Dubbo 初识SPI-Version2.7.5
1简介
SPI 全称为 Service Provider Interface，是一种服务发现机制。SPI 的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。正因此特性，我们可以很容易的通过 SPI 机制为我们的程序提供拓展功能。SPI 机制在第三方框架中也有所应用，比如 Dubbo 就是通过 SPI 机制加载所有的组件。不过，Dubbo 并未使用 Java 原生的 SPI 机制，而是对其进行了增强，使其能够更好的满足需求。
2SPI示例
2.1java SPI
public interface Robot {
void sayHello();
}
接下来定义两个实现类，分别为 OptimusPrime 和 Bumblebee。
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.");
}
}
接下来 META-INF/services 文件夹下创建一个文件，名称为 Robot 的全限定名 org.apache.spi.Robot。文件内容为实现类的全限定的类名，如下：
org.apache.spi.OptimusPrime
org.apache.spi.Bumblebee
做好所需的准备工作，接下来编写代码进行测试。
public class JavaSPITest {
@Test
public void sayHello() throws Exception {
ServiceLoader<Robot> serviceLoader = ServiceLoader.load(Robot.class);
System.out.println("Java SPI");
serviceLoader.forEach(Robot::sayHello);
}
}
从测试结果可以看出，我们的两个实现类被成功的加载，并输出了相应的内容。关于 Java SPI 的演示先到这里，接下来演示 Dubbo SPI。
2.2 Dubbo SPI 示例
Dubbo 并未使用 Java SPI，而是重新实现了一套功能更强的 SPI 机制。Dubbo SPI 的相关逻辑被封装在了 ExtensionLoader 类中，通过 ExtensionLoader，我们可以加载指定的实现类。Dubbo SPI 所需的配置文件需放置在 META-INF/dubbo (不止这么一个路径)路径下，配置内容如下。
optimusPrime = org.apache.spi.OptimusPrime
bumblebee = org.apache.spi.Bumblebee
与 Java SPI 实现类配置不同，Dubbo SPI 是通过键值对的方式进行配置，这样我们可以按需加载指定的实现类。另外，在测试 Dubbo SPI 时，需要在 Robot 接口上标注 @SPI 注解。下面来演示 Dubbo SPI 的用法：
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();
}
}
3. Dubbo SPI 源码分析(Dubbo version 2.7.5)
public T getExtension(String name) {
if (StringUtils.isEmpty(name)) {
throw new IllegalArgumentException("Extension name == null");
}
if ("true".equals(name)) {
//如果name为true则从返回默认名字对应的对象
return getDefaultExtension();
}
//该对象的持有者
final Holder<Object> holder = getOrCreateHolder(name);
//双重检测
Object instance = holder.get();
if (instance == null) {
synchronized (holder) {
instance = holder.get();
if (instance == null) {
instance = createExtension(name);
holder.set(instance);
}
}
}
return (T) instance;
}
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
injectExtension(instance);
Set<Class<?>> wrapperClasses = cachedWrapperClasses;
if (CollectionUtils.isNotEmpty(wrapperClasses)) {
// 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));
}
}
//若该对象实现了org.apache.dubbo.common.context.Lifecycle
//则调用它的initialize()方法完成初始化
initExtension(instance);
return instance;
} catch (Throwable t) {
throw new IllegalStateException("Extension instance (name: " + name + ", class: " +
type + ") couldn't be instantiated: " + t.getMessage(), t);
}
}
private void initExtension(T instance) {
if (instance instanceof Lifecycle) {
Lifecycle lifecycle = (Lifecycle) instance;
lifecycle.initialize();
}
}
createExtension 方法的逻辑稍复杂一下，包含了如下的步骤：
- 通过 getExtensionClasses 获取所有的拓展类
- 通过反射创建拓展对象
- 向拓展对象中注入依赖
- 将拓展对象包裹在相应的 Wrapper 对象中
- 初始化该对象
以上步骤中，第一个步骤是加载拓展类的关键，第三和第四个步骤是 Dubbo IOC 与 AOP 的具体实现。在接下来的章节中，将会重点分析 getExtensionClasses 方法的逻辑，以及简单介绍 Dubbo IOC 的具体实现。
3.1 获取所有的拓展类
private Map<String, Class<?>> getExtensionClasses() {
// 从缓存中获取已加载的拓展类
Map<String, Class<?>> classes = cachedClasses.get();
// 双重检查
if (classes == null) {
synchronized (cachedClasses) {
classes = cachedClasses.get();
if (classes == null) {
// 加载拓展类
