Dubbo源码(二) - SPI源码

前情提要

假设你已经知道Dubbo SPI的使用方式，不知道的请出门左转：

Dubbo源码(一) - SPI使用

Dubbo源码地址：

apache/dubbo

本文使用版本：2.6.x

测试Demo

1. 新建SPI测试接口以及实现类

   package com.javaedit.spi;
   import com.alibaba.dubbo.common.URL;
   
   // 定义SPI接口
   @SPI
   public interface Robot {
       void sayHello(URL url);
   }
   
   // 自动注入演示
   public class IocRobotImpl implements Robot {
       private Robot robot;
       public void setRobot(Robot robot) {
           this.robot = robot;
       }
   
       @Override
       public void sayHello(URL url) {
           System.out.println("ioc start");
           robot.sayHello(url);
       }
   }
   
   // 自适应代理类
   @Adaptive
   public class AdaptiveRobot implements Robot {
       @Override
       public void sayHello(URL url) {
           System.out.println("标注在类上的自适应代理类，类名：" + this.getClass().getSimpleName());
       }
   }
   
   // 包装类
   public class RobotWrapper implements Robot {
   
       private Robot robot;
   
       // 带Robot参数的构造方法，这是包装类的重点
       public RobotWrapper(Robot robot) {
           this.robot = robot;
       }
   
       @Override
       public void sayHello(URL url) {
           System.out.println("wrapper before...");
           this.robot.sayHello(url);
           System.out.println("wrapper after...");
       }
   }
   
   // 测试方法
   public static void main(String[] args) {
       ExtensionLoader<Robot> extensionLoader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Robot.class);
       Robot robot = extensionLoader.getExtension("iocRobot");
       robot.sayHello(null);
   }
   

2. resources/META-INF/services目录添加com.javaedit.spi.Robot文件

   iocRobot = com.javaedit.spi.IocRobotImpl
   wrapper = com.javaedit.spi.RobotWrapper
   adaptiveRobot = com.javaedit.spi.AdaptiveRobot
   

源码解析

获取所有的拓展类

ExtensionLoader的加载

Dubbo SPI 的相关逻辑被封装在了 ExtensionLoader 类中，获取ExtensionLoader的方法是getExtensionLoader

public static <T> ExtensionLoader<T> getExtensionLoader(Class<T> type) {
    // 判空
    if (type == null)
        throw new IllegalArgumentException("Extension type == null");
    // 判断是否接口
    if (!type.isInterface()) {
        throw new IllegalArgumentException("Extension type(" + type + ") is not interface!");
    }
    // 判断是否带SPI注解
    if (!withExtensionAnnotation(type)) {
        throw new IllegalArgumentException("Extension type(" + type +
                ") is not extension, because WITHOUT @" + SPI.class.getSimpleName() + " Annotation!");
    }
    // 优先从缓存拿，没有再创建
    ExtensionLoader<T> loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
    if (loader == null) {
        EXTENSION_LOADERS.putIfAbsent(type, new ExtensionLoader<T>(type));
        loader = (ExtensionLoader<T>) EXTENSION_LOADERS.get(type);
    }
    return loader;
}

这段逻辑很简单，一些校验以及如果缓存没有ExtensionLoader对象，则通过new ExtensionLoader构造方法创建。继续看构造方法

private ExtensionLoader(Class<?> type) {
    // 本文中type就是Robot接口
    this.type = type;
    // 此处先忽略，后面将自适应拓展的时候再回来
    objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
}

构造方法就是给type赋值，以及创建objectFactory，这个涉及自适应拓展，此时先略过。

配置文件的读取

ExtensionLoader已经获取到，继续看看extensionLoader.getExtension("norRobot");做了什么

public T getExtension(String name) {
    if (name == null || name.length() == 0)
        throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
    if ("true".equals(name)) {
        // 获取默认的拓展实现类
        return getDefaultExtension();
    }
    // Holder，顾名思义，用于持有目标对象
    Holder<Object> holder = cachedInstances.get(name);
    if (holder == null) {
        cachedInstances.putIfAbsent(name, new Holder<Object>());
        holder = cachedInstances.get(name);
    }
    Object instance = holder.get();
    if (instance == null) {
        synchronized (holder) {
            instance = holder.get();
            if (instance == null) {
                // 创建拓展对象
                instance = createExtension(name);
                holder.set(instance);
            }
        }
    }
    return (T) instance;
}

