Dubbo—SPI及自适应扩展原理，Java技术面试常见问题
@Override
public void sayHello(String s) {
System.out.println("Hello, " + s + "! I'm one");
}
}
public class SPIImpl2 implements SPI {
@Override
public void sayHello(String s) {
System.out.println("Hello, " + s + "! I'm two");
}
}
* 然后在resources/META-INF/services创建一个以接口全类名为名称的文件cn.dark.SPI，并在文件中填入自定义实现类的全类名
cn.dark.SPIImpl1
cn.dark.SPIImpl2
* 最后通过ServiceLoader类发现并调用服务：
ServiceLoader load = ServiceLoader.load(SPI.class);
for (SPI spi : load) {
spi.sayHello(“SPI”);
}
输出：
Hello, SPI! I’m one
Hello, SPI! I’m two
如果需要扩展新的实现，只需要将实现类配置到资源文件中，并引入对应的Jar即可。Java SPI机制就这么简单，其实现原理也很简单，读者们可以自行阅读源码，这里就不再详细分析了，那Dubbo的SPI有何异同呢？
## 2\. Dubbo SPI实现原理
## 由配置文件得到的猜想
Dubbo SPI是基于Java原生SPI思想重新实现的一套更加强大的SPI机制，类似的你可以在Dubbo的META-INF.dubbo.internal（不止这一个路径，后面在源码中会看到）路径下看到很多以接口全类名命名的配置文件，但是文件内容和JAVA SPI有点不一样，以Protocol扩展为例：
registry=com.alibaba.dubbo.registry.integration.RegistryProtocol
filter=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.ProtocolFilterWrapper
listener=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.ProtocolListenerWrapper
mock=com.alibaba.dubbo.rpc.support.MockProtocol
injvm=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.injvm.InjvmProtocol
dubbo=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.dubbo.DubboProtocol
rmi=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.rmi.RmiProtocol
hessian=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.hessian.HessianProtocol
com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.http.HttpProtocol
com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.webservice.WebServiceProtocol
thrift=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.thrift.ThriftProtocol
memcached=memcom.alibaba.dubbo.rpc.protocol.memcached.MemcachedProtocol
redis=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.redis.RedisProtocol
看到这么多扩展类（每一个配置文件中都有很多），我们首先应该思考一个问题：Dubbo一启动，就加载所有的扩展类么？作为一个优秀的RPC框架，肯定不会耗时耗力做这样的无用功，所以肯定会通过一种方式拿到指定的扩展才对。我们可以看到大多是以键值对方式（表示为extName-value）配置的扩展，那么不难猜测，这里的extName就是用来实现上面所说的功能的。 那到底是不是呢？以上纯属猜测，下面就到源码中去验证。
## SPI源码
Dubbo中实现SPI的核心类是ExtensionLoader，该类并未提供公共的构造方法来初始化，而是通过getExtensionLoader方法获取一个loader对象：
// loader缓存
private static final ConcurrentMap
public static ExtensionLoader getExtensionLoader(Class type) {
if (type == null)
throw new IllegalArgumentException(“Extension type == null”);
if(!type.isInterface()) {
throw new IllegalArgumentException(“Extension type(” + type + “) is not interface!”);
}
if(!withExtensionAnnotation(type)) {
throw new IllegalArgumentException(“Extension type(” + type +
“) is not extension, because WITHOUT @” + SPI.class.getSimpleName() + " Annotation!");
}
ExtensionLoader loader = (ExtensionLoader) EXTENSION_LOADERS.get(type);
if (loader == null) {
EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader(type));
loader = (ExtensionLoader) EXTENSION_LOADERS.get(type);
}
return loader;
}
private final ExtensionFactory objectFactory;
private ExtensionLoader(Class type) {
this.type = type;
objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
}
这里的class参数就是扩展点的接口类型，每一个loader都需要绑定一个扩展点类型。然后首先从缓存中获取loader，未获取到就初始化一个loader并放入缓存。而在私有构造器初始化的时候我们需要注意objectFactory这个变量，先大概有个映像，后面会用到。 拿到loader之后，就可以调用getExtension方法去获取指定的扩展点了,该方法传入了一个name参数，不难猜测这个就是配置文件中的键，可以debugger验证一下：
private final ConcurrentMap
public T getExtension(String name) {
if (name == null || name.length() == 0)
throw new IllegalArgumentException(“Extension name == null”);
if (“true”.equals(name)) {
return getDefaultExtension();
}
// 从缓存中获取Holder对象，该对象的值就是扩展对象
Holder holder = cachedInstances.get(name);
if (holder == null) {
cachedInstances.putIfAbsent(name, new Holder());
holder = cachedInstances.get(name);
}
// 缓存中没有该扩展，说明还没有加载扩展类，就去配置文件中加载并创建对应的扩展对象
// 这里通过双重校验锁的方式保证线程安全，Dubbo中大量运用了该技巧
