JDK、Dubbo、Spring 三種 SPI 機制，誰更好？
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前言
大家多多少少都聽說過SPI，今天我們來一起學(xué)習(xí)SPI的特性以及SPI在JDK、Dubbo、Spring中的使用。（如果你沒有聽說過SPI，那這篇文章對你來說就非常的nice）。
SPI 全稱為 Service Provider Interface，是一種服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制。SPI 的本質(zhì)是將接口實現(xiàn)類的全限定名配置在文件中，并由服務(wù)加載器讀取配置文件，加載實現(xiàn)類。這樣可以在運行時，動態(tài)為接口替換實現(xiàn)類。正因此特性，我們可以很容易的通過 SPI 機制為我們的程序提供拓展功能。
本文主要是特性 和 用法介紹，不涉及源碼解析（源碼都很簡單，相信你一定一看就懂）。
SPI 有什么用？
舉個栗子，現(xiàn)在我們設(shè)計了一款全新的日志框架：super-logger。默認以XML文件作為我們這款日志的配置文件，并設(shè)計了一個配置文件解析的接口：
package com.github.kongwu.spisamples;
public interface SuperLoggerConfiguration {
void configure(String configFile);
}
然后來一個默認的XML實現(xiàn)：
package com.github.kongwu.spisamples;
public class XMLConfiguration implements SuperLoggerConfiguration{
public void configure(String configFile){
......
}
}
那么我們在初始化，解析配置時，只需要調(diào)用這個XMLConfiguration來解析XML配置文件即可。
package com.github.kongwu.spisamples;
public class LoggerFactory {
static {
SuperLoggerConfiguration configuration = new XMLConfiguration();
configuration.configure(configFile);
}
public static getLogger(Class clazz){
......
}
}
這樣就完成了一個基礎(chǔ)的模型，看起來也沒什么問題。不過擴展性不太好，因為如果想定制/擴展/重寫解析功能的話，我還得重新定義入口的代碼，LoggerFactory 也得重寫，不夠靈活，侵入性太強了。
比如現(xiàn)在用戶/使用方想增加一個 yml 文件的方式，作為日志配置文件，那么只需要新建一個YAMLConfiguration，實現(xiàn) SuperLoggerConfiguration 就可以。
但是……怎么注入呢，怎么讓 LoggerFactory中使用新建的這個 YAMLConfiguration ？難不成連 LoggerFactory 也重寫了？
如果借助SPI機制的話，這個事情就很簡單了，可以很方便的完成這個入口的擴展功能。
下面就先來看看，利用JDK 的 SPI 機制怎么解決上面的擴展性問題。
JDK SPI
JDK 中 提供了一個 SPI 的功能，核心類是 java.util.ServiceLoader。其作用就是，可以通過類名獲取在"META-INF/services/"下的多個配置實現(xiàn)文件。
為了解決上面的擴展問題，現(xiàn)在我們在META-INF/services/下創(chuàng)建一個com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration文件（沒有后綴）。文件中只有一行代碼，那就是我們默認的com.github.kongwu.spisamples.XMLConfiguration（注意，一個文件里也可以寫多個實現(xiàn)，回車分隔）
META-INF/services/com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration:
com.github.kongwu.spisamples.XMLConfiguration
然后通過 ServiceLoader 獲取我們的 SPI 機制配置的實現(xiàn)類：
ServiceLoader<SuperLoggerConfiguration> serviceLoader = ServiceLoader.load(SuperLoggerConfiguration.class);
Iterator<SuperLoggerConfiguration> iterator = serviceLoader.iterator();
SuperLoggerConfiguration configuration;
while(iterator.hasNext()) {
//加載并初始化實現(xiàn)類
configuration = iterator.next();
}
//對最后一個configuration類調(diào)用configure方法
configuration.configure(configFile);
最后在調(diào)整LoggerFactory中初始化配置的方式為現(xiàn)在的SPI方式：
package com.github.kongwu.spisamples;
public class LoggerFactory {
static {
ServiceLoader<SuperLoggerConfiguration> serviceLoader = ServiceLoader.load(SuperLoggerConfiguration.class);
Iterator<SuperLoggerConfiguration> iterator = serviceLoader.iterator();
SuperLoggerConfiguration configuration;
while(iterator.hasNext()) {
configuration = iterator.next();//加載并初始化實現(xiàn)類
}
configuration.configure(configFile);
}
public static getLogger(Class clazz){
......