此方法先是校验，然后尝试从缓存获取对象，没有再创建拓展对象。下面继续看如何创建拓展对象

private T createExtension(String name) {
    // 从配置文件中加载所有的拓展类，可得到“配置项名称”到“配置类”的映射关系表
    Class<?> clazz = getExtensionClasses().get(name);
    if (clazz == null) {
        throw findException(name);
    }
    try {
        T instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
        if (instance == null) {
            // 通过反射创建实例
            EXTENSION_INSTANCES.putIfAbsent(clazz, clazz.newInstance());
            instance = (T) EXTENSION_INSTANCES.get(clazz);
        }
        // 向实例中注入依赖(setter方法相关)
        injectExtension(instance);
        Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
        if (wrapperClasses != null && !wrapperClasses.isEmpty()) {
            // 循环创建 Wrapper 实例
            for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
                // 将当前 instance 作为参数传给 Wrapper 的构造方法，并通过反射创建 Wrapper 实例。
                // 然后向 Wrapper 实例中注入依赖，最后将 Wrapper 实例再次赋值给 instance 变量
                instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
            }
        }
        return instance;
    } catch (Throwable t) {
        throw new IllegalStateException("Extension instance(name: " + name + ", class: " +
                type + ")  could not be instantiated: " + t.getMessage(), t);
    }
}

此方法做了几个操作：

1. 加载配置文件
2. 创建拓展对象（java反射创建）
3. 向拓展对象中注入依赖（IOC操作，后面讲解）
4. 将拓展对象包裹在相应的 Wrapper 对象中（后面讲解）

本小节加载配置文件是重点，看看getExtensionClasses()是如何加载所有的类信息的

/**
 * 获取所有拓展类（返回值不包含包装类和自适应拓展类）
 */
private Map<String, Class<?>> getExtensionClasses() {
    // 从缓存中获取已加载的拓展类
    Map<String, Class<?>> classes = cachedClasses.get();
    if (classes == null) {
        synchronized (cachedClasses) {
            classes = cachedClasses.get();
            if (classes == null) {
                // 加载拓展类
                classes = loadExtensionClasses();
                cachedClasses.set(classes);
            }
        }
    }
    return classes;
}

此方法就是一些缓存逻辑和加锁，重点在loadExtensionClasses()方法

这里要注意一点：返回的map中不包含包装类和自适应拓展类

private Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses() {
    // 获取 SPI 注解，这里的 type 变量是在调用 getExtensionLoader 方法时传入的
    final SPI defaultAnnotation = type.getAnnotation(SPI.class);
    if (defaultAnnotation != null) {
        String value = defaultAnnotation.value();
        if ((value = value.trim()).length() > 0) {
            // 对 SPI 注解内容进行切分
            String[] names = NAME_SEPARATOR.split(value);
            // 检测 SPI 注解内容是否合法，不合法则抛出异常
            if (names.length > 1) {
                throw new IllegalStateException("more than 1 default extension name on extension " + type.getName()
                        + ": " + Arrays.toString(names));
            }
            // 设置默认名称，参考 getDefaultExtension 方法
            if (names.length == 1) cachedDefaultName = names[0];
        }
    }

    Map<String, Class<?>> extensionClasses = new HashMap<String, Class<?>>();
    // 加载指定文件夹下的配置文件
    loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY); // META-INF/dubbo/internal
    loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY); // META-INF/dubbo
    loadDirectory(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY); // META-INF/services
    return extensionClasses;
}

前半部分逻辑是SPI注解的value值的处理，不是重点，略过。

loadDirectory方法就是加载指定文件夹下的配置文件，并将其存入extensionClasses中。

从代码中可以看到，读取了3个文件夹下的配置，分别是：

META-INF/dubbo/internal

META-INF/dubbo

META-INF/services

如何解析配置文件不是重点，略过。直接跳到类信息的解析。

路径：loadDirectory()→ loadResource() → loadClass()