Object instance = holder.get();
if (instance == null) {
synchronized (holder) {
instance = holder.get();
if (instance == null) {
instance = createExtension(name);
holder.set(instance);
}
}
}
return (T) instance;
}
同样的也是先从缓存拿，缓存没有就创建并添加到缓存，因此主要看createExtension方法：
// 扩展类实例缓存对象
private static final ConcurrentMap
关键点代码就在getExtensionClasses方法中，怎么从配置文件中加载扩展类的。而该方法主要是调用了loadExtensionClasses方法：
private Map
// 判断接口上是否标注有 @SPI注解，该注解的值就是默认使用的扩展类，
// 赋值给cachedDefaultName变量缓存起来
final SPI defaultAnnotation = type.getAnnotation(SPI.class);
if(defaultAnnotation != null) {
String value = defaultAnnotation.value();
if(value != null && (value = value.trim()).length() > 0) {
String[] names = NAME_SEPARATOR.split(value);
if(names.length > 1) {
throw new IllegalStateException("more than 1 default extension name on extension " + type.getName()
+ ": " + Arrays.toString(names));
}
if(names.length == 1) cachedDefaultName = names[0];
}
}
// 真正读取配置文件的方法
Map> extensionClasses = new HashMap>();
loadFile(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY);
loadFile(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY);
loadFile(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY);
return extensionClasses;
}
该方法主要是缓存当前扩展接口指定的默认扩展实现类（@SPI注解指定），并调用loadFile读取配置文件，从这里我们可以看到Dubbo默认是读取以下3个文件夹中的配置文件：
private static final String SERVICES_DIRECTORY = “META-INF/services/”;
private static final String DUBBO_DIRECTORY = “META-INF/dubbo/”;
private static final String DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY = DUBBO_DIRECTORY + “internal/”;
然后是loadFile，该方法很长，不全部放上来了，这里提取关键的代码：
String fileName = dir + type.getName();
首先通过文件全路径找到对应的文件，并用BufferedReader一行行读取文件内容：
String name = null;
int i = line.indexOf(’=’);
if (i > 0) {
// 配置文件中的键
name = line.substring(0, i).trim();
// 扩展点全类名
line = line.substring(i + 1).trim();
}
if (line.length() > 0) {
// 加载class，如果有些类的依赖jar包未导入，这里就会抛出异常（比如WebserviceProtocol）
Class clazz = Class.forName(line, true, classLoader);
// 验证当前类型是否是扩展类的父类型
if (! type.isAssignableFrom(clazz)) {
throw new IllegalStateException("Error when load extension class(interface: " +
type + ", class line: " + clazz.getName() + "), class "
+ clazz.getName() + “is not subtype of interface.”);
}
// 扩展类是否标注了 @Adaptive 注解，表示为一个自定义的自适应扩展类
// 如果是将其缓存到cachedAdaptiveClass
if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
if(cachedAdaptiveClass == null) {
cachedAdaptiveClass = clazz;
} else if (! cachedAdaptiveClass.equals(clazz)) {
// 超过一个自定义的自适应扩展类就抛出异常
throw new IllegalStateException("More than 1 adaptive class found: "
+ cachedAdaptiveClass.getClass().getName()
+ ", " + clazz.getClass().getName());
}
} else {
try {
// 进入到该分支表示为Wrapper装饰扩展类，该类都有一个特征：包含
// 一个有参的构造器，如果没有，就抛出异常进入到另一个分支，
// Wrapper类的作用我们后面再分析
clazz.getConstructor(type);
// 缓存Wrapper到cachedWrapperClasses中
Set
if (wrappers == null) {
cachedWrapperClasses = new ConcurrentHashSet
wrappers = cachedWrapperClasses;
}
wrappers.add(clazz);
} catch (NoSuchMethodException e) {
// 进入此分支表示为一个普通的扩展类
clazz.getConstructor();
if (name == null || name.length() == 0) {
// 由于历史原因，Dubbo最开始配置文件中并不是以K-V来配置的
// 扩展点，而是会通过@Extension注解指定，所以这里会通过
// 该注解去获取到name
name = findAnnotationName(clazz);
// 由于@Extension废弃使用，但配置文件中仍存在非K-V的配置，
// 所以这里是直接通过类名获取简单的name
if (name == null || name.length() == 0) {
if (clazz.getSimpleName().length() > type.getSimpleName().length()
&& clazz.getSimpleName().endsWith(type.getSimpleName())) {
name = clazz.getSimpleName().substring(0, clazz.getSimpleName().length() - type.getSimpleName().length()).toLowerCase();
} else {
throw new IllegalStateException("No such extension name for the class " + clazz.getName() + " in the config " + url);
}
}
}
String[] names = NAME_SEPARATOR.split(name);
if (names != null && names.length > 0) {