classes = loadExtensionClasses();
cachedClasses.set(classes);
}
}
}
return classes;
}
这里也是先检查缓存，若缓存未命中，则通过 synchronized 加锁。加锁后再次检查缓存，并判空。此时如果 classes 仍为 null，则通过 loadExtensionClasses 加载拓展类。下面分析 loadExtensionClasses 方法的逻辑。
private Map<String, Class<?>> loadExtensionClasses() {
//从spi注解中获取默认名字并挂载在cachedDefaultName这个属性上
cacheDefaultExtensionName();
//分别从META-INF/services/
// META-INF/dubbo/
// META-INF/dubbo/internal/
//这三个路径中加载配置文件
Map<String, Class<?>> extensionClasses = new HashMap<>();
// internal extension load from ExtensionLoader's ClassLoader first
loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY, type.getName(), true);
//这里做了包名替换为了兼容以前的版本
loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_INTERNAL_DIRECTORY, type.getName().replace("org.apache", "com.alibaba"), true);
loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY, type.getName());
loadDirectory(extensionClasses, DUBBO_DIRECTORY, type.getName().replace("org.apache", "com.alibaba"));
loadDirectory(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY, type.getName());
loadDirectory(extensionClasses, SERVICES_DIRECTORY, type.getName().replace("org.apache", "com.alibaba"));
return extensionClasses;
}
private void cacheDefaultExtensionName() {
final SPI defaultAnnotation = type.getAnnotation(SPI.class);
if (defaultAnnotation == null) {
return;
}
String value = defaultAnnotation.value();
if ((value = value.trim()).length() > 0) {
String[] names = NAME_SEPARATOR.split(value);
if (names.length > 1) {
throw new IllegalStateException("More than 1 default extension name on extension " + type.getName()
+ ": " + Arrays.toString(names));
}
if (names.length == 1) {
cachedDefaultName = names[0];
}
}
}
loadDirectory 方法先通过 classLoader 获取所有资源链接，然后再通过 loadResource 方法加载资源。我们继续跟下去，看一下 loadResource 方法的实现。
private void loadResource(Map<String, Class<?>> extensionClasses, ClassLoader classLoader, java.net.URL resourceURL) {
try {
try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(resourceURL.openStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
String line;
while ((line = reader.readLine()) != null) {
// 截取 # 之前的字符串，# 之后的内容为注释，需要忽略
final int ci = line.indexOf('#');
if (ci >= 0) {
line = line.substring(0, ci);
}
line = line.trim();
if (line.length() > 0) {
try {
String name = null;
int i = line.indexOf('=');
if (i > 0) {
// 以等于号 = 为界，截取键与值
name = line.substring(0, i).trim();
line = line.substring(i + 1).trim();
}
if (line.length() > 0) {
// 加载类，并通过 loadClass 方法对类进行缓存
loadClass(extensionClasses, resourceURL, Class.forName(line, true, classLoader), name);
}
} catch (Throwable t) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException("Failed to load extension class (interface: " + type + ", class line: " + line + ") in " + resourceURL + ", cause: " + t.getMessage(), t);
exceptions.put(line, e);
}
}
}
}
} catch (Throwable t) {
logger.error("Exception occurred when loading extension class (interface: " +
type + ", class file: " + resourceURL + ") in " + resourceURL, t);
}
}
loadResource 方法用于读取和解析配置文件，并通过反射加载类，最后调用 loadClass 方法进行其他操作。loadClass 方法用于主要用于操作缓存，该方法的逻辑如下：
