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SPI 动态服务发现机制

news 2025/7/21 11:04:40

SPI（Service Provier Interface）是一种服务发现机制，通过ClassPath下的META—INF/services文件查找文件，自动加载文件中定义的类，再调用forName加载；

spi可以很灵活的让接口和实现分离，让API提供者只提供接口，第三方来实现。

优点：

使用Java SPI机制的优势是实现解耦，使得第三方服务模块的装配控制的逻辑与调用者的业务代码分离，而不是耦合在一起。应用程序可以根据实际业务情况启用框架扩展或替换框架组件。

缺点：

虽然ServiceLoader也算是使用的延迟加载，但是基本只能通过遍历全部获取，也就是接口的实现类全部加载并实例化一遍。如果你并不想用某些实现类，它也被加载并实例化了，这就造成了浪费。获取某个实现类的方式不够灵活，只能通过Iterator形式获取，不能根据某个参数来获取对应的实现类。
多个并发多线程使用ServiceLoader类的实例是不安全的。

Service 机制分析

第一步：ServiceLoader.load(Class clz);

ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);

我们看一下 ServiceLoader.load(Driver.class);是如何工作的，注意看第二行代码切换了上下文的 classLoader，一般为 AppClassLoader。

    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();return ServiceLoader.load(service, cl);}

ServiceLoader.load(service, cl);接着进入 load 方法

    public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service,ClassLoader loader){return new ServiceLoader<>(service, loader);}

看一下 ServiceLoader 的构造方法，这里可能会进行 ClassLoader 的切换，这不太重要，我们看一下 reload();

   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();}

reload();方法构造了一个LazyIterator，继续看

    public void reload() {providers.clear();lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);}

第二步：利用第一步构造出来的LazyIterator，循环Class.forName()，加载接口实现类

Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
try{while(driversIterator.hasNext()) {driversIterator.next();}} catch(Throwable t) {// Do nothing}

loadedDrivers.iterator();迭代器在迭代时是会用到第一步创建的lookupIterator = new LazyIterator(service, loader);

    public Iterator<S> iterator() {return new Iterator<S>() {Iterator<Map.Entry<String,S>> knownProviders= providers.entrySet().iterator();public boolean hasNext() {if (knownProviders.hasNext())return true;return lookupIterator.hasNext();}public S next() {if (knownProviders.hasNext())return knownProviders.next().getValue();return lookupIterator.next();}public void remove() {throw new UnsupportedOperationException();}};}

当我们进行driversIterator.next();时，实际上执行的是lookupIterator.hasNext()，

public boolean hasNext() {if (acc == null) {return hasNextService();} else {PrivilegedAction<Boolean> action = new PrivilegedAction<Boolean>() {public Boolean run() { return hasNextService(); }};return AccessController.doPrivileged(action, acc);}}

当 acc ==null 时，

        private boolean hasNextService() {if (nextName != null) {return true;}if (configs == null) {try {String fullName = PREFIX + service.getName();if (loader == null)configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);elseconfigs = loader.getResources(fullName);} catch (IOException x) {fail(service, "Error locating configuration files", x);}}while ((pending == null) || !pending.hasNext()) {if (!configs.hasMoreElements()) {return false;}pending = parse(service, configs.nextElement());}nextName = pending.next();return true;}

当我们进行driversIterator.next();时，等同在调用

        public S next() {if (acc == null) {return nextService();} else {PrivilegedAction<S> action = new PrivilegedAction<S>() {public S run() { return nextService(); }};return AccessController.doPrivileged(action, acc);}}

当 acc==null 时。最关键的逻辑在这里，Class<?> c = Class.forName(cn, false, loader);，然后S p = service.cast(c.newInstance()); 并放入到providers.put(cn, p);

private S nextService() {if (!hasNextService())throw new NoSuchElementException();String cn = nextName;nextName = null;Class<?> c = null;try {c = Class.forName(cn, false, loader);} catch (ClassNotFoundException x) {fail(service,"Provider " + cn + " not found");}if (!service.isAssignableFrom(c)) {fail(service,"Provider " + cn  + " not a subtype");}try {S p = service.cast(c.newInstance());providers.put(cn, p);return p;} catch (Throwable x) {fail(service,"Provider " + cn + " could not be instantiated",x);}throw new Error();          // This cannot happen}

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使用场景

JDBC 源码补充

jdk 的 rt 包下Driver.class是个接口，全类型限定为java.sql.Driver：结构如下：

第三方mysql-connector-java-8.0.27.jar 下的 Driver 实现了 java.sql.Driver接口。代码如下：

package com.mysql.cj.jdbc;import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {public Driver() throws SQLException {}static {try {DriverManager.registerDriver(new Driver());} catch (SQLException var1) {throw new RuntimeException("Can't register driver!");}}
}

第三方mysql-connector-java-8.0.27.jar 的 META-INF/serivces下暴露接口文件，供 SPI 机制发现使用。

使用方通过 ServiceLoader 发现所有的接口实现类

ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();

SPI打破双亲委派机制

父加载器委托子加载器加载，打破了双亲委派机制。

由于 rt 包的类加载是 bootstrap classloader
rt 包中DriverManager在loadInitialDrivers中，使用到了 ServiceLoader 触发 Driver.class的加载
先加载 java.sql.Driver，此时使用到的是 bootstrap classloader
然后ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();此时的上下文加载器为 App Classloader。

这种父类加载器委托子类加载的行为边打破了双亲委派机制