// 判断当前扩展点是否标注有@Activate注解，该注解表示
// 该扩展点自动激活
Activate activate = clazz.getAnnotation(Activate.class);
if (activate != null) {
cachedActivates.put(names[0], activate);
}
for (String n : names) {
if (! cachedNames.containsKey(clazz)) {
cachedNames.put(clazz, n);
}
Class c = extensionClasses.get(n);
if (c == null) {
extensionClasses.put(n, clazz);
} else if (c != clazz) {
throw new IllegalStateException("Duplicate extension " + type.getName() + " name " + n + " on " + c.getName() + " and " + clazz.getName());
}
}
}
}
}
}
至此，我们就看到了Dubbo SPI的实现全过程，我们也了解了Dubbo强大的扩展性是如何实现的，但是这么多扩展，Dubbo在运行中是如何决定调用哪一个扩展点的方法呢？这就是Dubbo另一强大的机制：自适应扩展。（PS:这里需要留意cachedAdaptiveClass和cachedWrapperClasses两个变量的赋值，后面会用到。）
## 二、自适应扩展机制
什么是自适应扩展？上文刚刚也说了，Dubbo中存在很多的扩展类，这些扩展类不可能一开始就全部初始化，那样非常的耗费资源，所以我们应该在使用到该类的时候再进行初始化，也就是懒加载。但是这是比较矛盾的，拓展未被加载，那么拓展方法就无法被调用（静态方法除外）。拓展方法未被调用，拓展就无法被加载（官网原话）。所以也就有了自适应扩展机制，那么这个原理是怎样的呢？ 首先需要了解@Adaptive注解，该注解可以标注在类和方法上：
* 标注在类上，表明该类为自定义的适配类
* 标注在方法上，表明需要动态的为该方法创建适配类
当有地方调用扩展类的方法时，首先会调用适配类的方法，然后适配类再根据扩展名称调用getExtension方法拿到对应的扩展类对象，最后调用该对象的方法即可。流程就这么简单，下面看看代码怎么实现的。 首先我们回到ExtensionLoader的构造方法中：
objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
其中调用了getAdaptiveExtension方法，从方法名不难看出就是去获取一个适配类对象：
private final Holder cachedAdaptiveInstance = new Holder();
public T getAdaptiveExtension() {
Object instance = cachedAdaptiveInstance.get();
if (instance == null) {
if(createAdaptiveInstanceError == null) {
synchronized (cachedAdaptiveInstance) {
instance = cachedAdaptiveInstance.get();
if (instance == null) {
try {
instance = createAdaptiveExtension();
cachedAdaptiveInstance.set(instance);
} catch (Throwable t) {
createAdaptiveInstanceError = t;
throw new IllegalStateException("fail to create adaptive instance: " + t.toString(), t);
}
}
}
}
else {
throw new IllegalStateException("fail to create adaptive instance: " + createAdaptiveInstanceError.toString(), createAdaptiveInstanceError);
}
}
return (T) instance;
}
该方法很简单，就是从缓存中获取适配类对象，未获取到就调用createAdaptiveExtension方法加载适配类并通过反射创建对象：
private T createAdaptiveExtension() {
try {
// 这里又注入了些东西，先略过
return injectExtension((T) getAdaptiveExtensionClass().newInstance());
} catch (Exception e) {
throw new IllegalStateException("Can not create adaptive extenstion " + type + ", cause: " + e.getMessage(), e);
}
}
调用getAdaptiveExtensionClass加载适配类：
private Class getAdaptiveExtensionClass() {
// 这里刚刚分析过了，从配置文件中加载配置类
getExtensionClasses();
if (cachedAdaptiveClass != null) {
return cachedAdaptiveClass;
}
return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
}
cachedAdaptiveClass这个变量应该还没忘，在loadFile里赋值的，即我们自定义的适配扩展类，若没有则调用createAdaptiveExtensionClass动态创建：
private Class createAdaptiveExtensionClass() {
// 生成适配类的Java代码，主要实现标注了@Adaptive的方法逻辑
String code = createAdaptiveExtensionClassCode();
ClassLoader classLoader = findClassLoader();
// 调用compiler编译
com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
return compiler.compile(code, classLoader);
}
该方法就是生成适配类的字节码，你一定好奇适配类的代码是怎样的，只需要打断点就可以看到了，这里我们以Protocol类的适配类为例：
import com.alibaba.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;
public class Protocol$Adpative implements com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol {
public void destroy() {
throw new UnsupportedOperationException(“method public abstract void com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.destroy() of interface com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol is not adaptive method!”);
}
public int getDefaultPort() {
throw new UnsupportedOperationException("method public abstract int com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.getDefaultPort() of interface com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol is not adaptive method!");
}
