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大家好,我是三友~~ 。 今天来跟大家聊一聊Java、Spring、Dubbo三者SPI机制的原理和区别. 其实我之前写过一篇类似的文章,但是这篇文章主要是剖析dubbo的SPI机制的源码,中间只是简单地介绍了一下Java、Spring的SPI机制,并没有进行深入,所以本篇就来深入聊一聊这三者的原理和区别. SPI全称为Service Provider Interface,是一种动态替换发现的机制,一种解耦非常优秀的思想,SPI可以很灵活的让接口和实现分离,让api提供者只提供接口,第三方来实现,然后可以使用配置文件的方式来实现替换或者扩展,在框架中比较常见,提高框架的可扩展性. 简单来说SPI是一种非常优秀的设计思想,它的核心就是解耦、方便扩展. ServiceLoader是Java提供的一种简单的SPI机制的实现,Java的SPI实现约定了以下两件事: 这样就能够通过ServiceLoader加载到文件中接口的实现. 第一步,需要一个接口以及他的实现类 。 第二步,在 META-INF/services/ 目录创建一个文件名LoadBalance全限定名的文件,文件内容为RandomLoadBalance的全限定名 。 测试类: 测试结果: 此时就成功获取到了实现. 在实际的框架设计中,上面这段测试代码其实是框架作者写到框架内部的,而对于框架的使用者来说,要想自定义LoadBalance实现,嵌入到框架,仅仅只需要写接口的实现和spi文件即可. 如下是ServiceLoader中一段核心代码 。 首先获取一个fullName,其实就是 META-INF/services/接口的全限定名 。 然后通过ClassLoader获取到资源,其实就是接口的全限定名文件对应的资源,然后交给 parse 方法解析资源 。 parse 方法其实就是通过IO流读取文件的内容,这样就可以获取到接口的实现的全限定名 。 再后面其实就是通过反射实例化对象,这里就不展示了. 所以其实不难发现ServiceLoader实现原理比较简单,总结起来就是通过IO流读取 META-INF/services/接口的全限定名 文件的内容,然后反射实例化对象. 由于Java的SPI机制实现的比较简单,所以他也有一些缺点. 第一点就是浪费资源,虽然例子中只有一个实现类,但是实际情况下可能会有很多实现类,而Java的SPI会一股脑全进行实例化,但是这些实现了不一定都用得着,所以就会白白浪费资源. 第二点就是无法对区分具体的实现,也就是这么多实现类,到底该用哪个实现呢?如果要判断具体使用哪个,只能依靠接口本身的设计,比如接口可以设计为一个策略接口,又或者接口可以设计带有优先级的,但是不论怎样设计,框架作者都得写代码进行判断. 所以总得来说就是ServiceLoader无法做到按需加载或者按需获取某个具体的实现. 虽然说ServiceLoader可能有些缺点,但是还是有使用场景的,比如说: Spring我们都不陌生,他也提供了一种SPI的实现SpringFactoriesLoader. Spring的SPI机制的约定如下: 所以也可以看出,Spring的SPI机制跟Java的不论是文件名还是内容约定都不一样. 在 META-INF/ 目录下创建spring.factories文件,LoadBalance为键,RandomLoadBalance为值 。 测试: 运行结果: 成功获取到了实现对象. 如下是SpringFactoriesLoader中一段核心代码 。 其实从这可以看出,跟Java实现的差不多,只不过读的是 META-INF/ 目录下spring.factories文件内容,然后解析出来键值对. Spring的SPI机制在内部使用的非常多,尤其在SpringBoot中大量使用,SpringBoot启动过程中很多扩展点都是通过SPI机制来实现的,这里我举两个例子 。 在SpringBoot3.0之前的版本,自动装配是通过SpringFactoriesLoader来加载的. 但是SpringBoot3.0之后不再使用SpringFactoriesLoader,而是Spring重新从 META-INF/spring/ 目录下的 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中读取了. 至于如何读取的,其实猜也能猜到就跟上面SPI机制读取的方式大概差不多,就是文件路径和名称不一样. PropertySourceLoader是用来解析application配置文件的,它是一个接口 。 