JDK/Dubbo/Spring 三种 SPI 机制,谁更好?

空无
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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。

本文主要是特性 & 用法介绍,不涉及源码解析(源码都很简单,相信你一定一看就懂)

SPI 有什么用?

举个栗子,现在我们设计了一款全新的日志框架:super-logger。默认以XML文件作为我们这款日志的配置文件,并设计了一个配置文件解析的接口:

package com.github.kongwu.spisamples;

public interface SuperLoggerConfiguration {
    void configure(String configFile);
}

然后来一个默认的XML实现:

package com.github.kongwu.spisamples;

public class XMLConfiguration implements SuperLoggerConfiguration{
    public void configure(String configFile){
        ......
    }
}

那么我们在初始化,解析配置时,只需要调用这个XMLConfiguration来解析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){
        ......
    }
}

这样就完成了一个基础的模型,看起来也没什么问题。不过扩展性不太好,因为如果想定制/扩展/重写解析功能的话,我还得重新定义入口的代码,LoggerFactory 也得重写,不够灵活,侵入性太强了。

比如现在用户/使用方想增加一个 yml 文件的方式,作为日志配置文件,那么只需要新建一个YAMLConfiguration,实现 SuperLoggerConfiguration 就可以。但是……怎么注入呢,怎么让 LoggerFactory中使用新建的这个 YAMLConfiguration ?难不成连 LoggerFactory 也重写了?

如果借助SPI机制的话,这个事情就很简单了,可以很方便的完成这个入口的扩展功能。

下面就先来看看,利用JDK 的 SPI 机制怎么解决上面的扩展性问题。

JDK SPI

JDK 中 提供了一个 SPI 的功能,核心类是 java.util.ServiceLoader。其作用就是,可以通过类名获取在"META-INF/services/"下的多个配置实现文件。

为了解决上面的扩展问题,现在我们在META-INF/services/下创建一个com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration文件(没有后缀)。文件中只有一行代码,那就是我们默认的com.github.kongwu.spisamples.XMLConfiguration(注意,一个文件里也可以写多个实现,回车分隔)

META-INF/services/com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration:

com.github.kongwu.spisamples.XMLConfiguration

然后通过 ServiceLoader 获取我们的 SPI 机制配置的实现类:

ServiceLoader<SuperLoggerConfiguration> serviceLoader = ServiceLoader.load(SuperLoggerConfiguration.class);
Iterator<SuperLoggerConfiguration> iterator = serviceLoader.iterator();
SuperLoggerConfiguration configuration;

while(iterator.hasNext()) {
    //加载并初始化实现类
    configuration = iterator.next();
}

//对最后一个configuration类调用configure方法
configuration.configure(configFile);

最后在调整LoggerFactory中初始化配置的方式为现在的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();//加载并初始化实现类
        }
        configuration.configure(configFile);
    }
    
    public static getLogger(Class clazz){
        ......
    }
}

等等,这里为什么是用 iterator ? 而不是get之类的只获取一个实例的方法?

试想一下,如果是一个固定的get方法,那么get到的是一个固定的实例,SPI 还有什么意义呢?

SPI 的目的,就是增强扩展性。将固定的配置提取出来,通过 SPI 机制来配置。那既然如此,一般都会有一个默认的配置,然后通过 SPI 的文件配置不同的实现,这样就会存在一个接口多个实现的问题。要是找到多个实现的话,用哪个实现作为最后的实例呢?

所以这里使用iterator来获取所有的实现类配置。刚才已经在我们这个 super-logger 包里增加了默认的SuperLoggerConfiguration 实现。

为了支持 YAML 配置,现在在使用方/用户的代码里,增加一个YAMLConfiguration的 SPI 配置:

META-INF/services/com.github.kongwu.spisamples.SuperLoggerConfiguration:

com.github.kongwu.spisamples.ext.YAMLConfiguration

此时通过iterator方法,就会获取到默认的XMLConfiguration和我们扩展的这个YAMLConfiguration两个配置实现类了。

在上面那段加载的代码里,我们遍历iterator,遍历到最后,我们**使用最后一个实现配置作为最终的实例。

再等等?最后一个?怎么算最后一个?

使用方/用户自定义的的这个 YAMLConfiguration 一定是最后一个吗?

这个真的不一定,取决于我们运行时的 ClassPath 配置,在前面加载的jar自然在前,最后的jar里的自然当然也在后面。所以如果用户的包在ClassPath中的顺序比super-logger的包更靠后,才会处于最后一个位置;如果用户的包位置在前,那么所谓的最后一个仍然是默认的XMLConfiguration。

举个栗子,如果我们程序的启动脚本为:

java -cp super-logger.jar:a.jar:b.jar:main.jar example.Main

默认的XMLConfiguration SPI配置在super-logger.jar,扩展的YAMLConfiguration SPI配置文件在main.jar,那么iterator获取的最后一个元素一定为YAMLConfiguration。

但这个classpath顺序如果反了呢?main.jar 在前,super-logger.jar 在后

java -cp main.jar:super-logger.jar:a.jar:b.jar example.Main

这样一来,iterator 获取的最后一个元素又变成了默认的XMLConfiguration,我们使用 JDK SPI 没啥意义了,获取的又是第一个,还是默认的XMLConfiguration。