public com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker refer(java.lang.Class arg0, com.alibaba.dubbo.common.URL arg1) {
if (arg1 == null) throw new IllegalArgumentException("url == null");
com.alibaba.dubbo.common.URL url = arg1;
String extName = (url.getProtocol() == null ? "dubbo" : url.getProtocol());
if (extName == null)
throw new IllegalStateException("Fail to get extension(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) name from url(" + url.toString() + ") use keys([protocol])");
com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol extension = (com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.class).getExtension(extName);
return extension.refer(arg0, arg1);
}
public com.alibaba.dubbo.rpc.Exporter export(com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker arg0) {
if (arg0 == null) throw new IllegalArgumentException("com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker argument == null");
if (arg0.getUrl() == null)
throw new IllegalArgumentException("com.alibaba.dubbo.rpc.Invoker argument getUrl() == null");
com.alibaba.dubbo.common.URL url = arg0.getUrl();
String extName = (url.getProtocol() == null ? "dubbo" : url.getProtocol());
if (extName == null)
throw new IllegalStateException("Fail to get extension(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) name from url(" + url.toString() + ") use keys([protocol])");
com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol extension = (com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol) ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol.class).getExtension(extName);
return extension.export(arg0);
}
}
后面会讲到Protocol扩展类都是通过export方法暴露服务，refer方法引用服务，而这两个方法在接口中都标注了@Adaptive注解，所以Dubbo为其生成了动态的适配类（这个和Java的动态代理的原理有点像。同时我们看到这两个方法中都通过getExtension方法去获取指定的扩展类的实例（这个扩展类名称来自于Invoker（后面会讲）中的url，因为dubbo是基于url驱动的，所有的配置都在url中）。 这就是Dubbo强大的自适应扩展机制的实现原理，我们可以将其运用到我们的项目中去，这就是看源码的好处。不过还有个问题，刚刚在createAdaptiveExtensionClass方法中你一定疑惑compiler是什么，它也是调用的getAdaptiveExtension获取适配类，这不就进入了死循环么？ 当然不会，首先我们可以去配置文件看看Compiler的扩展类都有哪些：
adaptive=com.alibaba.dubbo.common.compiler.support.AdaptiveCompiler
jdk=com.alibaba.dubbo.common.compiler.support.JdkCompiler
javassist=com.alibaba.dubbo.common.compiler.support.JavassistCompiler
有一个AdaptiveCompiler类，从名字上我们就能猜到它是一个自定义的适配类了，然后在其类上可以看到@Adaptive注解验证我们的猜想，那么上文也说了在loadFile方法中会将该类赋值给cachedAdaptiveClass变量缓存，然后在createAdaptiveExtension -> getAdaptiveExtensionClass方法中获取并实例化对象，所以并不会死循环，那么在该类中做了什么呢？
public class AdaptiveCompiler implements Compiler {
// 这个是在哪赋值的？
private static volatile String DEFAULT_COMPILER;
public static void setDefaultCompiler(String compiler) {
DEFAULT_COMPILER = compiler;
}
public Class compile(String code, ClassLoader classLoader) {
Compiler compiler;
ExtensionLoader loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Compiler.class);
String name = DEFAULT_COMPILER; // copy reference
if (name != null && name.length() > 0) {
// 根据 DEFAULT_COMPILER 名称获取
compiler = loader.getExtension(name);
} else {
// 获取@SPI注解值指定的默认扩展
compiler = loader.getDefaultExtension();
}
return compiler.compile(code, classLoader);
}
}
该适配类会从两个地方获取扩展类，先来看看getDefaultExtension：
总结
总体来说，如果你想转行从事程序员的工作，Java开发一定可以作为你的第一选择。但是不管你选择什么编程语言，提升自己的硬件实力才是拿高薪的唯一手段。
如果你以这份学习路线来学习，你会有一个比较系统化的知识网络，也不至于把知识学习得很零散。我个人是完全不建议刚开始就看《Java编程思想》、《Java核心技术》这些书籍，看完你肯定会放弃学习。建议可以看一些视频来学习，当自己能上手再买这些书看又是非常有收获的事了。
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compiler = loader.getDefaultExtension();
}
return compiler.compile(code, classLoader);
}
}
该适配类会从两个地方获取扩展类，先来看看getDefaultExtension：
总结
总体来说，如果你想转行从事程序员的工作，Java开发一定可以作为你的第一选择。但是不管你选择什么编程语言，提升自己的硬件实力才是拿高薪的唯一手段。
如果你以这份学习路线来学习，你会有一个比较系统化的知识网络，也不至于把知识学习得很零散。我个人是完全不建议刚开始就看《Java编程思想》、《Java核心技术》这些书籍，看完你肯定会放弃学习。建议可以看一些视频来学习，当自己能上手再买这些书看又是非常有收获的事了。
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