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learn.lianglianglee.com/专栏/Dubbo源码解读与实战-完/03 Dubbo SPI 精析，接口实现两极反转（上）.md.html
周伟 d9c5ffd627 u
2022-05-11 19:04:14 +08:00

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<div class="book-post">
<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>03 Dubbo SPI 精析，接口实现两极反转（上）</h1>
<p>Dubbo 为了更好地达到 OCP 原则（即“对扩展开放，对修改封闭”的原则），采用了“<strong>微内核+插件</strong>”的架构。那什么是微内核架构呢？微内核架构也被称为插件化架构（Plug-in Architecture），这是一种面向功能进行拆分的可扩展性架构。内核功能是比较稳定的，只负责管理插件的生命周期，不会因为系统功能的扩展而不断进行修改。功能上的扩展全部封装到插件之中，插件模块是独立存在的模块，包含特定的功能，能拓展内核系统的功能。</p>
<p>微内核架构中，内核通常采用 Factory、IoC、OSGi 等方式管理插件生命周期，<strong>Dubbo 最终决定采用 SPI 机制来加载插件</strong>，Dubbo SPI 参考 JDK 原生的 SPI 机制，进行了性能优化以及功能增强。因此，在讲解 Dubbo SPI 之前，我们有必要先来介绍一下 JDK SPI 的工作原理。</p>
<h3>JDK SPI</h3>
<p>SPI（Service Provider Interface）主要是被<strong>框架开发人员</strong>使用的一种技术。例如，使用 Java 语言访问数据库时我们会使用到 java.sql.Driver 接口，不同数据库产品底层的协议不同，提供的 java.sql.Driver 实现也不同，在开发 java.sql.Driver 接口时，开发人员并不清楚用户最终会使用哪个数据库，在这种情况下就可以使用 Java SPI 机制在实际运行过程中，为 java.sql.Driver 接口寻找具体的实现。</p>
<h4>1. JDK SPI 机制</h4>
<p>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，此文件记录了该 jar 包提供的服务接口的具体实现类。当某个应用引入了该 jar 包且需要使用该服务时，JDK SPI 机制就可以通过查找这个 jar 包的 META-INF/services/ 中的配置文件来获得具体的实现类名，进行实现类的加载和实例化，最终使用该实现类完成业务功能。</p>
<p>下面我们通过一个简单的示例演示下 JDK SPI 的基本使用方式：</p>
<p><img src="assets/CgqCHl8o_UCAI01eAABGsg2cqbw825.png" alt="image" />.png]</p>
<p>首先我们需要创建一个 Log 接口，来模拟日志打印的功能：</p>
<pre><code>public interface Log {
void log(String info);
}
</code></pre>
<p>接下来提供两个实现—— Logback 和 Log4j，分别代表两个不同日志框架的实现，如下所示：</p>
<pre><code>public class Logback implements Log {
@Override
public void log(String info) {
System.out.println(&quot;Logback:&quot; + info);
}
}
public class Log4j implements Log {
@Override
public void log(String info) {
System.out.println(&quot;Log4j:&quot; + info);
}
}
</code></pre>
<p>在项目的 resources/META-INF/services 目录下添加一个名为 com.xxx.Log 的文件，这是 JDK SPI 需要读取的配置文件，具体内容如下：</p>
<pre><code>com.xxx.impl.Log4j
com.xxx.impl.Logback
</code></pre>
<p>最后创建 main() 方法，其中会加载上述配置文件，创建全部 Log 接口实现的实例，并执行其 log() 方法，如下所示：</p>
<pre><code>public class Main {
public static void main(String[] args) {
ServiceLoader&lt;Log&gt; serviceLoader =
ServiceLoader.load(Log.class);
Iterator&lt;Log&gt; iterator = serviceLoader.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Log log = iterator.next();
log.log(&quot;JDK SPI&quot;);
}
}
}
// 输出如下:
// Log4j:JDK SPI
// Logback:JDK SPI
</code></pre>
<h4>2. JDK SPI 源码分析</h4>
<p>通过上述示例，我们可以看到 JDK SPI 的入口方法是 ServiceLoader.load() 方法，接下来我们就对其具体实现进行深入分析。</p>
<p>在 ServiceLoader.load() 方法中，首先会尝试获取当前使用的 ClassLoader（获取当前线程绑定的 ClassLoader，查找失败后使用 SystemClassLoader），然后调用 reload() 方法，调用关系如下图所示：</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F8o_V6AR93jAABeDIu_Kso211.png" alt="image" /></p>