}
}
等等，這里為什么是用 iterator ? 而不是get之類的只獲取一個實例的方法？
試想一下，如果是一個固定的get方法，那么get到的是一個固定的實例，SPI 還有什么意義呢？
SPI 的目的，就是增強擴展性。將固定的配置提取出來，通過 SPI 機制來配置。那既然如此，一般都會有一個默認的配置，然后通過 SPI 的文件配置不同的實現(xiàn)，這樣就會存在一個接口多個實現(xiàn)的問題。要是找到多個實現(xiàn)的話，用哪個實現(xiàn)作為最后的實例呢？
所以這里使用iterator來獲取所有的實現(xiàn)類配置。剛才已經(jīng)在我們這個 super-logger 包里增加了默認的SuperLoggerConfiguration 實現(xiàn)。
為了支持 YAML 配置，現(xiàn)在在使用方/用戶的代碼里，增加一個YAMLConfiguration的 SPI 配置：
META-INF/services/com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration:
com.github.kongwu.spisamples.ext.YAMLConfiguration
此時通過iterator方法，就會獲取到默認的XMLConfiguration和我們擴展的這個YAMLConfiguration兩個配置實現(xiàn)類了。
在上面那段加載的代碼里，我們遍歷iterator，遍歷到最后，我們使用最后一個實現(xiàn)配置作為最終的實例。
再等等？
最后一個？
怎么算最后一個？
使用方/用戶自定義的的這個 YAMLConfiguration 一定是最后一個嗎？
這個真的不一定，取決于我們運行時的 ClassPath 配置，在前面加載的jar自然在前，最后的jar里的自然當(dāng)然也在后面。所以如果用戶的包在ClassPath中的順序比super-logger的包更靠后，才會處于最后一個位置；如果用戶的包位置在前，那么所謂的最后一個仍然是默認的XMLConfiguration。
舉個栗子，如果我們程序的啟動腳本為：
java -cp super-logger.jar:a.jar:b.jar:main.jar example.Main
默認的XMLConfiguration SPI配置在super-logger.jar，擴展的YAMLConfiguration SPI配置文件在main.jar，那么iterator獲取的最后一個元素一定為YAMLConfiguration。
但這個classpath順序如果反了呢？main.jar 在前，super-logger.jar 在后
java -cp main.jar:super-logger.jar:a.jar:b.jar example.Main
這樣一來，iterator 獲取的最后一個元素又變成了默認的XMLConfiguration，我們使用 JDK SPI 沒啥意義了，獲取的又是第一個，還是默認的XMLConfiguration。
由于這個加載順序（classpath）是由用戶指定的，所以無論我們加載第一個還是最后一個，都有可能會導(dǎo)致加載不到用戶自定義的那個配置。
所以這也是JDK SPI機制的一個劣勢，無法確認具體加載哪一個實現(xiàn)，也無法加載某個指定的實現(xiàn)，僅靠ClassPath的順序是一個非常不嚴謹?shù)姆绞?/p>
Dubbo SPI
Dubbo 就是通過 SPI 機制加載所有的組件。不過，Dubbo 并未使用 Java 原生的 SPI 機制，而是對其進行了增強，使其能夠更好的滿足需求。在 Dubbo 中，SPI 是一個非常重要的模塊?；?SPI，我們可以很容易的對 Dubbo 進行拓展。如果大家想要學(xué)習(xí) Dubbo 的源碼，SPI 機制務(wù)必弄懂。接下來，我們先來了解一下 Java SPI 與 Dubbo SPI 的用法，然后再來分析 Dubbo SPI 的源碼。
Dubbo 中實現(xiàn)了一套新的 SPI 機制，功能更強大，也更復(fù)雜一些。相關(guān)邏輯被封裝在了 ExtensionLoader 類中，通過 ExtensionLoader，我們可以加載指定的實現(xiàn)類。Dubbo SPI 所需的配置文件需放置在 META-INF/dubbo 路徑下，配置內(nèi)容如下（以下demo來自dubbo官方文檔）。
optimusPrime = org.apache.spi.OptimusPrime
bumblebee = org.apache.spi.Bumblebee
與 Java SPI 實現(xiàn)類配置不同，Dubbo SPI 是通過鍵值對的方式進行配置，這樣我們可以按需加載指定的實現(xiàn)類。另外在使用時還需要在接口上標注 @SPI 注解。下面來演示 Dubbo SPI 的用法：
@SPI
public interface Robot {
void sayHello();
}
public class OptimusPrime implements Robot {
@Override
public void sayHello() {