SpringBoot默认提供了 PropertiesPropertySourceLoader 和 YamlPropertySourceLoader两个实现,就是对应properties和yaml文件格式的解析. SpringBoot在加载PropertySourceLoader时就用了SPI机制 。 首先Spring的SPI机制对Java的SPI机制对进行了一些简化,Java的SPI每个接口都需要对应的文件,而Spring的SPI机制只需要一个spring.factories文件. 其次是内容,Java的SPI机制文件内容必须为接口的实现类,而Spring的SPI并不要求键值对必须有什么关系,更加灵活. 第三点就是Spring的SPI机制提供了获取类限定名的方法 loadFactoryNames ,而Java的SPI机制是没有的。通过这个方法获取到类限定名之后就可以将这些类注入到Spring容器中,用Spring容器加载这些Bean,而不仅仅是通过反射. 但是Spring的SPI也同样没有实现获取指定某个指定实现类的功能,所以要想能够找到具体的某个实现类,还得依靠具体接口的设计. 所以不知道你有没有发现,PropertySourceLoader它其实就是一个策略接口,注释也有说,所以当你的配置文件是properties格式的时候,他可以找到解析properties格式的PropertiesPropertySourceLoader对象来解析配置文件. ExtensionLoader是dubbo的SPI机制的实现类。每一个接口都会有一个自己的ExtensionLoader实例对象,这点跟Java的SPI机制是一样的. 同样地,Dubbo的SPI机制也做了以下几点约定: 首先在LoadBalance接口上@SPI注解 。 然后,修改一下Java的SPI机制测试时配置文件内容,改为键值对,因为Dubbo的SPI机制也可以从 META-INF/services/ 目录下读取文件,所以这里就没重写文件 。 测试类: 通过ExtensionLoader的 getExtension 方法,传入短名称,这样就可以精确地找到短名称对的实现类. 所以从这可以看出Dubbo的SPI机制解决了前面提到的无法获取指定实现类的问题. 测试结果: dubbo的SPI机制除了解决了无法获取指定实现类的问题,还提供了很多额外的功能,这些功能在dubbo内部用的非常多,接下来就来详细讲讲. 自适应,自适应扩展类的含义是说,基于参数,在运行时动态选择到具体的目标类,然后执行. 每个接口有且只能有一个自适应类,通过ExtensionLoader的 getAdaptiveExtension 方法就可以获取到这个类的对象,这个对象可以根据运行时具体的参数找到目标实现类对象,然后调用目标对象的方法. 举个例子,假设上面的LoadBalance有个自适应对象,那么获取到这个自适应对象之后,如果在运行期间传入了 random 这个key,那么这个自适应对象就会找到 random 这个key对应的实现类,调用那个实现类的方法,如果动态传入了其它的key,就路由到其它的实现类. 自适应类有两种方式产生,第一种就是自己指定,在接口的实现类上加@Adaptive注解,那么这个这个实现类就是自适应实现类. 除了自己代码指定,还有一种就是dubbo会根据一些条件帮你动态生成一个自适应类,生成过程比较复杂,这里就不展开了. 自适应机制在Dubbo中用的非常多,而且很多都是自动生成的,如果你不知道Dubbo的自适应机制,你在读源码的时候可能都不知道为什么代码可以走到那里。. 一提到IOC和AOP,立马想到的都是Spring,但是IOC和AOP并不是Spring特有的概念,Dubbo也实现IOC和AOP的功能,但是是一个轻量级的. 2.1、依赖注入 。 Dubbo依赖注入是通过setter注入的方式,注入的对象默认就是上面提到的自适应的对象,在Spring环境下可以注入Spring Bean. 如上代码,RoundRobinLoadBalance中有一个setLoadBalance方法,参数LoadBalance,在创建RoundRobinLoadBalance的时候,在非Spring环境底下,Dubbo就会找到LoadBalance自适应对象然后通过反射注入. 这种方式在Dubbo中也很常见,比如如下的一个场景 。 RegistryProtocol中会注入一个Protocol,其实这个注入的Protocol就是一个自适应对象. 2.2、接口回调 。 Dubbo也提供了一些类似于Spring的一些接口的回调功能,比如说,如果你的类实现了Lifecycle接口,那么创建或者销毁的时候就会回调以下几个方法 。 在dubbo3.x的某个版本之后,dubbo提供了更多接口回调,比如说ExtensionPostProcessor、ExtensionAccessorAware,命名跟Spring的非常相似,作用也差不多. 