private void loadClass(Map<String, Class<?>> extensionClasses, java.net.URL resourceURL, Class<?> clazz, String name) throws NoSuchMethodException {
    if (!type.isAssignableFrom(clazz)) {
        throw new IllegalStateException("Error when load extension class(interface: " +
                type + ", class line: " + clazz.getName() + "), class "
                + clazz.getName() + "is not subtype of interface.");
    }
    // 检测目标类上是否有 Adaptive 注解
    if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
        if (cachedAdaptiveClass == null) {
            // 设置 cachedAdaptiveClass缓存
            cachedAdaptiveClass = clazz;
        } else if (!cachedAdaptiveClass.equals(clazz)) {
            throw new IllegalStateException("More than 1 adaptive class found: "
                    + cachedAdaptiveClass.getClass().getName()
                    + ", " + clazz.getClass().getName());
        }
    // 检测 clazz 是否是 Wrapper 类型
    } else if (isWrapperClass(clazz)) {
        Set<Class<?>> wrappers = cachedWrapperClasses;
        if (wrappers == null) {
            cachedWrapperClasses = new ConcurrentHashSet<Class<?>>();
            wrappers = cachedWrapperClasses;
        }
        // 存储 clazz 到 cachedWrapperClasses 缓存中
        wrappers.add(clazz);
    // 程序进入此分支，表明 clazz 是一个普通的拓展类
    } else {
        // 检测 clazz 是否有默认的构造方法，如果没有，则抛出异常
        clazz.getConstructor();
        if (name == null || name.length() == 0) {
            // 如果 name 为空，则尝试从 Extension 注解中获取 name，或使用小写的类名作为 name
            name = findAnnotationName(clazz);
            if (name.length() == 0) {
                throw new IllegalStateException("No such extension name for the class " + clazz.getName() + " in the config " + resourceURL);
            }
        }
        // 切分 name
        String[] names = NAME_SEPARATOR.split(name);
        if (names != null && names.length > 0) {
            Activate activate = clazz.getAnnotation(Activate.class);
            if (activate != null) {
                // 如果类上有 Activate 注解，则使用 names 数组的第一个元素作为键，
                // 存储 name 到 Activate 注解对象的映射关系
                cachedActivates.put(names[0], activate);
            }
            for (String n : names) {
                if (!cachedNames.containsKey(clazz)) {
                    cachedNames.put(clazz, n);
                }
                Class<?> c = extensionClasses.get(n);
                if (c == null) {
                    extensionClasses.put(n, clazz);
                } else if (c != clazz) {
                    throw new IllegalStateException("Duplicate extension " + type.getName() + " name " + n + " on " + c.getName() + " and " + clazz.getName());
                }
            }
        }
    }
}

此方法就是根据条件，将class放入不同的缓存（cachedAdaptiveClass自适应拓展类缓存、cachedWrapperClasses包装类缓存、cachedNames普通缓存）

注入依赖（IOC）

前面讲到在createExtension方法中，加载了所有配置文件以及反射生成了拓展对象。

而向实例中注入依赖，是通过injectExtension方法实现的。

private T injectExtension(T instance) {
    try {
        if (objectFactory != null) {
            // 遍历目标类的所有方法
            for (Method method : instance.getClass().getMethods()) {
                // 检测方法是否以 set 开头，且方法仅有一个参数，且方法访问级别为 public
                if (method.getName().startsWith("set")
                        && method.getParameterTypes().length == 1
                        && Modifier.isPublic(method.getModifiers())) {
                    // 如果不需要自动注入，则在方法上添加@DisableInject注解
                    if (method.getAnnotation(DisableInject.class) != null) {
                        continue;
                    }
                    // 获取 setter 方法参数类型
                    Class<?> pt = method.getParameterTypes()[0];
                    try {
                        // 获取属性名，比如 setRobot 方法对应属性名 robot
                        String property = method.getName().length() > 3 ? method.getName().substring(3, 4).toLowerCase() + method.getName().substring(4) : "";
                        Object object = objectFactory.getExtension(pt, property);
                        if (object != null) {
                            method.invoke(instance, object);
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        logger.error("fail to inject via method " + method.getName()
                                + " of interface " + type.getName() + ": " + e.getMessage(), e);
                    }
                }
            }
        }
    } catch (Exception e) {
        logger.error(e.getMessage(), e);
    }
    return instance;
}

