1.什么是SPI
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接口，它可以用来启用框架扩展和替换组件。SPI的作用就是为这些被扩展的API寻找服务实现。本质是将接口实现类的全限定名配置在文件中，并由服务加载器读取配置文件，加载实现类。这样可以在运行时，动态为接口替换实现类。通过在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹查找文件，自动加载文件里所定义的类，进而实现可插拔，解耦。
2.案例demo
首先我们定义一个接口：
/**
* @author fjzheng
* @version 1.0
* @date 2021/11/5 10:32
*/
public interface SpiService {
void execute();
}
然后再定义两个接口实现类，这里为了方便就写在一个项目中，但是SPI的核心思想是引入相关框架之后，通过框架提供的spi机制，可以在自己的项目中提供spi接口实现类，动态扩展框架功能和做到可插拔，如jdbc。
/**
* @author fjzheng
* @version 1.0
* @date 2021/11/5 10:34
*/
public class SpiServiceImpl1 implements SpiService {
@Override
public void execute() {
System.out.println("SpiServiceImpl1 execute finish.....");
}
}
public class SpiServiceImpl2 implements SpiService {
@Override
public void execute() {
System.out.println("piServiceImpl2 execute finish.....");
}
}
接下来我们要在项目的ClassPath即resources下创建META-INF/services目录，然后在该目录下创建一个文件，文件名为接口的全限定类名，文件里写入接口实现类的全限定类名，如下所示：
最后我们就可以通过ServiceLoader.load或者Service.providers方法拿到实现类的实例。其中，Service.providers包位于sun.misc.Service，而ServiceLoader.load包位于java.util.ServiceLoader
/**
* @author fjzheng
* @version 1.0
* @date 2021/11/5 10:42
*/
public class TestSpi {
public static void main(String[] args) {
Iterator<SpiService> providers = Service.providers(SpiService.class);
ServiceLoader<SpiService> load = ServiceLoader.load(SpiService.class);
while(providers.hasNext()) {
SpiService ser = providers.next();
ser.execute();
}
System.out.println("--------------------------------");
Iterator<SpiService> iterator = load.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
SpiService ser = iterator.next();
ser.execute();
}
}
}
运行接口如下所示：
SpiServiceImpl1 execute finish.....
SpiServiceImpl2 execute finish.....
--------------------------------
SpiServiceImpl1 execute finish.....
SpiServiceImpl2 execute finish.....
demo代码：https://github.com/ShepherdZFJ/spring_code_learn/tree/main/framework_core/src/main/java/com/shepherd/spi
3.浅析源码实现
我们看到一个位于sun.misc包，一个位于java.util包，sun包下的源码看不到。我们就以ServiceLoader.load为例，通过源码看看它里面到底怎么做的。
ServiceLoader
首先看看ServiceLoader类结果变量信息：
public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S>
//配置文件的路径
private static final String PREFIX = "META-INF/services/";
//加载的服务类或接口
private final Class<S> service;
//已加载的服务类集合
private LinkedHashMap<String,S> providers = new LinkedHashMap<>();
//类加载器
private final ClassLoader loader;
//内部类，真正加载服务类
private LazyIterator lookupIterator;
......
}
ServiceLoader的load()方法创建了一些属性，重要的是实例化了内部类LazyIterator。最后返回ServiceLoader的实例
private ServiceLoader(Class<S> 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;
reload();
}
public void reload() {
providers.clear();
lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);
}
load()最终执行上面的构造方法，并对相关属性赋值，返回ServiceLoader的实例。
查找实现类
查找实现类和创建实现类的过程，都在LazyIterator完成。当我们调用iterator.hasNext和iterator.next方法的时候，实际上调用的都是LazyIterator的相应方法。
public Iterator<S> iterator() {
return new Iterator<S>() {
public boolean hasNext() {
return lookupIterator.hasNext();
}
public S next() {
return lookupIterator.next();
}
.......
};
}
所以，我们重点关注lookupIterator.hasNext()方法，它最终会调用到hasNextService。
private class LazyIterator implements Iterator<S>{
Class<S> service;
ClassLoader loader;
Enumeration<URL> configs = null;
Iterator<String> pending = null;
String nextName = null;
private boolean hasNextService() {
//第二次调用的时候，已经解析完成了，直接返回
if (nextName != null) {
return true;
}
if (configs == null) {
//META-INF/services/ 加上接口的全限定类名，就是文件服务类的文件
//META-INF/services/com.viewscenes.netsupervisor.spi.SPIService
String fullName = PREFIX + service.getName();
//将文件路径转成URL对象
configs = loader.getResources(fullName);
}
while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
//解析URL文件对象，读取内容，最后返回
pending = parse(service, configs.nextElement());
}
//拿到第一个实现类的类名
nextName = pending.next();
return true;
}
}
创建实例对象
调用next方法的时候，实际调用到的是，lookupIterator.nextService。它通过反射的方式，创建实现类的实例并返回
private class LazyIterator implements Iterator<S>{
private S nextService() {
//全限定类名
String cn = nextName;
nextName = null;
//创建类的Class对象
Class<?> c = Class.forName(cn, false, loader);
//通过newInstance实例化
S p = service.cast(c.newInstance());
//放入集合，返回实例
providers.put(cn, p);
return p;
}
}
流程图如下：
以上是ServiceLoader实现spi机制的核心流程源码讲解。
4.框架应用
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供的实现类。
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。
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以后基于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。如下所示：
springboot中spi机制
springboot最重要的特性就是自动配置，许多功能不需要手动开启，会自动帮助程序员开启，如果想扩展某些第三方组件的功能，例如mybatis，只需要配置依赖，就可以了，这其中都是需要SPI支持实现的，下面我们从源码层面看看springboot如何通过spi机制实现自动配置的。
从项目启动类的run方法进入：
public class SpringApplication {
/**
* Create a new {@link SpringApplication} instance. The application context will load
* beans from the specified primary sources (see {@link SpringApplication class-level}
* documentation for details. The instance can be customized before calling
* {@link #run(String...)}.
