Java -- JDK中SPI机制

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

Java SPI是一种以接口为基础，使用配置文件来加载（或称之为服务发现）的动态加载机制，主要使用JDK中 java.util.ServiceLoader 来实现

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SPI是一种动态替换发现的机制，比如有个接口，想运行时动态的给它添加实现，只需要添加一个实现。我们经常遇到的就是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SQLServer，Oracle，Postgresql 等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

一、SPI使用

使用SPI比较简单，只需要按照以下几个步骤

1、创建一个接口

2、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（SPI的实现类必须带一个无参构造方法）

3、以接口的全路径做为名称，创建文件（注意不要带文件格式后缀）

4、在文件中写入实现类的全路径

5、在代码中调用ServiceLoader.load(接口.class)获取迭代器

6、遍历迭代器即可获取对应实现类的实例，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

如 MySQL驱动类

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java.sql.Driver文件全部内容

public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
    public Driver() throws SQLException {
    }

    static {
        try {
            DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException var1) {
            throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
    }
}

触发顺序为：

1、DriverManager在静态块中执行方法loadInitialDrivers()

2、loadInitialDrivers()中会有地方调用ServiceLoader.load(Driver.class)

3、触发hasNext()时，由于com.mysql.jdbc.Driver被ClassLoder扫到于是执行静态块，实例化一个自己并注册到DriverManager

二、SPI加载过程

ServiceLoader位于java.util.ServiceLoader，所以这个类是会被启动类加载器所加载

1、首先找到ServiceLoader中的静态方法：load()

根据类加载的原理：如果一个类由类加载器A加载，那么这个类的依赖类也会被类加载器A加载(前提是这个依赖类尚未被加载过) 

执行ServiceLoader.load(Driver.class)，如果不使用线程上下文类加载器来打破双亲委托模型，那么该方法的关联类也会被启动类加载器加载

public static  ServiceLoader load(Class service) {
    ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    return ServiceLoader.load(service, cl);
}

（1）初始化了一个：ServiceLoader对象，new ServiceLoader<>(service, loader)

（2）执行reload()

（3）new LazyIterator(service, loader) 

2、new了一个ServiceLoader的实例，并执行reload()；调用另一个重载的load方法去加载Driver（即所谓的Service）

private ServiceLoader(Class svc, ClassLoader cl) {
    service = Objects.requireNonNull(svc, "Service interface cannot be null");
    loader = (cl == null) ? ClassLoader.getSystemClassLoader() : cl;
    acc = (System.getSecurityManager() != null) ? AccessController.getContext() : null;
    // 实例化中reload
    reload();
}

3、在reload中创建了一个懒加载迭代器

public void reload() {
    providers.clear();
    // 懒加载迭代器
    lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}

4、当这个迭代器被调用hasNext时，跟着代码走下去，会发现有个PREFIX

// 迭代方法
public boolean hasNext() {
    if (acc == null) {
        return hasNextService();
    } else {
        PrivilegedAction action = new PrivilegedAction() {
            public Boolean run() { return hasNextService(); }
        };
        return AccessController.doPrivileged(action, acc);
    }
}

private boolean hasNextService() {
    if (nextName != null) {
        return true;
    }
    if (configs == null) {
        try {
            // 由PREFIX + name获取了文件全路径
            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;
}

5、指向了相对路径下的META-INF/services/

private static final String PREFIX = "META-INF/services/";

6、在Iterator遍历时，通过PREFIX + service.getName()，使用ClassLoader.getSystemResources(fullName)获取了配置里的内容，然后通过读文件的方式加载到自己的缓存，然后再调用迭代器的next()时，就会将其实例化

public S next() {
    if (acc == null) {
        return nextService();
    } else {
        PrivilegedAction action = new PrivilegedAction() {
            public S run() { return nextService(); }
        };
        return AccessController.doPrivileged(action, acc);
    }
}

private S nextService() {
    if (!hasNextService())
        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 {
        // 实例化
        S p = service.cast(c.newInstance());
        providers.put(cn, p);
        return p;
    } catch (Throwable x) {
        fail(service,
             "Provider " + cn + " could not be instantiated",
             x);
    }
    throw new Error();          // This cannot happen
}

三、JDK-SPI缺点

1、需要遍历所有的实现，并实例化，然后我们在循环中才能找到我们需要的实现。

2、配置文件中只是简单的列出了所有的扩展实现，而没有给他们命名。导致在程序中很难去准确的引用它们

3、扩展如果依赖其他的扩展，做不到自动注入和装配

4、不提供类似于Spring的IOC和AOP功能

5、扩展很难和其他的框架集成，比如扩展里面依赖了一个Spring bean，原生的JDK SPI不支持

四、SPI 和 API 区别

API

API（Application Programming Interface）的主要作用在于为调用方提供某个功能实现的调用入口，调用方不需关心该API的实现方式如何，它只需知道API可以提供特定的服务功能即可，具体实现由实现方负责。API提供特定的功能接口，以供调用；一般被应用开发人员使用，由实现方实现

SPI

SPI（Service Provider Interface）主要作用在于为同一服务的提供不同实现的替换机制，服务可以由第三方提供实现，也可以由调用方提供实现。SPI提供特定的功能接口，以供实现；一般被框架开发人员使用，调用方与实现方都可提供SPI的实现