满足自动注入需要符合4个条件：

方法已set开头

方法仅有一个参数

方法为public修饰

方法上没有@DisableInject注解

此方法就是处理通过set方法名，获取需要注入的对象名，并通过objectFactory.getExtension获取到需要注入的对象，反射注入。

objectFactory 变量的类型为 AdaptiveExtensionFactory，涉及到自适应拓展，此处略过，下面讲。

包装类

继续回到createExtension方法中，看包装类相关代码

private T createExtension(String name) {
    。。。
    try {
        。。。
        Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
        if (wrapperClasses != null && !wrapperClasses.isEmpty()) {
            // 循环创建 Wrapper 实例
            for (Class<?> wrapperClass : wrapperClasses) {
                // 将当前 instance 作为参数传给 Wrapper 的构造方法，并通过反射创建 Wrapper 实例。
                // 然后向 Wrapper 实例中注入依赖，最后将 Wrapper 实例再次赋值给 instance 变量
                instance = injectExtension((T) wrapperClass.getConstructor(type).newInstance(instance));
            }
        }
        return instance;
    } catch (Throwable t) {
        。。。
    }
}

可以看到，包装类就是将当前生成的拓展类通过构造方法注入

自适应拓展

自适应拓展是通过extensionLoader.getAdaptiveExtension()方法获取的，下面我们来分析这个方法

public T getAdaptiveExtension() {
    // 从缓存中获取自适应拓展
    Object instance = cachedAdaptiveInstance.get();
    if (instance == null) {
        if (createAdaptiveInstanceError == null) {
            synchronized (cachedAdaptiveInstance) {
                instance = cachedAdaptiveInstance.get();
                if (instance == null) {
                    try {
                        // 创建自适应拓展
                        instance = createAdaptiveExtension();
                        // 设置自适应拓展到缓存中
                        cachedAdaptiveInstance.set(instance);
                    } catch (Throwable t) {
                        createAdaptiveInstanceError = t;
                        throw new IllegalStateException("fail to create adaptive instance: " + t.toString(), t);
                    }
                }
            }
        } else {
            throw new IllegalStateException("fail to create adaptive instance: " + createAdaptiveInstanceError.toString(), createAdaptiveInstanceError);
        }
    }
    return (T) instance;
}

一些加锁以及缓存操作，重点在createAdaptiveExtension方法，继续分析

private T createAdaptiveExtension() {
    try {
        // 获取自适应拓展类，并通过反射实例化，调用 injectExtension 方法向拓展实例中注入依赖
        return injectExtension((T) getAdaptiveExtensionClass().newInstance());
    } catch (Exception e) {
        throw new IllegalStateException("Can not create adaptive extension " + type + ", cause: " + e.getMessage(), e);
    }
}

injectExtension在注入依赖小节已经讲过，直接看getAdaptiveExtensionClass方法

private Class<?> getAdaptiveExtensionClass() {
    // 通过 SPI 获取所有的拓展类，例子中指所有 Robot 接口实现类
    getExtensionClasses();
    // 如果某个实现类被 Adaptive 注解修饰了，那么该类就会被赋值给 cachedAdaptiveClass 变量。
    // 那么这里直接返回，不创建自适应拓展类
    // 这也就是为什么说被 @Adaptive 注解修饰在类上和方法上不一样
    if (cachedAdaptiveClass != null) {
        return cachedAdaptiveClass;
    }
    // 创建自适应拓展类
    return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
}

cachedAdaptiveClass参数的处理逻辑在loadClass方法中，前面讲过了。也就是当@Adaptive注解修饰类时，直接返回该类的字节码对象。

如果@Adaptive修饰的是方法，则会进入到createAdaptiveExtensionClass方法逻辑中

private Class<?> createAdaptiveExtensionClass() {
    // 通过反射检测接口方法是否包含 Adaptive 注解
    // 构建自适应拓展代码
    String code = createAdaptiveExtensionClassCode();
    ClassLoader classLoader = findClassLoader();
    // 获取编译器实现类
    com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler compiler = ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.alibaba.dubbo.common.compiler.Compiler.class).getAdaptiveExtension();
    // 编译代码，生成 Class
    return compiler.compile(code, classLoader);
}

createAdaptiveExtensionClassCode方法会根据SPI接口，生成相应的自适应类代码。例如：

// 如果接口长这样
@SPI
public interface Robot {
    @Adaptive("robotAda")
    void sayHello(URL url);
}