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 occurred when loading extension class (interface: " +
type + ", class line: " + clazz.getName() + "), class "
+ clazz.getName() + " is not subtype of interface.");
}
//判断该类是否有adaptive注解
if (clazz.isAnnotationPresent(Adaptive.class)) {
//挂载在cachedAdaptiveClass属性上
cacheAdaptiveClass(clazz);
//判断是否有一个参数为该接口的构造方法
} else if (isWrapperClass(clazz)) {
//挂载在cachedWrapperClasses这个set集合中
cacheWrapperClass(clazz);
} 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 (StringUtils.isEmpty(name)) {
// 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 (ArrayUtils.isNotEmpty(names)) {
// 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
cacheActivateClass(clazz, names[0]);
for (String n : names) {
// 存储 Class 到名称的映射关系
cacheName(clazz, n);
// 存储名称到 Class 的映射关系
saveInExtensionClass(extensionClasses, clazz, n);
}
}
}
}
3.2 Dubbo IOC
Dubbo IOC 是通过 setter 方法注入依赖。Dubbo 首先会通过反射获取到实例的所有方法，然后再遍历方法列表，检测方法名是否具有 setter 方法特征。若有，则通过 ObjectFactory 获取依赖对象，最后通过反射调用 setter 方法将依赖设置到目标对象中。整个过程对应的代码如下：
private T injectExtension(T instance) {
if (objectFactory == null) {
return instance;
}
try {
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 (!isSetter(method)) {
continue;
}
//判断是否有DisableInject注解
if (method.getAnnotation(DisableInject.class) != null) {
continue;
}
//判断参数是否为基本类型
Class<?> pt = method.getParameterTypes()[0];
if (ReflectUtils.isPrimitives(pt)) {
continue;
}
try {
//获取setter方法的属性
//method.getName().length() > 3 ? method.getName().substring(3, 4).toLowerCase() + method.getName().substring(4) : "";
String property = getSetterProperty(method);
//从objectFactory中获取
Object object = objectFactory.getExtension(pt, property);
if (object != null) {
//通过反射赋值
method.invoke(instance, object);
}
} catch (Exception e) {
logger.error("Failed to inject via method " + method.getName()
+ " of interface " + type.getName() + ": " + e.getMessage(), e);
}
}
} catch (Exception e) {
logger.error(e.getMessage(), e);
}
return instance;
}
而这个objectFactory从哪儿的来的？
//可以看出在构造参数中就初始化了
private ExtensionLoader(Class<?> type) {
this.type = type;
objectFactory = (type == ExtensionFactory.class ? null : ExtensionLoader.getExtensionLoader(ExtensionFactory.class).getAdaptiveExtension());
}
而这个getAdaptiveExtension()方法能获取到什么对象呢？
这个方法最后会走到getAdaptiveExtensionClass()这个方法中
private Class<?> getAdaptiveExtensionClass() {
//这个方法前面解析过了
getExtensionClasses();
if (cachedAdaptiveClass != null) {
//而这个class就要寻找到ExtensionFactory这个接口的实现类并标注了adaptive注解
return cachedAdaptiveClass;
}
//目前不会进入这个方法中
return cachedAdaptiveClass = createAdaptiveExtensionClass();
}
一共有4个实现类，看名字也能看出高亮显示的类肯定标注了adaptive注解
@Adaptive
public class AdaptiveExtensionFactory implements ExtensionFactory {
private final List<ExtensionFactory> factories;
public AdaptiveExtensionFactory() {
//初始化所有的ExtensionFactory并挂载到factories属性上
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) {
//循环遍历所有的factory挨个获取一次
for (ExtensionFactory factory : factories) {
T extension = factory.getExtension(type, name);
if (extension != null) {
return extension;
}
}
return null;
}
}
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