System.out.println("Hello, I am Optimus Prime.");
}
}
public class Bumblebee implements Robot {
@Override
public void sayHello() {
System.out.println("Hello, I am Bumblebee.");
}
}
public class DubboSPITest {
@Test
public void sayHello() throws Exception {
ExtensionLoader<Robot> extensionLoader =
ExtensionLoader.getExtensionLoader(Robot.class);
Robot optimusPrime = extensionLoader.getExtension("optimusPrime");
optimusPrime.sayHello();
Robot bumblebee = extensionLoader.getExtension("bumblebee");
bumblebee.sayHello();
}
}
Dubbo SPI 和 JDK SPI 最大的區(qū)別就在于支持“別名”，可以通過某個擴展點的別名來獲取固定的擴展點。就像上面的例子中，我可以獲取 Robot 多個 SPI 實現(xiàn)中別名為“optimusPrime”的實現(xiàn)，也可以獲取別名為“bumblebee”的實現(xiàn)，這個功能非常有用！
通過 @SPI 注解的 value 屬性，還可以默認一個“別名”的實現(xiàn)。比如在Dubbo 中，默認的是Dubbo 私有協(xié)議：dubbo protocol - dubbo://
來看看Dubbo中協(xié)議的接口：
@SPI("dubbo")
public interface Protocol {
......
}
在 Protocol 接口上，增加了一個 @SPI 注解，而注解的 value 值為 Dubbo ，通過 SPI 獲取實現(xiàn)時就會獲取 Protocol SPI 配置中別名為dubbo的那個實現(xiàn)，com.alibaba.dubbo.rpc.Protocol文件如下：
filter=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.ProtocolFilterWrapper
listener=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.ProtocolListenerWrapper
mock=com.alibaba.dubbo.rpc.support.MockProtocol
dubbo=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.dubbo.DubboProtocol
injvm=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.injvm.InjvmProtocol
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=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.memcached.MemcachedProtocol
redis=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.redis.RedisProtocol
rest=com.alibaba.dubbo.rpc.protocol.rest.RestProtocol
registry=com.alibaba.dubbo.registry.integration.RegistryProtocol
qos=com.alibaba.dubbo.qos.protocol.QosProtocolWrapper
然后只需要通過getDefaultExtension，就可以獲取到 @SPI 注解上value對應(yīng)的那個擴展實現(xiàn)了
Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getDefaultExtension();
//protocol: DubboProtocol
還有一個 Adaptive 的機制，雖然非常靈活，但……用法并不是很“優(yōu)雅”，這里就不介紹了
Dubbo 的 SPI 中還有一個“加載優(yōu)先級”，優(yōu)先加載內(nèi)置（internal）的，然后加載外部的（external），按優(yōu)先級順序加載，如果遇到重復(fù)就跳過不會加載了。
所以如果想靠classpath加載順序去覆蓋內(nèi)置的擴展，也是個不太理智的做法，原因同上 - 加載順序不嚴謹
Spring SPI
Spring 的 SPI 配置文件是一個固定的文件 - META-INF/spring.factories，功能上和 JDK 的類似，每個接口可以有多個擴展實現(xiàn)，使用起來非常簡單：