// 返回的自适应类代码，也就是code变量，长这样
package com.javaedit.spi;

import com.alibaba.dubbo.common.extension.ExtensionLoader;

public class Robot$Adaptive implements com.javaedit.spi.Robot {
    public void sayHello(com.alibaba.dubbo.common.URL arg0) {
        if (arg0 == null) throw new IllegalArgumentException("url == null");
        com.alibaba.dubbo.common.URL url = arg0;
        String extName = url.getParameter("robotAda");
        if (extName == null)
            throw new IllegalStateException("Fail to get extension(com.javaedit.spi.Robot) name from url(" + url.toString() + ") use keys([robot])");
        com.javaedit.spi.Robot extension = (com.javaedit.spi.Robot) ExtensionLoader.getExtensionLoader(com.javaedit.spi.Robot.class).getExtension(extName);
        extension.sayHello(arg0);
    }
}

简单讲下createAdaptiveExtensionClassCode的逻辑：

1. 判断sayHello是否有参数类型为URL，或者有参数提供了getUrl方法
2. 从URL中获取实际要调用的拓展类名
3. 获取实际的拓展类并调用

createAdaptiveExtensionClassCode方法的逻辑略复杂，有兴趣的可自行查看源码，本文略。

下面继续回到createAdaptiveExtensionClass方法中，compiler也是一个自适应拓展对象，也调用了getAdaptiveExtension方法，妥妥的套娃。

不妥Compiler接口的实现类AdaptiveCompiler是使用@Adaptive修饰类的，所以会直接返回cachedAdaptiveClass，不会进入到createAdaptiveExtensionClass，套娃结束。

下面继续看看compiler.compile(code, classLoader);做了啥

@Adaptive
public class AdaptiveCompiler implements Compiler {

    private static volatile String DEFAULT_COMPILER;

    public static void setDefaultCompiler(String compiler) {
        DEFAULT_COMPILER = compiler;
    }

    @Override
    public Class<?> compile(String code, ClassLoader classLoader) {
        Compiler compiler;
        ExtensionLoader<Compiler> loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Compiler.class);
        String name = DEFAULT_COMPILER; // copy reference
        if (name != null && name.length() > 0) {
            compiler = loader.getExtension(name);
        } else {
            // 获取默认编译器
            compiler = loader.getDefaultExtension();
        }
        return compiler.compile(code, classLoader);
    }

}

compile方法逻辑也很简单，有自定义编译器，就使用，否则使用默认编译器。默认编译器是JavassistCompiler，这点在Compiler接口中已经定义了

@SPI("javassist")
public interface Compiler{}

前面忽略的部分

objectFactory的生成

objectFactory的生成是在ExtensionLoader的构造函数中

private ExtensionLoader(Class<?> type) {
    this.type = type;
    // 此处先忽略，后面将自适应拓展的时候再回来
    objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
}

此时type是Robot，所以进入到ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension())中，

getAdaptiveExtension是获取自适应扩展的方法，所以看ExtensionFactory接口的实现类

@Adaptive
public class AdaptiveExtensionFactory implements ExtensionFactory {

    private final List<ExtensionFactory> factories;

    public AdaptiveExtensionFactory() {
        // 获取ExtensionFactory的拓展类
        ExtensionLoader<ExtensionFactory> loader = ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class);
        List<ExtensionFactory> list = new ArrayList<ExtensionFactory>();
        for (String name : loader.getSupportedExtensions()) {
            list.add(loader.getExtension(name));
        }
        factories = Collections.unmodifiableList(list);
    }

    @Override
    public <T> T getExtension(Class<T> type, String name) {
        for (ExtensionFactory factory : factories) {
            T extension = factory.getExtension(type, name);
            if (extension != null) {
                return extension;
            }
        }
        return null;
    }

}

这段代码逻辑也简单，就是获取ExtensionFactory的拓展类，并调用拓展类的getExtension方法。

那么factories集合中就包含了SpiExtensionFactory和SpringExtensionFactory

而前面将自动注入时，注入对象就是factory.getExtension生成的。也就是自动注入支持Dubbo SPI对象以及spring bean

总结

Dubbo SPI机制涉及到Dubbo源码的方方面面，需要优先掌握才好开始阅读其他部分的源码。

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参考资料

心灵蚂蚁-Dubbo 源码解析（一）Dubbo SPI

Dubbo开发指南