<p>在 reload() 方法中，首先会清理 providers 缓存（LinkedHashMap 类型的集合），该缓存用来记录 ServiceLoader 创建的实现对象，其中 Key 为实现类的完整类名，Value 为实现类的对象。之后创建 LazyIterator 迭代器，用于读取 SPI 配置文件并实例化实现类对象。</p>
<p>ServiceLoader.reload() 方法的具体实现，如下所示：</p>
<pre><code>// 缓存，用来缓存 ServiceLoader创建的实现对象
private LinkedHashMap&lt;String,S&gt; providers = new LinkedHashMap&lt;&gt;();
public void reload() {
providers.clear(); // 清空缓存
lookupIterator = new LazyIterator(service, loader); // 迭代器
}
</code></pre>
<p>在前面的示例中，main() 方法中使用的迭代器底层就是调用了 ServiceLoader.LazyIterator 实现的。Iterator 接口有两个关键方法：hasNext() 方法和 next() 方法。这里的 LazyIterator 中的next() 方法最终调用的是其 nextService() 方法，hasNext() 方法最终调用的是 hasNextService() 方法，调用关系如下图所示：</p>
<p><img src="assets/Ciqc1F8o_WmAZSkmAABmcc0uM54214.png" alt="image" /></p>
<p>首先来看 LazyIterator.hasNextService() 方法，该方法主要<strong>负责查找 META-INF/services 目录下的 SPI 配置文件</strong>，并进行遍历，大致实现如下所示：</p>
<pre><code>private static final String PREFIX = &quot;META-INF/services/&quot;;
Enumeration&lt;URL&gt; configs = null;
Iterator&lt;String&gt; pending = null;
String nextName = null;
private boolean hasNextService() {
if (nextName != null) {
return true;
}
if (configs == null) {
// PREFIX前缀与服务接口的名称拼接起来，就是META-INF目录下定义的SPI配
// 置文件(即示例中的META-INF/services/com.xxx.Log)
String fullName = PREFIX + service.getName();
// 加载配置文件
if (loader == null)
configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);
else
configs = loader.getResources(fullName);
}
// 按行SPI遍历配置文件的内容
while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {
if (!configs.hasMoreElements()) {
return false;
}
// 解析配置文件
pending = parse(service, configs.nextElement());
}
nextName = pending.next(); // 更新 nextName字段
return true;
}
</code></pre>
<p>在 hasNextService() 方法中完成 SPI 配置文件的解析之后，再来看 LazyIterator.nextService() 方法，该方法<strong>负责实例化 hasNextService() 方法读取到的实现类</strong>，其中会将实例化的对象放到 providers 集合中缓存起来，核心实现如下所示：</p>
<pre><code>private S nextService() {
String cn = nextName;
nextName = null;
// 加载 nextName字段指定的类
Class&lt;?&gt; c = Class.forName(cn, false, loader);
if (!service.isAssignableFrom(c)) { // 检测类型
fail(service, &quot;Provider &quot; + cn + &quot; not a subtype&quot;);
}
S p = service.cast(c.newInstance()); // 创建实现类的对象
providers.put(cn, p); // 将实现类名称以及相应实例对象添加到缓存
return p;
}
</code></pre>
<p>以上就是在 main() 方法中使用的迭代器的底层实现。最后，我们再来看一下 main() 方法中使用ServiceLoader.iterator() 方法拿到的迭代器是如何实现的，这个迭代器是依赖 LazyIterator 实现的一个匿名内部类，核心实现如下：</p>
<pre><code>public Iterator&lt;S&gt; iterator() {
return new Iterator&lt;S&gt;() {
// knownProviders用来迭代providers缓存
Iterator&lt;Map.Entry&lt;String,S&gt;&gt; knownProviders
= providers.entrySet().iterator();
public boolean hasNext() {