2.3、自动包装 。 自动包装其实就是aop的功能实现,对目标对象进行代理,并且这个aop功能在默认情况下就是开启的. 在Dubbo中SPI接口的实现中,有一种特殊的类,被称为Wrapper类,这个类的作用就是来实现AOP的. 判断Wrapper类的唯一标准就是这个类中必须要有这么一个构造参数,这个构造方法的参数只有一个,并且参数类型就是接口的类型,如下代码: 此时RoundRobinLoadBalance就是一个Wrapper类. 当通过 random 获取RandomLoadBalance目标对象时,那么默认情况下就会对RandomLoadBalance进行包装,真正获取到的其实是RoundRobinLoadBalance对象,RoundRobinLoadBalance内部引用的对象是RandomLoadBalance. 测试一下 。 在配置文件中加入 。 测试结果 。 从结果可以看出,虽然指定了 random ,但是实际获取到的是RoundRobinLoadBalance,而RoundRobinLoadBalance内部引用了RandomLoadBalance. 如果有很多的包装类,那么就会形成一个责任链条,一个套一个. 所以dubbo的aop跟spring的aop实现是不一样的,spring的aop底层是基于动态代理来的,而dubbo的aop其实算是静态代理,dubbo会帮你自动组装这个代理,形成一条责任链. 到这其实我们已经知道,dubbo的spi接口的实现类已经有两种类型了: 除了这两种类型,其实还有一种,叫做默认类,就是 @SPI 注解的值对应的实现类,比如 。 此时 random 这个key对应的实现类就是默认实现,通过 getDefaultExtension 这个方法就可以获取到默认实现对象. 所谓的自动激活,就是根据你的入参,动态地选择一批实现类返回给你. 自动激活的实现类上需要加上 Activate 注解,这里就又学习了一种实现类的分类. 此时RandomLoadBalance就属于可以被自动激活的类. 获取自动激活类的方法是 getActivateExtension ,所以根据这个方法的入参,可以动态选择一批实现类. 自动激活这个机制在Dubbo一个核心的使用场景就是Filter过滤器链中. Filter是dubbo中的一个扩展点,可以在请求发起前或者是响应获取之后就行拦截,作用有点像Spring MVC中的HandlerInterceptor. 如上Filter有很多实现,所以为了能够区分Filter的实现是作用于provider的还是consumer端,所以就可以用自动激活的机制来根据入参来动态选择一批Filter实现. 比如说ConsumerContextFilter这个Filter就作用于Consumer端. 最后,这里并没有对dubbo的SPI机制进行源码分析,感兴趣的同学可以看一下 面试常问的dubbo的spi机制到底是什么?(上) 和 面试常问的dubbo的spi机制到底是什么?(下) 两篇文章. 通过以上分析可以看出,实现SPI机制的核心原理就是通过IO流读取指定文件的内容,然后解析,最后加入一些自己的特性. 最后总的来说,Java的SPI实现的比较简单,并没有什么其它功能;Spring得益于自身的ioc和aop的功能,所以也没有实现太复杂的SPI机制,仅仅是对Java做了一点简化和优化;但是dubbo的SPI机制为了满足自身框架的使用要求,实现的功能就比较多,不仅将ioc和aop的功能集成到SPI机制中,还提供注入自适应和自动激活等功能. 最后的最后,安利一下大鹏的《保你平安》这部电影,周末去看了,从整体来看我感觉还可以,电影中融入了一些喜剧、动作、恐怖等元素,虽然有些地方强行煽情,但是大鹏想要表达的整体思想还是很值得一看滴. 如何去阅读源码,我总结了18条心法 。 如何实现延迟任务,我总结了11种方法 。 如何写出漂亮代码,我总结了45个小技巧 。 三万字盘点Spring/Boot的那些常用扩展点 。 两万字盘点那些被玩烂了的设计模式 。 扒一扒Bean注入到Spring的那些姿势 。 扫码或者搜索关注公众号 三友的java日记 ,及时干货不错过,公众号致力于通过画图加上通俗易懂的语言讲解技术,让技术更加容易学习,回复 面试 即可获得一套面试真题. 什么是SPI
Java SPI机制--ServiceLoader
META-INF/services/
目录底下
来个demo
public
interface LoadBalance
{
}
public
class RandomLoadBalance implements LoadBalance
{
}
public
class ServiceLoaderDemo
{
