深入理解 Java 中 SPI 机制
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作者：姜柱
SPI（Service Provider Interface），是JDK内置的一种服务提供发现机制，本文由浅入深地介绍了Java SPI机制。
一、简介
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。
SPI与API区别：
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API是调用并用于实现目标的类、接口、方法等的描述；
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SPI是扩展和实现以实现目标的类、接口、方法等的描述；
换句话说，API 为操作提供特定的类、方法，SPI 通过操作来符合特定的类、方法。
参考：https://stackoverflow.com/questions/2954372/difference-between-spi-and-api?answertab=votes#tab-top
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。
二、应用场景
SPI扩展机制应用场景有很多，比如Common-Logging，JDBC，Dubbo等等。
SPI流程：
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有关组织和公式定义接口标准
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第三方提供具体实现: 实现具体方法, 配置 META-INF/services/${interface_name} 文件
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开发者使用
比如JDBC场景下：
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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提供。
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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。
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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。
三、使用demo
1.定义一个接口HelloSPI。
package com.vivo.study.spidemo.spi;
public interface HelloSPI {
void sayHello();
}2.完成接口的多个实现。
package com.vivo.study.spidemo.spi.impl;
import com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI;
public class ImageHello implements HelloSPI {
public void sayHello() {
System.out.println("Image Hello");
}
}package com.vivo.study.spidemo.spi.impl;
import com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI;
public class TextHello implements HelloSPI {
public void sayHello() {
System.out.println("Text Hello");
}
}在META-INF/services/目录里创建一个以com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI的文件，这个文件里的内容就是这个接口的具体的实现类。
具体内容如下：
com.vivo.study.spidemo.spi.impl.ImageHello
com.vivo.study.spidemo.spi.impl.TextHello3.使用 ServiceLoader 来加载配置文件中指定的实现
package com.vivo.study.spidemo.test
import java.util.ServiceLoader;
import com.vivo.study.spidemo.spi.HelloSPI;
public class SPIDemo {
public static void main(String[] args) {
ServiceLoader serviceLoader = ServiceLoader.load(HelloSPI.class);
// 执行不同厂商的业务实现，具体根据业务需求配置
for (HelloSPI helloSPI : serviceLoader) {
helloSPI.sayHello();
}
}
} 输出结果如下：
Image Hello
Text Hello四、源码分析
// ServiceLoader实现了Iterable接口，可以遍历所有的服务实现者
public final class ServiceLoader implements Iterable
{
// 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 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 providers = new LinkedHashMap<>();
// 迭代器
private LazyIterator lookupIterator;
} // 服务提供者查找的迭代器
public Iterator iterator() {
return new Iterator() {
Iterator> knownProviders
= providers.entrySet().iterator();
// hasNext方法
public boolean hasNext() {
if (knownProviders.hasNext())
return true;
return lookupIterator.hasNext();
}
// next方法
public S next() {
if (knownProviders.hasNext())
return knownProviders.next().getValue();
return lookupIterator.next();
}
};
} // 服务提供者查找的迭代器
private class LazyIterator implements Iterator {
// 服务提供者接口
Class service;
// 类加载器
ClassLoader loader;
// 保存实现类的url
Enumeration configs = null;
// 保存实现类的全名
Iterator pending = null;
// 迭代器中下一个实现类的全名
String nextName = null;
public boolean hasNext() {
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);
} catch (IOException x) {
fail(service, "Error locating configuration files", x);
}
}
while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
if (!configs.hasMoreElements()) {
return false;
}
pending = parse(service, configs.nextElement());
}
nextName = pending.next();
return true;
}
public S next() {
if (!hasNext()) {
throw new NoSuchElementException();
}
String cn = nextName;
nextName = null;
Class c = null;
try {
c = Class.forName(cn, false, loader);
} catch (ClassNotFoundException x) {
fail(service,"Provider " + cn + " not found");
}
if (!service.isAssignableFrom(c)) {
fail(service, "Provider " + cn + " not a subtype");
}
try {
S p = service.cast(c.newInstance());
providers.put(cn, p);
return p;
} catch (Throwable x) {
fail(service, "Provider " + cn + " could not be instantiated: " + x, x);
}
throw new Error(); // This cannot happen
}
} 
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hasNext和next方法。这里主要都是调用的lookupIterator的相应hasNext和next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
五、不足
1.不能按需加载，需要遍历所有的实现，并实例化，然后在循环中才能找到我们需要的实现。如果不想用某些实现类，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，不能根据某个参数来获取对应的实现类。
3.多个并发多线程使用 ServiceLoader 类的实例是不安全的。
六、规避
针对以上的不足点，我们在SPI机制选择时，可以考虑使用dubbo实现的SPI机制。
具体参考: http://dubbo.apache.org/zh-cn/blog/introduction-to-dubbo-spi.html
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