由于这个加载顺序(classpath)是由用户指定的,所以无论我们加载第一个还是最后一个,都有可能会导致加载不到用户自定义的那个配置。

所以这也是JDK SPI机制的一个劣势,无法确认具体加载哪一个实现,也无法加载某个指定的实现,仅靠ClassPath的顺序是一个非常不严谨的方式

Dubbo SPI

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。在 Dubbo 中,SPI 是一个非常重要的模块。基于 SPI,我们可以很容易的对 Dubbo 进行拓展。如果大家想要学习 Dubbo 的源码,SPI 机制务必弄懂。接下来,我们先来了解一下 Java SPI 与 Dubbo SPI 的用法,然后再来分析 Dubbo SPI 的源码。

Dubbo 中实现了一套新的 SPI 机制,功能更强大,也更复杂一些。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 路径下,配置内容如下(以下demo来自dubbo官方文档)。

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。另外在使用时还需要在接口上标注 @SPI 注解。下面来演示 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 最大的区别就在于支持“别名”,可以通过某个扩展点的别名来获取固定的扩展点。就像上面的例子中,我可以获取 Robot 多个 SPI 实现中别名为“optimusPrime”的实现,也可以获取别名为“bumblebee”的实现,这个功能非常有用!

通过 @SPI 注解的 value 属性,还可以默认一个“别名”的实现。比如在Dubbo 中,默认的是Dubbo 私有协议:dubbo protocol - dubbo://
**
来看看Dubbo中协议的接口:

@SPI("dubbo")
public interface Protocol {
    ......
}

在 Protocol 接口上,增加了一个 @SPI 注解,而注解的 value 值为 Dubbo ,通过 SPI 获取实现时就会获取 Protocol SPI 配置中别名为dubbo的那个实现,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

然后只需要通过getDefaultExtension,就可以获取到 @SPI 注解上value对应的那个扩展实现了

Protocol protocol = ExtensionLoader.getExtensionLoader(Protocol.class).getDefaultExtension();
//protocol: DubboProtocol

还有一个 Adaptive 的机制,虽然非常灵活,但……用法并不是很“优雅”,这里就不介绍了

Dubbo 的 SPI 中还有一个“加载优先级”,优先加载内置(internal)的,然后加载外部的(external),按优先级顺序加载,如果遇到重复就跳过不会加载了。

所以如果想靠classpath加载顺序去覆盖内置的扩展,也是个不太理智的做法,原因同上 - 加载顺序不严谨

Spring SPI

Spring 的 SPI 配置文件是一个固定的文件 - META-INF/spring.factories,功能上和 JDK 的类似,每个接口可以有多个扩展实现,使用起来非常简单:

//获取所有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,将所有的配置放到一个固定的文件中,省去了配置一大堆文件的麻烦。至于多个接口的扩展配置,是用一个文件好,还是每个单独一个文件好这个,这个问题就见仁见智了(个人喜欢 Spring 这种,干净利落)。

Spring的SPI 虽然属于spring-framework(core),但是目前主要用在spring boot中……

和前面两种 SPI 机制一样,Spring 也是支持 ClassPath 中存在多个 spring.factories 文件的,加载时会按照 classpath 的顺序依次加载这些 spring.factories 文件,添加到一个 ArrayList 中。由于没有别名,所以也没有去重的概念,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 会优先加载项目中的文件,而不是依赖包中的文件。所以如果在你的项目中定义个spring.factories文件,那么你项目中的文件会被第一个加载,得到的Factories中,项目中spring.factories里配置的那个实现类也会排在第一个

如果我们要扩展某个接口的话,只需要在你的项目(spring boot)里新建一个META-INF/spring.factories文件,只添加你要的那个配置,不要完整的复制一遍 Spring Boot 的 spring.factories 文件然后修改
**
比如我只想添加一个新的 LoggingSystemFactory 实现,那么我只需要新建一个META-INF/spring.factories文件,而不是完整的复制+修改:

org.springframework.boot.logging.LoggingSystemFactory=\
com.example.log4j2demo.Log4J2LoggingSystem.Factory

对比

JDK SPIDUBBO SPISpring SPI
文件方式每个扩展点单独一个文件每个扩展点单独一个文件所有的扩展点在一个文件
获取某个固定的实现不支持,只能按顺序获取所有实现有“别名”的概念,可以通过名称获取扩展点的某个固定实现,配合Dubbo SPI的注解很方便不支持,只能按顺序获取所有实现。但由于Spring Boot ClassLoader会优先加载用户代码中的文件,所以可以保证用户自定义的spring.factoires文件在第一个,通过获取第一个factory的方式就可以固定获取自定义的扩展
其他支持Dubbo内部的依赖注入,通过目录来区分Dubbo 内置SPI和外部SPI,优先加载内部,保证内部的优先级最高
文档完整度文章 & 三方资料足够丰富文档 & 三方资料足够丰富文档不够丰富,但由于功能少,使用非常简单
IDE支持IDEA 完美支持,有语法提示

三种 SPI 机制对比之下,JDK 内置的机制是最弱鸡的,但是由于是 JDK 内置,所以还是有一定应用场景,毕竟不用额外的依赖;Dubbo 的功能最丰富,但机制有点复杂了,而且只能配合 Dubbo 使用,不能完全算是一个独立的模块;Spring 的功能和JDK的相差无几,最大的区别是所有扩展点写在一个 spring.factories 文件中,也算是一个改进,并且 IDEA 完美支持语法提示。

各位看官们大佬们,你们觉得 JDK/Dubbo/Spring 三种 SPI 的机制,哪个更好呢?欢迎评论区留言

参考

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