public static void main (String[] args)
{
ServiceLoader<LoadBalance> loadBalanceServiceLoader = ServiceLoader.load(LoadBalance
. class )
;
Iterator<LoadBalance> iterator = loadBalanceServiceLoader.iterator();
while
(iterator.hasNext()) {
LoadBalance loadBalance = iterator.next();
System.out.println(
"获取到负载均衡策略:"
+ loadBalance);
}
}
}
实现原理
优缺点
使用场景
Spring SPI机制--SpringFactoriesLoader
META-INF/
目录下,文件名必须为spring.factories
来个demo
public
class SpringFactoriesLoaderDemo
{
public static void main (String[] args)
{
List<LoadBalance> loadBalances = SpringFactoriesLoader.loadFactories(LoadBalance
. class , MyEnableAutoConfiguration . class . getClassLoader ())
;
for
(LoadBalance loadBalance : loadBalances) {
System.out.println(
"获取到LoadBalance对象:"
+ loadBalance);
}
}
}
核心原理
使用场景
1、自动装配
2、PropertySourceLoader的加载
与Java SPI机制对比
Dubbo SPI机制--ExtensionLoader
META-INF/services/
、
META-INF/dubbo/internal/
、
META-INF/dubbo/
、
META-INF/dubbo/external/
这四个目录底下,文件名也是接口的全限定名
先来个demo
@SPI
public
interface LoadBalance
{
}
random=com.sanyou.spi.demo.RandomLoadBalance
public
class ExtensionLoaderDemo
{
public static void main (String[] args)
{
ExtensionLoader<LoadBalance> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(LoadBalance
. class )
;
LoadBalance loadBalance = extensionLoader.getExtension(
"random"
);
System.out.println(
"获取到random键对应的实现类对象:"
+ loadBalance);
}
}
dubbo核心机制
1、自适应机制
@Adaptive
public
class RandomLoadBalance implements LoadBalance
{
}
2、IOC和AOP
public
class RoundRobinLoadBalance implements LoadBalance
{
private
LoadBalance loadBalance;
public void setLoadBalance (LoadBalance loadBalance)
{
this
.loadBalance = loadBalance;
}
}
public
class RoundRobinLoadBalance implements LoadBalance
{
private
final
LoadBalance loadBalance;
public RoundRobinLoadBalance (LoadBalance loadBalance)
{
this
.loadBalance = loadBalance;
}
}
roundrobin=com.sanyou.spi.demo.RoundRobinLoadBalance
@SPI
(
"random"
)
public
interface LoadBalance
{
}
3、自动激活
@Activate
public
interface RandomLoadBalance
{
}
总结
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