// 先走查询缓存，缓存查询失败，再通过LazyIterator加载
if (knownProviders.hasNext())
return true;
return lookupIterator.hasNext();
}
public S next() {
// 先走查询缓存，缓存查询失败，再通过 LazyIterator加载
if (knownProviders.hasNext())
return knownProviders.next().getValue();
return lookupIterator.next();
}
// 省略remove()方法
};
}
</code></pre>
<h4>3. JDK SPI 在 JDBC 中的应用</h4>
<p>了解了 JDK SPI 实现的原理之后，我们再来看实践中 JDBC 是如何使用 JDK SPI 机制加载不同数据库厂商的实现类。</p>
<p>JDK 中只定义了一个 java.sql.Driver 接口，具体的实现是由不同数据库厂商来提供的。这里我们就以 MySQL 提供的 JDBC 实现包为例进行分析。</p>
<p>在 mysql-connector-java-*.jar 包中的 META-INF/services 目录下，有一个 java.sql.Driver 文件中只有一行内容，如下所示：</p>
<pre><code>com.mysql.cj.jdbc.Driver
</code></pre>
<p>在使用 mysql-connector-java-*.jar 包连接 MySQL 数据库的时候，我们会用到如下语句创建数据库连接：</p>
<pre><code>String url = &quot;jdbc:xxx://xxx:xxx/xxx&quot;;
Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, pwd);
</code></pre>
<p><strong>DriverManager 是 JDK 提供的数据库驱动管理器</strong>，其中的代码片段，如下所示：</p>
<pre><code>static {
loadInitialDrivers();
println(&quot;JDBC DriverManager initialized&quot;);
}
</code></pre>
<p>在调用 getConnection() 方法的时候，DriverManager 类会被 Java 虚拟机加载、解析并触发 static 代码块的执行；在 loadInitialDrivers() 方法中通过 JDK SPI 扫描 Classpath 下 java.sql.Driver 接口实现类并实例化，核心实现如下所示：</p>
<pre><code>private static void loadInitialDrivers() {
String drivers = System.getProperty(&quot;jdbc.drivers&quot;)
// 使用 JDK SPI机制加载所有 java.sql.Driver实现类
ServiceLoader&lt;Driver&gt; loadedDrivers =
ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator&lt;Driver&gt; driversIterator = loadedDrivers.iterator();
while(driversIterator.hasNext()) {
driversIterator.next();
}
String[] driversList = drivers.split(&quot;:&quot;);
for (String aDriver : driversList) { // 初始化Driver实现类
Class.forName(aDriver, true,
ClassLoader.getSystemClassLoader());
}
}
</code></pre>
<p>在 MySQL 提供的 com.mysql.cj.jdbc.Driver 实现类中，同样有一段 static 静态代码块，这段代码会创建一个 com.mysql.cj.jdbc.Driver 对象并注册到 DriverManager.registeredDrivers 集合中（CopyOnWriteArrayList 类型），如下所示：</p>
<pre><code>static {
java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
}
</code></pre>
<p>在 getConnection() 方法中，DriverManager 从该 registeredDrivers 集合中获取对应的 Driver 对象创建 Connection，核心实现如下所示：</p>
<pre><code>private static Connection getConnection(String url, java.util.Properties info, Class&lt;?&gt; caller) throws SQLException {
// 省略 try/catch代码块以及权限处理逻辑
for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
return con;
}
}
</code></pre>
<h3>总结</h3>
<p>本文我们通过一个示例入手，介绍了 JDK 提供的 SPI 机制的基本使用，然后深入分析了 JDK SPI 的核心原理和底层实现，对其源码进行了深入剖析，最后我们以 MySQL 提供的 JDBC 实现为例，分析了 JDK SPI 在实践中的使用方式。</p>
<p>JDK SPI 机制虽然简单易用，但是也存在一些小瑕疵，你可以先思考一下，在下一课时剖析 Dubbo SPI 机制的时候，我会为你解答该问题。</p>
</div>
</div>
<div>
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