* @param resourceLoader the resource loader to use
* @param primarySources the primary bean sources
* @see #run(Class, String[])
* @see #setSources(Set)
*/
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
this.resourceLoader = resourceLoader;
Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}
private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type) {
return getSpringFactoriesInstances(type, new Class<?>[] {});
}
private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type, Class<?>[] parameterTypes, Object... args) {
ClassLoader classLoader = getClassLoader();
// Use names and ensure unique to protect against duplicates
Set<String> names = new LinkedHashSet<>(SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
List<T> instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes, classLoader, args, names);
AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
return instances;
}
........
}
进入的getSpringFactoriesInstances()方法，就会看到一个关键的类SpringFactoriesLoader，这个类就是springboot的spi机制实现的核心类，相当于JDK中spi机制的ServiceLoader
Spring-Core包的core/io/support下定义了SpringFactoriesLoader类，这个类用来加载META-INF/spring.factories文件，并获取指定接口的实现类。
loadFactories：使用给定的类加载器从文件中加载并实例化给定类型的工厂实现。（返回的是实例对象列表）
loadFactoryNames：使用给定的类加载器从文件中加载给定类型的工厂实现的标准类名。(返回的是类名列表)
public final class SpringFactoriesLoader {
/**
* The location to look for factories.
* <p>Can be present in multiple JAR files.
*/
public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
private static final Log logger = LogFactory.getLog(SpringFactoriesLoader.class);
private static final Map<ClassLoader, MultiValueMap<String, String>> cache = new ConcurrentReferenceHashMap<>();
private SpringFactoriesLoader() {
}
//加载并实例化给定类型的工厂实现
public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryType, @Nullable ClassLoader classLoader) {
Assert.notNull(factoryType, "'factoryType' must not be null");
ClassLoader classLoaderToUse = classLoader;
if (classLoaderToUse == null) {
classLoaderToUse = SpringFactoriesLoader.class.getClassLoader();
}
// 返回的类名列表
List<String> factoryImplementationNames = loadFactoryNames(factoryType, classLoaderToUse);
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Loaded [" + factoryType.getName() + "] names: " + factoryImplementationNames);
}
List<T> result = new ArrayList<>(factoryImplementationNames.size());
for (String factoryImplementationName : factoryImplementationNames) {
// 实例化
result.add(instantiateFactory(factoryImplementationName, factoryType, classLoaderToUse));
}
AnnotationAwareOrderComparator.sort(result);
return result;
}
//加载指定类型的工厂实现的标准类名
public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryType, @Nullable ClassLoader classLoader) {
String factoryTypeName = factoryType.getName();
return loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryTypeName, Collections.emptyList());
}
// 加载spring.factoies文件
private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
if (result != null) {
return result;
}
try {
// 获取文件的地址，将当前项目内及其引入的jar包下的META-INF/spring.factories文件全部读取出来
Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
result = new LinkedMultiValueMap<>();
while (urls.hasMoreElements()) {
URL url = urls.nextElement();
UrlResource resource = new UrlResource(url);
// 读取加载
Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
String factoryTypeName = ((String) entry.getKey()).trim();
for (String factoryImplementationName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) {
result.add(factoryTypeName, factoryImplementationName.trim());
}
}
}
cache.put(classLoader, result);
return result;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private static <T> T instantiateFactory(String factoryImplementationName, Class<T> factoryType, ClassLoader classLoader) {
try {
Class<?> factoryImplementationClass = ClassUtils.forName(factoryImplementationName, classLoader);
if (!factoryType.isAssignableFrom(factoryImplementationClass)) {
throw new IllegalArgumentException(
"Class [" + factoryImplementationName + "] is not assignable to factory type [" + factoryType.getName() + "]");
}
return (T) ReflectionUtils.accessibleConstructor(factoryImplementationClass).newInstance();
}
catch (Throwable ex) {
throw new IllegalArgumentException(
"Unable to instantiate factory class [" + factoryImplementationName + "] for factory type [" + factoryType.getName() + "]",
ex);
}
}
}
如mybatis-spring-boot-starter、spring-boot-starter-web等组件的META-INF文件下均含有spring.factories文件，自动配置模块中，SpringFactoriesLoader收集到文件中的类全名并返回一个类全名的数组，返回的类全名通过反射被实例化，就形成了具体的工厂实例，工厂实例来生成组件具体需要的bean，这就是springboot自动配置的核心原理。
原文始发于微信公众号（Shepherd进阶笔记）：SPI机制原理和应用
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