔插的原则，如果需要替换一种实现，就需要修改代码。为了实现在模块装配的时候能不在程序里动态指明，这就需要一种服务发现机制。
Java SPI就是提供这样的一个机制：为某个接口寻找服务实现的机制。有点类似IOC的思想，就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。所以SPI的核心思想就是解耦。
2 使用场景
概括地说，适用于：调用者根据实际使用需要，启用、扩展、或者替换框架的实现策略
比较常见的例子：
- 数据库驱动加载接口实现类的加载
JDBC加载不同类型数据库的驱动 - 日志门面接口实现类加载
SLF4J加载不同提供商的日志实现类 - Spring
Spring中大量使用了SPI,比如：对servlet3.0规范对ServletContainerInitializer的实现、自动类型转换Type Conversion SPI(Converter SPI、Formatter SPI)等 - Dubbo
Dubbo中也大量使用SPI的方式实现框架的扩展, 不过它对Java提供的原生SPI做了封装，允许用户扩展实现Filter接口
3 使用介绍
要使用Java SPI，需要遵循如下约定：
- 1、当服务提供者提供了接口的一种具体实现后，在jar包的META-INF/services目录下创建一个以“接口全限定名”为命名的文件，内容为实现类的全限定名；
- 2、接口实现类所在的jar包放在主程序的classpath中；
- 3、主程序通过java.util.ServiceLoder动态装载实现模块，它通过扫描META-INF/services目录下的配置文件找到实现类的全限定名，把类加载到JVM；
- 4、SPI的实现类必须携带一个不带参数的构造方法；
示例代码
步骤1、定义一组接口 (假设是org.foo.demo.IShout)，并写出接口的一个或多个实现，(假设是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");
}
}
步骤2、在 src/main/resources/ 下建立 /META-INF/services 目录， 新增一个以接口命名的文件 (org.foo.demo.IShout文件)，内容是要应用的实现类（这里是org.foo.demo.animal.Dog和org.foo.demo.animal.Cat，每行一个类）。
文件位置
- src
-main
-resources
- META-INF
- services
- org.foo.demo.IShout
文件内容
org.foo.demo.animal.Dog
org.foo.demo.animal.Cat
步骤3、使用 ServiceLoader 来加载配置文件中指定的实现。
public class SPIMain {
public static void main(String[] args) {
ServiceLoader shouts = ServiceLoader.load(IShout.class);
for (IShout s : shouts) {
s.shout();
}
}
}
代码输出：
wang wang
miao miao
4 原理解析
首先看ServiceLoader类的签名类的成员变量：
public final class ServiceLoader implements Iterable{
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
// 代表被加载的类或者接口
private final Class service;
// 用于定位，加载和实例化providers的类加载器
private final ClassLoader loader;
// 创建ServiceLoader时采用的访问控制上下文
private final AccessControlContext acc;
// 缓存providers，按实例化的顺序排列
private LinkedHashMap providers = new LinkedHashMap<>();
// 懒查找迭代器
private LazyIterator lookupIterator;
......
}
参考具体ServiceLoader具体源码，代码量不多，加上注释一共587行，梳理了一下，实现的流程如下：
-
1 应用程序调用ServiceLoader.load方法
ServiceLoader.load方法内先创建一个新的ServiceLoader，并实例化该类中的成员变量，包括：- loader(ClassLoader类型，类加载器)
- acc(AccessControlContext类型，访问控制器)
- providers(LinkedHashMap
- lookupIterator(实现迭代器功能)
-
2 应用程序通过迭代器接口获取对象实例
ServiceLoader先判断成员变量providers对象中(LinkedHashMap
如果没有缓存，执行类的装载，实现如下： -
(1) 读取META-INF/services/下的配置文件，获得所有能被实例化的类的名称，值得注意的是，ServiceLoader可以跨越jar包获取META-INF下的配置文件，具体加载配置的实现代码如下：
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);
}
- (2) 通过反射方法Class.forName()加载类对象，并用instance()方法将类实例化。
- (3) 把实例化后的类缓存到providers对象中，(LinkedHashMap
然后返回实例对象。
5 总结
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，而不是耦合在一起。应用程序可以根据实际业务情况启用框架扩展或替换框架组件。
相比使用提供接口jar包，供第三方服务模块实现接口的方式，SPI的方式使得源框架，不必关心接口的实现类的路径，可以不用通过下面的方式获取接口实现类：
- 代码硬编码import 导入实现类