//獲取所有factories文件中配置的LoggingSystemFactory
List<LoggingSystemFactory>> factories =
SpringFactoriesLoader.loadFactories(LoggingSystemFactory.class, classLoader);
下面是一段 Spring Boot 中 spring.factories 的配置
# Logging Systems
org.springframework.boot.logging.LoggingSystemFactory=\
org.springframework.boot.logging.logback.LogbackLoggingSystem.Factory,\
org.springframework.boot.logging.log4j2.Log4J2LoggingSystem.Factory,\
org.springframework.boot.logging.java.JavaLoggingSystem.Factory
# PropertySource Loaders
org.springframework.boot.env.PropertySourceLoader=\
org.springframework.boot.env.PropertiesPropertySourceLoader,\
org.springframework.boot.env.YamlPropertySourceLoader
# ConfigData Location Resolvers
org.springframework.boot.context.config.ConfigDataLocationResolver=\
org.springframework.boot.context.config.ConfigTreeConfigDataLocationResolver,\
org.springframework.boot.context.config.StandardConfigDataLocationResolver
......
Spring SPI 中，將所有的配置放到一個固定的文件中，省去了配置一大堆文件的麻煩。至于多個接口的擴展配置，是用一個文件好，還是每個單獨一個文件好這個，這個問題就見仁見智了（個人喜歡 Spring 這種，干凈利落）。
Spring的SPI 雖然屬于spring-framework(core)，但是目前主要用在spring boot中……
和前面兩種 SPI 機制一樣，Spring 也是支持 ClassPath 中存在多個 spring.factories 文件的，加載時會按照 classpath 的順序依次加載這些 spring.factories 文件，添加到一個 ArrayList 中。由于沒有別名，所以也沒有去重的概念，有多少就添加多少。
但由于 Spring 的 SPI 主要用在 Spring Boot 中，而 Spring Boot 中的 ClassLoader 會優(yōu)先加載項目中的文件，而不是依賴包中的文件。所以如果在你的項目中定義個spring.factories文件，那么你項目中的文件會被第一個加載，得到的Factories中，項目中spring.factories里配置的那個實現(xiàn)類也會排在第一個
如果我們要擴展某個接口的話，只需要在你的項目（spring boot）里新建一個META-INF/spring.factories文件，只添加你要的那個配置，不要完整的復(fù)制一遍 Spring Boot 的 spring.factories 文件然后修改
比如我只想添加一個新的 LoggingSystemFactory 實現(xiàn)，那么我只需要新建一個META-INF/spring.factories文件，而不是完整的復(fù)制+修改：
org.springframework.boot.logging.LoggingSystemFactory=\
com.example.log4j2demo.Log4J2LoggingSystem.Factory
總結(jié)
下面來對這三種SPI機制進行一個對比：
三種 SPI 機制對比之下:
JDK 內(nèi)置的機制是最弱雞的，但是由于是 JDK 內(nèi)置，所以還是有一定應(yīng)用場景，畢竟不用額外的依賴；
Dubbo 的功能最豐富，但機制有點復(fù)雜了，而且只能配合 Dubbo 使用，不能完全算是一個獨立的模塊；
Spring 的功能和JDK的相差無幾，最大的區(qū)別是所有擴展點寫在一個
spring.factories文件中，也算是一個改進，并且 IDEA 完美支持語法提示。
好了，今天的SPI機制分享就到這里了，如有技術(shù)問題，歡迎找我一起探討，一起學(xué)習(xí)，一起進步。
來源：http://2mc2d.cn/iVvhS
— 本文結(jié)束 —
● 漫談設(shè)計模式在 Spring 框架中的良好實踐
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