- 指定类全路径反射获取：例如在JDBC4.0之前，JDBC中获取数据库驱动类需要通过Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")，类似语句先动态加载数据库相关的驱动，然后再进行获取连接等的操作
- 第三方服务模块把接口实现类实例注册到指定地方，源框架从该处访问实例
通过SPI的方式，第三方服务模块实现接口后，在第三方的项目代码的META-INF/services目录下的配置文件指定实现类的全路径名，源码框架即可找到实现类
缺点：
- 虽然ServiceLoader也算是使用的延迟加载，但是基本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。如果你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。
参考
Java核心技术36讲
The Java™ Tutorials
Java Doc
Service Provider Interface: Creating Extensible Java Applications
Service provider interface
Java ServiceLoader使用和解析
Java基础之SPI机制
Java中SPI机制深入及源码解析
SPI机制简介
2.Java的SPI机制
之前开阿里的HSF框架，里面用到了Java的SPI机制，今天闲暇的时候去了解了一下，通过写博客来记录一下
SPI的全名为Service Provider Interface，我对于该机制的理解是为接口寻找服务实现类。现在公司的系统都是进行了模块的划分，系统抽象为多个模块，往往有很多不同的实现方案，比如日志模块的方案，xml解析模块、jdbc模块的方案等。面向的对象的设计里，我们一般推荐模块之间基于接口编程，模块之间不对实现类进行硬编码。一旦代码里涉及具体的实现类，就违反了可拔插的原则，如果需要替换一种实现，就需要修改代码。于是就有了SPI这种服务发现机制。
java spi的具体使用如下 ：
当服务的提供者，提供了服务接口的一种实现之后，在jar包的META-INF/services/目录里同时创建一个以服务接口命名的文件。该文件里就是实现该服务接口的具体实现类。而当外部程序装配这个模块的时候，就能通过该jar包META-INF/services/里的配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，完成模块的注入。
基于这样一个约定就能很好的找到服务接口的实现类，而不需要再代码里制定。
jdk提供服务实现查找的一个工具类：java.util.ServiceLoader
参考案例：
项目文件结构：
参考代码：
Developer.java
package cn.edu.knowledge.spi;
public interface Developer {
public String getPrograme();
}
JavaDeveloper.java
package cn.edu.knowledge.spi;
public class JavaDeveloper implements Developer {
@Override
public String getPrograme() {
return "Java";
}
}
META-INF\services文件下的cn.edu.knowledge.spi.Developer文件内容是服务类的全限命名：
cn.edu.knowledge.spi.JavaDeveloper
将文件导出为jar包，新建一个项目，在项目中导入该jar,下面的测试类的代码
Test.java
import java.util.ServiceLoader;
import cn.edu.knowledge.spi.Developer;
public class Test {
public ServiceLoader serviceloader = ServiceLoader.load(Developer.class);
public static void main(String[] arg) {
Test devClient = new Test();
Developer dev = devClient.getDeveloper();
System.out.println(dev.getPrograme());
}
private Developer getDeveloper() {
Developer lastdev = null;
for (Developer dev : serviceloader) {
System.out.println("out." + dev.getPrograme());
lastdev = dev;
}
if(lastdev==null)
System.out.println("why...");
return lastdev;
}
}
我们在开发中都有用到SPI机制，但是我们没有意识到比如：
1.common-logging
apache最早提供的日志的门面接口。只有接口，没有实现。具体方案由各提供商实现，发现日志提供商是通过扫描 META-INF/services/org.apache.commons.logging.LogFactory 配置文件，通过读取该文件的内容找到日志提工商实现类。只要我们的日志实现里包含了这个文件，并在文件里制定 LogFactory工厂接口的实现类即可。
2.jdbc
jdbc4.0以前，开发人员还需要基于Class.forName("xxx")的方式来装载驱动，jdbc4也基于spi的机制来发现驱动提供商了，可以通过META-INF/services/java.sql.Driver文件里指定实现类的方式来暴露驱动提供者。
学习到的知识：面向接口编程可以实现接口和实现的分离，这样做的最大好处就是能够在客户端未知的情况下修改实现代码。那么什么时候应该抽象出Java接口呢？一种是用在层和层之问的调用。层和层之间是最忌讳耦合度过高或是改变过于频繁。设计优秀的接口能够解决这个问题。另一种是用在那些不稳定的部分上。如果某些需求的变化性很大，那么定义接口也是一种解决之道。设计良好的接口就像是我们日常使用的万用插座一样，不论插头如何变化，都可以使用。